ispltaИзвестия Санкт-Петербургской лесотехнической академииIzvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii2079-43042658-5871СПбГЛТУ10.21266/2079-4304.2025.255.23-36isplta-590Research ArticleЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВОFORESTRYИзучение структуры корневой системы дерева методом 3D-сканированияStudy of the structure of the tree root system using 3D scanninghttps://orcid.org/0000-0002-1717-3085КабоненА. В.KabonenA. V.

Кабонен Алексей Валерьевич – директор Центра цифрового мониторинга северных и арктических экосистем, кандидат сельско-хозяйственных наук

185910, пр. Ленина, д. 33, г. Петрозаводск

Kabonen Aleksey V. – PhD (Agricultural), Director of the Center for Digital Monitoring of Northern and Arctic Ecosystems

185910, Lenin av. 33. Petrozavodsk

alexkabonen@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1944-9479РязанцевП. А.RyazantsevP. A.

Рязанцев Павел Александрович – старший научный сотрудник Отдела комплексных научных исследований 

185000, ул. Пушкинская, д. 11, г. Петрозаводск

Ryazantsev Pavel A. – PhD (Geology and Mineralogy), Senior Researcher, Department of Complex Scientific Research

185000, Pushkinskaya str. 11. Petrozavodsk

 

chthonian@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1517-5538СухановЮ. В.SukhanovYu. V.

Суханов Юрий Владимирович – доцент кафедры технологии лесного комплекса и ландшафтной архитектуры, кандидат технических наук

185910, пр. Ленина, д. 29, г. Петрозаводск

AuthorID: 640407

Sukhanov Yuri V. – PhD (Technical), Associate Professor of the Department of Forest Technology and Landscape Architecture

185910, Lenin av. 29. Petrozavodsk

AuthorID: 640407

 

yv_sukhanov@petrsu.ruКувшиновД. А.KuvshinovD. A.

Кувшинов Дмитрий Александрович – доцент кафедры технологии и организации строительства, кандидат технических наук

185910, пр. Ленина, д. 33, г. Петрозаводск

Kuvshinov Dmitriy A. – PhD (Technical), Associate Professor of the Department of Technology and Organization of Construction

185910, Lenin av. 33. Petrozavodsk

KuvshinovDA@yandex.ruПетрозаводский государственный университетРоссияPetrozavodsk State UniversityRussian FederationКарельский научный центр РАНРоссияKarelian Research Center of the Russian Academy of SciencesRussian Federation20251312202502552336Copyright © Кабонен А.В., Рязанцев П.А., Суханов Ю.В., Кувшинов Д.А., 20252025Кабонен А.В., Рязанцев П.А., Суханов Ю.В., Кувшинов Д.А.Kabonen A.V., Ryazantsev P.A., Sukhanov Y.V., Kuvshinov D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya-lta.spbftu.ru/jour/article/view/590

В статье представлены результаты изучения корневой системы Picea abies в условиях произрастания в среднетаежном районе с помощью 3D-сканирования. Для исследования было выбрано отдельно стоящее дерево возрастом 34 года и высотой 17 м. Была проведена эксгумация корневой системы квадратом 4×4 м со штамбом в центре. Для 3D-сканирования было проведена оцифровка на 360° с трех сторон корневой системы с помощью ручного 3D-сканера Artec Evo. В результате сканирования была реконструирована 3D-модель корневой системы с 251 отдельным корнем с диаметром от 0,5 см и более. Анализ 3D-модели показал, что общая протяженность корневой системы составила 18408 см, а средняя длина одного корня – 74,5 см. Диаметры корней варьировались от 0,5 до 18 см, преобладали значения в 1–3 см. Морфометрическая структура корневой системы включала четыре основных крупных корня с диаметрами 14–22 см, исходящих от ствола дерева и направленных перпендикулярно друг другу, к которым примыкали корни условного 2-го и 3-го порядков. В диагональном направлении выделялись участки повышенного роста корней разных порядков. В целом полученные результаты соответствуют представлениям о корневой архитектонике этого вида дерева.

The article presents the results of a study of the Picea abies root system in the middle taiga region using 3D scanning. A single 34-year-old tree 17 m high was selected for the study. The root system was exhumed as a 4×4 m square with a rootstock in the center. For 3D scanning, 360° digitalization was performed on three sides of the root system using an Artec Evo handheld 3D scanner. As a result of scanning, a 3D model of the root system was reconstructed with 251 individual roots with a diameter of 0,5 cm or Analysis of the 3D model showed that the total length of the root system was 18,408 cm, and the average length of one root was 74.5 cm. The root diameters varied from 0.5 to 18 cm, but 1–3 cm predominated. The morphometric structure of the root system included four main large roots with diameters of 14–22 cm, originating from the tree trunk and directed perpendicular to each other, to which the roots of the conditional 2nd and 3rd orders were adjacent. In the diagonal direction, areas of increased growth of roots of different orders were distinguished. In general, the obtained results correspond to the ideas about the root architectonics of this tree species.

ель европейскаякорневая система3D-сканированиеEuropean spruceroot system3D scanningРабота выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема № 075-03-2023-128)ReferencesДемидов И.Н., Лукашов А.Д. Рельеф и четвертичные отложения Ботанического сада Петрозаводского государственного университета как основа его современных ландшафтов // Hortus Botanicus. 2001. №1. С. 25–33.Atkinson J.A., Pound M.P., Bennett M.J., Wells D.M. Uncovering the hidden half of plants using new advances in root phenotyping. Current Opinion in Biotechnology, 2019, vol. 55, pp. 1–8.Калинин М.И. Корневедение. М.: Экология, 1991. 173 с.Böhm W. Methods of studying root systems. Berlin: Springer, 1979. 190 p.Колесников В.А. Методы изучения корневой системы древесных растений. М.: Лесн. пром-сть, 1972. 152 с.Demidov I.N., Lukashov A.D. Relief and Quaternary deposits of the Botanical Garden of Petrozavodsk State University as the basis of its modern land-scapes. Hortus Botanicus, 2001, vol. 1, pp. 25–33. (In Russ.)Рязанцев П.А., Кабонен А.В., Родионов А.И. Определение архитектоники корневой системы деревьев методом георадиолокации // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2020. №51. С. 179–204.Fourcaud T., Ji J., Zhang Z., Stokes A. Understanding the impact of root morphology on uprooting mechanisms: a modelling approach. Annals of Botany, 2008, vol. 101, pp. 1267–1280.Atkinson J.A., Pound M.P., Bennett M.J., Wells D.M. Uncovering the hidden half of plants using new advances in root phenotyping // Current Opinion in Biotechnology. 2019. Vol. 55. P. 1–8.Gärtner H., Wagner B., Heinrich I., Denier C. 3D laser scanning: a new method for analyzing coarse tree root systems. Forest Snow and Landscape, 2009, vol. 82, pp. 95–106.Böhm W. Methods of studying root systems. Berlin: Springer, 1979. 190 p.Kalinin M.I. Root science. Moscow: Ecology, 1991. 173 p. (In Russ.)Fourcaud T., Ji J., Zhang Z., Stokes A. Understanding the impact of root morphology on uprooting mechanisms: a modelling approach // Annals of Botany. 2008. Vol. 101. P. 1267–1280.Koeser A.K., Roberts J., Miesbauer J.W., Lopes A.B., Kling G.J., Lo M., Morgenroth J. Testing the accuracy of imaging software for measuring tree root volumes. Urban Forest Urban Green, 2016, no. 18, pp. 95–99.Gärtner H., Wagner B., Heinrich I., Denier C. 3D laser scanning: a new method for analyzing coarse tree root systems // Forest Snow and Landscape. 2009. Vol. 82. P. 95–106.Kolesnikov V.A. Methods of studying the root system of woody plants. Moscow: Lesn. prom-st', 1972. 152 p. (In Russ.)Koeser A.K., Roberts J., Miesbauer J.W., Lopes A.B., Kling G.J., Lo M., Morgenroth J. Testing the accuracy of imaging software for measuring tree root volumes // Urban Forest Urban Green. 2016. №18. P. 95–99.Lejot J., Delacourt C., Piégay H., Fournier T., Trémélo M.-L., Allemand P. Very high spatial resolution imagery for channel bathymetry and topography from an unmanned mapping controlled platform. Earth Surf. Process. Landforms, 2007, vol. 32. pp. 1705–1725.Lejot J., Delacourt C., Piégay H., Fournier T., Trémélo M.-L., Allemand P. Very high spatial resolution imagery for channel bathymetry and topography from an unmanned mapping controlled platform // Earth Surf. Process. Landforms. 2007. Vol. 32. P. 1705–1725.Miller J., Morgenroth J., Gomez C. 3D modelling of individual trees using a handheld camera: accuracy of height, diameter and volume estimates. Urban Forest Urban Green, 2015, vol. 14, pp. 932–940.Miller J., Morgenroth J., Gomez C. 3D modelling of individual trees using a handheld camera: accuracy of height, diameter and volume estimates // Urban Forest Urban Green. 2015. Vol. 14. P. 932–940.Montagnoli A., Lasserre B., Sferra G., Chiatante D., Scippa G.S., Terzaghi M., Dumroese R.K. Formation of annual ring eccentricity in coarse roots within the root cage of Pinus ponderosa growing on slopes. Plants, 2020, vol. 9, art. no. 181.Montagnoli A., Lasserre B., Sferra G., Chiatante D., Scippa G.S., Terzaghi M., Dumroese R. Formation of annual ring eccentricity in coarse roots within the root cage of Pinus ponderosa growing on slopes // Plants. 2020. Vol. 9, iss. 2. Art. no. 181.Pratt R.B., Jacobsen A.L., North G.B., Sack L., Schenk H.J. Plant hydraulics: new discoveries in the pipeline. New Phytol., 2008, vol. 179, iss. 3, pp. 590–593.Pratt R.B., Jacobsen A.L., North G.B., Sack L., Schenk H.J. Plant hydraulics: new discoveries in the pipeline // New Phytol. 2008. Vol. 179, iss. 3. P. 590–593.Puhe J. Growth and development of the root system of Norway spruce (Picea abies) in forest stands – a review. Forest Ecology and Management, 2003, vol. 175, iss. 1–3, pp. 253–273.Puhe J. Growth and development of the root system of Norway spruce (Picea abies) in forest stands – a review // Forest Ecology and Management. 2003. Vol. 175, iss. 1–3. P. 253–273.Rist F., Herzog K., Mack J., Richter R., Steinhage V., Töpfer R. High-Precision Phenotyping of Grape Bunch Architecture Using Fast 3D Sensor and Automation. Sensors, 2018, vol. 18, art. no. 763.Rist F., Herzog K., Mack J., Richter R., Steinhage V., Töpfer R. High-Precision Phenotyping of Grape Bunch Architecture Using Fast 3D Sensor and Automation // Sensors. 2018. Vol. 18. Art. no. 763.Ryazantsev P.A., Kabonen A.V., Rodionov A.I. Determination of the architectonics of the tree root system using ground penetrating radar. Bulletin of Tomsk State University. Biology, 2020, vol. 51, pp. 179–204. (In Russ.)Todo C., Ikeno H., Yamase K., Tanikawa T., Ohashi M., Dann-oura M., Kiumura T., Hirano Y. Reconstruction of conifer root systems mapped using 3D laser scanning point cloud data compared to manual measurement // Forests. 2021. Vol. 12, iss. 8. Art. no. 1117.Todo C., Ikeno H., Yamase K., Tanikawa T., Ohashi M., Dannoura M., Kiumura T., Hirano Y. Reconstruction of conifer root systems mapped using 3D laser scanning point cloud data compared to manual measurement. Forests, 2021, vol. 12, iss. 8, art. no. 1117.Vennetier M., Zanetti C., Meriaux P., Mary B. Tree root architecture: new insights from a comprehensive study on dikes // Plant and Soil. 2015. Vol. 387. P. 81–101.Vennetier M., Zanetti C., Meriaux P., Mary B. Tree root architecture: new insights from a comprehensive study on dikes. Plant and Soil, 2015, vol. 387, pp. 81–101.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.