ВЛИЯНИЕ РАЗНООБРАЗИЯ ВИДОВ ТРАВЯНЫХ РАСТЕНИЙ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОДУКТИВНОСТИ ПОЙМЕННОГО ЛУГА

1

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова

Михайлова С.И. Цель статьи — выявление закономерностей влияния топографических и почвенных условий прирусловых территорий на прострaнcтвенную структуру видового состава трав и продуктивность пойменных лугов. Статья в формате PDF 1995 KB травяные растенияпойменный лугантропогенная нагрузка.

В России происходит постепенный переход на адаптивно-ландшафтные системы земледелия, обеспечивающие уменьшение стока воды в 1,5-2,0 раза и смыв почвы в 3-8 раз, повышение урожайности культур на 25-30 % и рентабельности сельскохозяйственного производства на 8-20 %.

Эти системы должны включать рациональное использование не только пахотных земель, но также лугов, защитных насаждений и иных компонентов ландшафта. Однако в настоящее время большой прогресс достигнут в разработке научных основ создания искусственных агроэкосистем, формирующихся на пахотных землях, принципов и методов управления их функционированием [1]. В то же время значительно меньше исследований посвящено изучению особенностей функционирования таких экосистем как пойменные луга малых рек, роль которых в снабжении животноводства кормами трудно переоценить, особенно в условиях переживаемого страной экономического кризиса.

Цель статьи - выявление закономерностей влияния топографических и почвенных условий прирусловых территорий на прострaнcтвенную структуру видового состава трав и продуктивность пойменных лугов.

Видовое разнообразие. Виды травяных растений были изучены по трем створам на правой стороне реки Ировка Республики Марий Эл с закладкой пробных площадок размерами 2,0×2,0 м (табл. 1 и рис. 1) на прирусловом пойменном лугу в черте деревни Яндемирово.

Моделирование выполнено законом вида

, (1)

где m_t - масса всех видов растений в траве или по отдельным видам, г; m_g0 - масса влаги, содержащейся в срезанной свежей траве, г; m_c - масса сухой травы или готового сена, г; t - время сушки в атмосферном воздухе под навесом, сутки.

Таблица 1

Результаты измерений массы травяных проб с площадки 2×2 м после срезки, г 

Дата	Время t, сутки	Виды травяных растений							Всего
		Белоус	Ромашка	Мать-и-мачеха	Тысячелистник	Клевер	Хвощ	Подорожник
28.07 29.07 30.07 01.08 03.08 10.08 17.08 24.08 06.09	0 1 2 4 6 13 20 27 40	940 750 620 510 410 370 350 350 350	320 170 140 105 85 85 80 80 80	535 400 270 145 110 110 110 110 110	195 120 80 75 60 60 60 60 60	165 90 65 50 45 45 45 45 45	55 32 20 15 15 15 15 15 15	35 20 10 10 10 10 10 10 10	2245 1562 1205 910 735 685 670 670 670

 

Рис. 1. Река Ировка в черте деревни Яндемирово Республики Марий Эл
(I, II, III - створы реки)

Как пример на рисунке 2 показан график изменения массы всех видов растений с 4 м2 пробной площадки по первому створу на правой стороне речной поймы по закономерности

m_t = 1574,4065 exp (-0,5703 t ^0,90081) + + 670,4252. (2)

На рисунке 2 приведены в правом верхнем углу следующие обозначения: S - сумма квадратов отклонений от формулы (2); r - коэффициент корреляции, показывающий тесноту связи формулы (2) с экспериментальными точками.

 

Рис. 2. График и остатки от модели (2)

Коэффициент корреляции 0,9997 очень высок и поэтому уравнение (2) хаpaктеризуется сильной факторной связью. Поэтому предложенная методика анализа динамики сушки может быть применена и для сортировки травы по видам растений.

В дальнейшем волновые составляющие в статье не учитываются.

В таблице 2 приведены итоговые данные и параметры модели (2).

Таблица 2

Масса срезанной травы с пробных площадок размерами 2×2 м 

Вид травяных растений	Факт mф, г	Расчет m, г	Ранг вида	Составляющие (1), г		Параметры модели
				Сено mc	Влага mвл0	a1	a2
1	2	3	4	5	6	7	8
Первый гидрометрический створ наблюдений
Белоус	940	940.2	1	351.3	588.9	0.39787	0.91989
Ромашка	320	319.8	3	79.8	240.0	0.94639	0.64031
Мать и мачеха	535	534.8	2	109.2	425.6	0.37898	1.35412
Тысячелистник	195	195.3	4	60.6	134.6	0.86632	0.92799
Клевер	165	165.0	5	44.9	120.1	0.97820	0.86720
Хвощ	55	55.0	6	15.0	40.0	0.85330	1.28761
Подорожник	35	35.3	7	9.8	25.5	1.09811	1
Всего	2245	2244.8	0	670.4	1574.4	0.57027	0.90081
Второй гидрометрический створ наблюдений
Белоус	2300	2303.2	1	719.7	1583.5	0.24841	0.95572
Клевер	465	465.7	2	142.7	323.0	0.61901	0.94889
Одуванчик	52	52.2	3	9.7	42.4	1.35431	1
Подорожник	22	22.1	4	4.9	17.2	1.33088	1
Всего	2829	2843.1	0	875.8	1967.4	0.32438	0.87795
Третий гидрометрический створ наблюдений
Белоус	710	710.6	1	192.1	518.5	0.47105	1.04908
Нивяник обыкн.	85	84.8	4	19.4	65.4	0.68807	0.56124
Ромашка	70	70.0	5	19.8	50.1	1.57086	0.64168
Клевер	185	185.4	2	30.9	154.5	0.72374	0.56612
Тысячелистник	145	145.0	3	40.1	104.9	0.97894	0.93854
Всего	1195	1195.5	0	306.1	889.4	0.61712	0.87695

По трем створам наблюдений число видов травяных растений различно (7, 4 и 5).

Распределение видов травяных растений по массе. Из статистической экологии [4] известно, что в ранговом распределении, например видов в биотопе, наилучшим является случай, когда за нулевой ранг принимается значение показателя по сумме видов. По массе проб травы с пробной площадки в 4 м2, после рассортировки травы по видам растений, так и получилось. Общая закономерность имеет формулу

, (3)

где m_r - ранговое распределение видов травяных растений по массе, г; m_r=0 - общая масса всех видов растений в пробе, г; m_r=∞ - масса неучтенных видов растений в пробе, г; r - ранг вида растения в пробе r = 0, 1, 2, 3, ..., или рейтинговое место; I = 1, 2, 3, ..., по массе сырой или сухой пробы травы, а также по массе влаги.

Для первого створа были получены уравнения:

сырая трава (рис. 3а) m_r = 2296,3303 exp (-0,84318 r ^0,69122) -51,1175; (4)

сухая трава (рис. 3б) m_cr = 638,8185 exp (-0,71948 r ^1,37926) -32,8366; (5)

масса влаги (рис. 4) m_gr = 1835,4548 exp (-0,75175 r ^0,47694) -261,3975. (6)
 

 
а) сырая трава                   б) сухая трава

Рис. 3. Графики рангового распределения зеленой массы (а) и сена (б) по видам растений в пробе травы на правой стороне первого гидрометрического створа реки Ировка

 

Рис. 4. Графики рангового распределения массы влаги в сырой траве по видам растений
в пробе травы на правой стороне первого гидрометрического створа реки Ировка

Знак свободного члeна меняется. Отрицательный знак показывает потенциальные возможности у конкретного видового состава растений на данной пробной площадке. Поэтому можем сделать вывод о том, что по сырой массе и массе влаги имеются резервы повышения продуктивности пойменного луга. Из-за влияния высоты берега есть дефицит влаги 261,4/4 = 65,35 г/м² или же на 100×261,4 / 1574,4 = 16,60 %.

На втором створе картина иная, хотя формулы аналогичны:

сырая трава (рис. 5а) m_r = 2794,1461 exp (-0,21016 r ^3,15373) + 35,0831; (7)

сухая трава (рис. 5б) m_cr = 869,0147 exp (-0,19811 r ^3,22701) + 6,8171; (8)

масса влаги (рис. 6) m_gr = 1939,3545 exp (-0,22094 r ^3,09057) + 28,2491. (9)

 
а) сырая трава                    б) сухая трава

Рис. 5. Графики рангового распределения массы по видам растений
в сырой (а) и сухой (б) пробе травы на правой стороне второго гидрометрического створа реки Ировка

 

Рис. 6. Графики рангового распределения массы влаги по видам растений в пробе травы на правой стороне второго гидрометрического створа реки Ировка

третий створ хаpaктеризуется уравнениями:

сырая трава (рис. 7а) m_r = 1098,5251 exp (-0,58576 r ^2,06599) + 96,9290 (10)

сухая трава (рис. 7б) m_cr = 279,6683 exp (-0,52362 r ^2,98152) + 26,4319; (11)

масса влаги (рис. 8) m_gr = 821,8558 exp (-0,60678 r ^1,83102) + 68,1443. (12)

   

а) сырая трава                      б) сухая трава

Рис. 7. Графики рангового распределения массы по видам растений
в сырой (а) и сухой (б) пробе травы на правой стороне третьего гидрометрического створа реки Ировка

 

Рис. 8. Графики рангового распределения массы влаги в траве по видам растений в пробе травы на правой стороне третьего гидрометрического створа реки Ировка

Из графиков видно, что каждый створ имеет свой «хаpaктер». Он определяется параметрами a₁ и a₂ модели типа (3). Из их значений в предыдущих формулах видно, что первый створ быстрее по массе убывает среди видового разнообразия, но все же имеет семь видов растений. Второй створ имеет наименьшее количество видов - пять, но с низкой активностью убывания массы. Третий створ является средним среди других.

Наглядное сравнение видно из двумерных графиков на рис. 9, рис. 10 и рис. 11.

 

Рис. 9. Поверхность отклика массы проб срезанной травы по видам растений
и динамике сушки по площадкам, расположенных в первом створе наблюдений вдоль течения реки

 

Рис. 10. Поверхность отклика массы проб срезанной травы по видам растений
и динамике сушки по площадкам, расположенных во втором створе наблюдений вдоль течения реки

 

Рис. 11. Поверхность отклика массы проб срезанной травы по видам растений и динамике сушки по площадкам, расположенных в третьем створе наблюдений вдоль течения реки

Таким образом, поведение травяных растений вполне можно изучать по динамике сушки отдельных частей пробы травы по видам растений.

Изучение видового состава трав и продуктивности прируслового пойменного луга реки Ировка (табл. 3) показало, что они в значительной степени зависят от степени антропогенной нагрузки.

Таблица 3

Долевое участие видов травяных растений в продуктивности прируслового пойменного луга 

Виды травяных растений на пробных площадках прируслового пойменного луга размерами 2×2 м	I створ Слабая антропогенная нагрузка		II створ Сильная антропогенная нагрузка		III створ Средняя антропогенная нагрузка
	Долевое участие вида в продуктивности вида
	т/га	%	т/га	%	т/га	%
Белоус (Nardus stricta)	2.35	41.81	0.58	30.05	1.78	59.53
Ромашка (Matricária )	0.80	14.21	-	-	0.18	6.02
Мать и мачеха (Tussilago farfara)	1.34	23.84	-	-	-	-
Тысячелистник (Achillea)	0.49	8.72	-	-	0.36	12.04
Клевер (Trifolium)	0.41	7.30	1.16	60.10	0.46	15.39
Хвощ (Equisetum arvense)	0.14	2.49	-	-	-	-
Подорожник (Plantago)	0.09	1.60	0.06	3.11	-	-
Одуванчик (Taraxacum)	-	-	0.13	6.74	-	-
Нивяник обыкн. (Leucanthemum vulgare)	-	-	-	-	0.21	7.02
Суммарная продуктивность луга	5.62	100	1.93	100	3.00	100

Наибольшее разнообразие видов (7 видов) и урожайность 5,62 т/га отмечено при самой низкой антропогенной нагрузке вдали от населенного пункта - I створ. Наименьшее разнообразие видов (4 вида) и самая низкая урожайность 1,92 т/га - при самой высокой антропогенной нагрузке вблизи автомобильного моста через реку и населенного пункта Яндемирово - II створ.

Список литературы

1. Бондаренко, Ю.В. Методологические основы систем адаптивно-ландшафтных мелиораций / Ю.В. Бондаренко // Основы рационального природопользования: Сб. научных работ Междунар. научно-пpaкт. конф. ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов: Издательский центр «Наука», 2007. - С. 3-8.
2. Мазуркин, П.М. Модели кадастровой стоимости сельскохозяйственных угодий / П.М. Мазуркин, С.И. Михайлова // Успехи современного естествознания. - 2009. - №12. - с. 34-40.
3. Мазуркин, П.М. Прогнозирование продуктивности сельскохозяйственных угодий / П.М. Мазуркин, С.И. Михайлова // Успехи современного естествознания. - 2010. №1. - с. 149-153.
4. Мазуркин, П.М. Статистическая экология / П.М. Мазуркин: Учебное пособие. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004. - 308 с.

Статья подготовлена и опубликована при поддержке гранта 3.2.3/4603 МОН РФ

---