Достоинством этих способов является увеличение комплексности испытаний, так как пробы травы берутся вместе с пробами кустарничков. Недостатком является раздельная обработка результатов испытаний, что лишает возможности их совместного изучения. Цель - повышение комплексности изучения элементов растительного комплекса типа «трава + древесное растение», а также повышение точности сопоставления содержания химических элементов по высоте растений.
По предлагаемому способу результаты озоления и химического анализа образцов и проб от травы и древесных растений учитывают по ходу движения минеральных веществ от почвы к листве. Для статистического сопоставления эти результаты распределяют по ранговой шкале: 0 - почва; 1 - корни травы; 2 - мелкие корни древесных растений; 3 - крупные корни древесных растений; 4 - стволы древесных растений; 5 - крупные ветви древесных растений; 6 - мелкие ветви древесных растений; 7 - листва (хвоя) древесных растений; 8 - надземная часть травы.
Статистические данные содержания химических веществ и их групп в частях травы и дерева идентифицируют формулой закономерности:
,
,
, (1)
где C - содержание химического вещества или группы веществ в органах травы или частях древесного растения, % на сухое вещество; C1 - закон гибели, частный случай биотехнического закона [1, 2], показывающий влияние почвы и корневой системы на содержание химических элементов или их групп в частях растений, % на сухое вещество; C2 - биотехнический закон [1, 2], показывающий влияние кроны растений (травы, кустарничков, кустарников, деревьев) и процессов образования в них ассимилятов на содержание химических элементов или их групп в структурных частях растений, % на сухое вещество; C0 - содержание веществ или их групп в почве, % на сухое вещество; r - ранг структурной части или биологического органа растения, r=0,1,2,..., причем r=0 для почвы, как основы для питания растений; a1 - активность спада концентрации элемента или группы при подъеме минеральных веществ от почвы к листве (влияние корней); a2 - интенсивность спада концентрации вещества или группы химических элементов с движением минеральных веществ от почвы к листве; a3 - активность концентрации веществ от влияния листвы (фотосинтеза), при подъеме минеральных веществ от почвы через корни к листве; a4 - интенсивность роста концентрации от влияния листвы, при движении минеральных веществ с водой от почвы к листве; a5 - активность спада (гибели) концентрации от влияния листвы, при движении минеральных веществ с водой от почвы к листве; a6 - интенсивность спада концентрации от влияния листвы, при движении минеральных веществ с водой от почвы к листве.
Исходные данные для статистического моделирования содержания химических элементов и их групп в различных растительных комплексах были взяты из книги ]3, c.102-114 (табл. 8, табл. 13, табл. 18)]. Причем в примерах принята вся группа химических элементов, включая азот.
1. Верховое осоково-сфагновое болото. Этот сложный растительный комплекс состоит из двух подкомплексов:
а) осока + кустарнички; б) осока + сосна. В обоих случаях роль почвы выполняет торф слоем толщиной 10-30 см. Здесь содержание химических элементов при нулевом ранге вполне определенное (в других случаях почва в [3] не учитывалась).
Для первой системы растений была получена статистическая модель (табл. 1) в виде уравнения из двух составляющих:
. (1)
Таблица 1.
Содержание суммы химических элементов в растениях (трава + кустарнички) и торфе верхового осоково-сфагнового болота (% на сухое вещество)
|
Наименование части растений |
Ранг r |
Факт
|
Расчетные значения (1) |
Составляющие (1) |
|||
|
C |
|
|
C1 |
C2 |
|||
|
надземная часть травы листва (хвоя) мелкие ветви крупные ветви стволы крупные корни мелкие корни корни травы торф (почва) |
8 7 6 5 4 3 2 1 0 |
3.81 2.37 1.25 - - - 1.42 2.21 5.07 |
3.81 2.36 1.22 0.77 0.74 0.98 1.41 2.21 5.07 |
-0.020 0.009 -0.011 - - - 0.008 -0.004 0.000 |
-0.52 0.38 -0.88 - - - 0.56 -0.18 0.01 |
0.24 0.31 0.40 0.53 0.71 0.98 1.41 2.21 5.07 |
3.57 2.05 0.86 0.24 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 |
Примечания: 1) максимальное значение относительной погрешности подчеркнуто, поэтому доверие к модели (1) не ниже 100 - 0.88 = 99,12%; 2) максимальные значения составляющих набраны полужирным шрифтом.
В комплексе «трава + кустарнички» отсутствуют части в виде крупных ветвей, стволов и крупных корней. Для него получена модель (табл. 2)
. (2)
Таблица 2.
Содержание суммы химических элементов в растениях (трава + сосна) и торфе верхового осоково-сфагнового болота (% на сухое вещество)
|
Наименование части растений |
Ранг r |
Факт
|
Расчетные значения (2) |
Составляющие (2) |
|||
|
C |
|
|
C1 |
C2 |
|||
|
надземная часть травы листва (хвоя) мелкие ветви крупные ветви стволы крупные корни мелкие корни корни травы торф (почва) |
8 7 6 5 4 3 2 1 0 |
3.81 2.44 1.16 - 0.53 - 1.66 2.21 5.07 |
3.83 2.37 1.23 - 0.67 - 1.42 2.33 5.06 |
-0.020 0.066 -0.069 - -0.141 - 0.237 -0.121 0.009 |
-0.52 2.70 -5.95 - -26.60 - 14.28 -5.48 0.18 |
0.17 0.23 0.32 0.44 0.63 0.93 1.42 2.33 5.06 |
3.66 2.14 0.91 0.25 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 |
Примечание: Прочерк означает отсутствие измеренных данных.
2. Ельник сложный 83 года. Выделяется комплекс «трава + ель».
Для него была получена формула (табл. 3) вида
. (3)
Вторая составляющая изменяется аномально, когда первая компонента становится законом гибели (закон Ципфа в показательной форме), а вторая компонента превращается в закон экспоненциального роста.
Таблица 3.
Содержание суммы химических элементов в растениях (трава + ель) в сложном ельнике (% на сухое вещество)
|
Наименование части растений |
Ранг r |
Факт
|
Расчетные значения (3) |
Составляющие (3) |
|||
|
C |
|
|
C1 |
C2 |
|||
|
надземная часть травы листва (хвоя) мелкие ветви крупные ветви стволы крупные корни мелкие корни корни травы торф (почва) |
8 7 6 5 4 3 2 1 0 |
10.73 3.35 2.02 1.10 0.48 1.08 2.00 4.35 - |
10.69 3.64 1.62 0.94 0.75 0.99 2.02 4.35 - |
0.038 -0.286 0.403 0.163 -0.267 0.091 -0.019 0.001 - |
0.35 -8.54 19.95 14.82 -55.63 8.43 -0.95 0.02 - |
0.00 0.00 0.00 0.01 0.06 0.32 1.15 2.50 3.28 |
10.69 3.64 1.62 0.93 0.69 0.67 0.87 1.85 - |
Как видно из табл. 3, модель (3) позволяет вычислить предполагаемую концентрацию веществ в почве (3,28%). А ствол ели был испытан в [3] по всему поперечному сечению, поэтому расчетное значение суммы химических элементов в водопроводящем слое древесины почти в два раза больше фактической концентрации во всей древесине ствола.
3. Березняк травный. Была получена статистическая закономерность (табл. 4) для растительного комплекса «трава + береза» в виде уравнения
. (4)
Таблица 4.
Содержание суммы химических элементов в растениях (трава + береза) в березняке травном (% на сухое вещество)
|
Наименование части растений |
Ранг r |
Факт
|
Расчетные значения (4) |
Составляющие (4) |
|||
|
C |
|
|
C1 |
C2 |
|||
|
надземная часть травы листва (хвоя) мелкие ветви крупные ветви стволы крупные корни мелкие корни корни травы торф (почва) |
8 7 6 5 4 3 2 1 0 |
5.90 5.54 - 1.61 0.58 1.52 2.96 3.83 - |
5.83 5.65 - 1.44 0.66 1.51 2.94 3.84 4.01 |
0.068 -0.109 - 0.174 -0.082 0.013 0.021 -0.011 - |
1.15 -1.97 - 10.81 -14.14 0.86 0.71 -0.29 - |
0.00 0.00 0.00 0.06 0.43 1.50 2.94 3.84 4.01 |
5.83 5.65 3.67 1.38 0.23 0.01 0.00 0.00 0.00 |
Во всех примерах максимальное отклонение приходится на ствол деревьев, что указывает на то, что сухое вещество принимается по всему поперечному сечению ствола, крупных ветвей и крупных корней.
Комплексность испытания структуры растущих деревьев, при дополнительном учете листвы и корней травы, позволяет изучить экологический режим и экологическое состояние лесного и болотного ландшафта. При этом испытатель заранее будет знать искомую закономерность, поэтому будет прогнозировать результаты испытаний, что позволит увеличивать число структурных элементов, учитываемых при измерениях содержания химических элементов в отдельности или же в их группах.
Одновременно повысится точность определения содержания химических элементов в органах деревьев, а части травы как бы охватывают части деревьев, кустарников и кустарничков. Можно даже представить, что трава имеет условный стебель в виде древесных растений - столь закономерно проявляется распределение концентрации веществ от корней травы через части дерева к листьям травы.
Переход на химический анализ отдельного дерева совместно с травой вокруг него позволит выявлять закономерности изменения содержания химических элементов не только в конкретном биологическом организме, но и в пространстве его произрастания.
Статья опубликована при поддержке гранта 3.2.3/4603 МОН РФ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Мазуркин, П.М. Статистическая экология / П.М. Мазуркин: Учебное пособие. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004. - 308 с.
- Мазуркин, П.М. Рациональное природопользование: учебное пособие с грифом УМО в области природообустройства и водопопользования. В 3-х ч. Ч. 3: Экологически ответственное лесопользование / П.М. Мазуркин, С.Е. Анисимов, С.И. Михайлова; под ред. П.М. Мазуркина. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. - 359 с.
- Родин Л.Е., Ремезов Н.П., Базилевич Н.Н. Методические указания к изучению динамики и биологического круговорота в фитоценозах. - Л.: Наука, 1968. - 145 с.