Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ИСПЫТАНИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА НА СОДЕРЖАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Мазуркин П.М. Михайлова С.И.
Известные способы предполагают проведение испытаний травяно-кустарничкового покрова на содержание химических элементов на пробных площадках. Недостатком является раздельная обработка результатов испытаний, что лишает возможности совместного изучения травы и древесных растений. В статье показаны возможности повышения точности изучения комплекса «трава + древесное растение», а также сопоставимости содержания химических элементов по высоте растений.
трава
деревья
химические элементы
закономерности концентрации
grass
trees
chemical elements
laws of concentration
Известные способы [3, с. 10-16; с. 16-18] предполагают проведение испытаний травяно-кустарничкового покрова на содержание химических элементов для изучения биологического круговорота химических элементов в лесных и иных ландшафтах на пробных площадках, на которых или вне них закладывают по 10 учетных площадок 1 м2 каждая.

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:

  1. Мазуркин, П.М. Статистическая экология / П.М. Мазуркин: Учебное пособие. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004. - 308 с.
  2. 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.
  3. Родин Л.Е., Ремезов Н.П., Базилевич Н.Н. Методические указания к изучению динамики и биологического круговорота в фитоценозах. - Л.: Наука, 1968. - 145 с.

Библиографическая ссылка

Мазуркин П.М., Михайлова С.И. ИСПЫТАНИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА НА СОДЕРЖАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ // Успехи современного естествознания. – 2009. – № 9. – С. 20-24;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=12775 (дата обращения: 19.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074