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 пространственную 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 mt - масса всех видов растений в траве или по отдельным видам, г; mg0 - масса влаги, содержащейся в срезанной свежей траве, г; mc - 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
mt = 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) характеризуется 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 mr - ранговое распределение видов травяных растений по массе, г; mr=0 - общая масса всех видов растений в пробе, г; mr=∞ - 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) mr = 2296,3303 exp (-0,84318 r 0,69122) -51,1175; (4)
сухая трава (рис. 3б) mcr = 638,8185 exp (-0,71948 r 1,37926) -32,8366; (5)
масса влаги (рис. 4) mgr = 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 члена 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) mr = 2794,1461 exp (-0,21016 r 3,15373) + 35,0831; (7)
сухая трава (рис. 5б) mcr = 869,0147 exp (-0,19811 r 3,22701) + 6,8171; (8)
масса влаги (рис. 6) mgr = 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 характеризуется уравнениями:
сырая трава (рис. 7а) mr = 1098,5251 exp (-0,58576 r 2,06599) + 96,9290 (10)
сухая трава (рис. 7б) mcr = 279,6683 exp (-0,52362 r 2,98152) + 26,4319; (11)
масса влаги (рис. 8) mgr = 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 «характер». 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 |
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
- Бондаренко, Ю.В. Методологические основы систем адаптивно-ландшафтных мелиораций / Ю.В. Бондаренко // Основы рационального природопользования: Сб. научных работ Междунар. научно-практ. конф. ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов: Издательский центр «Наука», 2007. - С. 3-8.
- Мазуркин, П.М. Модели кадастровой стоимости сельскохозяйственных угодий / П.М. Мазуркин, С.И. Михайлова // Успехи современного естествознания. - 2009. - №12. - с. 34-40.
- Мазуркин, П.М. Прогнозирование продуктивности сельскохозяйственных угодий / П.М. Мазуркин, С.И. Михайлова // Успехи современного естествознания. - 2010. №1. - с. 149-153.
- 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
Библиографическая ссылка
Михайлова С.И. ВЛИЯНИЕ РАЗНООБРАЗИЯ ВИДОВ ТРАВЯНЫХ РАСТЕНИЙ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОДУКТИВНОСТИ ПОЙМЕННОГО ЛУГА // Успехи современного естествознания. – 2011. – № 1. – С. 36-45;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=15627 (дата обращения: 17.08.2024).