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

ВЛИЯНИЕ РАЗНООБРАЗИЯ ВИДОВ ТРАВЯНЫХ РАСТЕНИЙ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОДУКТИВНОСТИ ПОЙМЕННОГО ЛУГА

Михайлова С.И.
Цель статьи — выявление закономерностей влияния топографических и почвенных условий прирусловых территорий на пространственную структуру видового состава трав и продуктивность пойменных лугов.
травяные растения
пойменный луг
антропогенная 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 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

f, (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

p 

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.

 p

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

f, (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)
 

p p
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

 p

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)

p p
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

p 

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)

p  p 

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

 p

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.

p 

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

 p

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

 p

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-практ. 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


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: 27.10.2021).

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