СПОСОБ БИОХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ПРОБ ТРАВЫ НА ПОЙМЕННОМ ЛУГУ МАЛОЙ РЕКИ

Изобретение относится к измерению качества различных трав и травянистых растений на пробах, преимущественно на пойменных лугах и прибрежных лесных луговинах, и может быть использовано в экологическом мониторинге лесных и нелесных прибрежных территорий с травяным покровом пойменного луга. Изобретение относится также к ландшафтам малых рек с естественной луговой растительностью и может быть использовано при совместной биофизической и биохимической оценке надземной части пойменного луга в зависимости от орографических параметров рельефа.

Известны способы биохимического анализа проб травы по следующим методикам:

- высушивание травы - по методике В.И.Филатова (2004);

- содержание в пробах травы: азота - посредством реактива Несслера (ГОСТ 50466-93); фосфора - фотометрическим методом (ГОСТ 26657-97); калия - по методу пламенной фотометрии (ГОСТ 30504-97).

Недостатком является то, что сами по себе указанные в государственных стандартах способы биохимического анализа не дают возможности ландшафтного сопоставления проб травы по содержанию в золе основных питательных веществ растений: азота, фосфора и калия.

Известен также способ испытания травяного покрова на пойме малой реки по патенту РФ 2384048, включающий выделение участка пойменного луга с испытуемым травяным покровом, затем на этом участке по течению малой реки или ее притока в характерных местах размечают не менее трех створов измерений в поперечном направлении, вдоль каждого створа размечают не менее трех пробных площадок с каждой стороны малой реки или ее притока, после разметки измеряют расстояния от принятого начала координат на одной стороне малой реки или ее притока до центров пробных площадок, кроме этого измеряют высоту расположения центра каждой пробной площадки от поверхности малой реки или ее притока, а после срезки пробы травы подвергают испытаниям и по результатам испытаний выявляют закономерности влияния расстояния вдоль каждого створа, высоты расположения пробных площадок над урезом воды на биофизические и биохимические показатели проб травы.

Недостатком является то, что в прототипе не определены отличительные признаки по взятию малой части пробы травы для озоления, соответственно и последующего биохимического анализа на содержание в пробе травы азота, фосфора и калия, и при этом не показаны закономерности влияния параметров рельефа расположения пробных площадок на концентрацию в золе азота, фосфора и калия. Кроме того, не указано влияние на концентрацию этих веществ расстояния по длине русла реки и ее ширины в створе.

Технический результат - расширение функциональных возможностей прототипа по анализу высушенных проб травы на изменение биохимических показателей надземной части травяного покрова и повышение влияния на них орографических параметров участка малой реки с пойменным лугом по створам измерений, повышение точности сопоставления параметров расположения пробных площадок по створам малой реки или ее притока с результатами биохимического анализа высушенных проб надземной части травы, а также повышение функциональных возможностей сравнения проб травы на разных учетных площадках по содержанию питательных биохимических веществ в виде азота, фосфора и калия.

Этот технический результат достигается тем, что способ биохимического анализа проб травы на пойменном лугу малой реки, включающий выделение участка пойменного луга с испытуемым травяным покровом, затем на этом участке по течению малой реки или ее притока в характерных местах размечают не менее трех створов измерений в поперечном направлении, вдоль каждого створа размечают не менее трех пробных площадок с каждой стороны малой реки или ее притока, после разметки измеряют расстояния от принятого начала координат на одной стороне малой реки или ее притока до центров пробных площадок, кроме этого, измеряют высоту расположения центра каждой пробной площадки от поверхности малой реки или ее притока, а после срезки пробы травы подвергают испытаниям и по результатам испытаний выявляют закономерности влияния расстояния вдоль каждого створа, высоты расположения пробных площадок над урезом воды на биофизические и биохимические показатели проб травы, отличающийся тем, что после испытания проб срезанной травы пойменного луга на биофизические показатели по массе и времени высыхания в зависимости от параметров рельефа в створах измерений часть высушенной пробы отбирается для озоления и последующего биохимического анализа, по меньшей мере, по трем биохимическим веществам: азоту, фосфору и калию.

Часть высушенной пробы отбирается для озоления и последующего биохимического анализа примерно из середины сосуда в виде бумажного мешка массой не менее 100 грамм для образования не менее трехкратного резерва массы золы в 1,5-2,0 грамм, после естественной сушки дополнительно выдерживают часть пробы травы в течение не менее 40 суток в комнатных условиях.

В прямоугольных координатах поперек реки измеряются по прототипу расстояния вдоль створа измерений и высоты расположения пробных площадок над урезом воды и относительно этих двух осей координат анализируются изменения выбранных трех биохимических показателей - азота, фосфора и калия.

Дополнительно измеряются ширина малой реки или ее притока и расстояние от первого створа наблюдений до последующих, а затем результаты лабораторных биохимических испытаний анализируются в сравнении со значениями этих новых двух параметров рельефа малой реки или ее притока.

Способ может быть применен на любой стадии биофизического испытания проб травы, начиная от момента срезки пробы до ее полного высыхания, а также хранения более 40 суток в специфических условиях.

Для проведения полного факторного анализа по средним значениям из трех повторов по шести факторам (три биофизические и три биохимических параметра надземной части травы) и всем пробным площадкам применяют формулу:

y=a ₁x^a2exp(-a ₃x^a4),

где y - зависимый фактор (биофизические параметры: масса пробы травы, сена и влаги в траве, г/м²; биохимические параметры надземной части травы по содержанию веществ, мг/г: азот NH₃, фосфор P₂O₅ и калий K₂O);

x - влияющий фактор (биофизические параметры: масса пробы травы, сена и влаги в траве, г/м²; биохимические параметры надземной части травы по содержанию веществ, мг/г: азот NH₃, фосфор P₂O₅ и калий K₂O).

Сущность технического решения заключается в том, что после испытания проб срезанной травы пойменного луга на биофизические показатели по массе и времени высыхания в зависимости от параметров рельефа в створах измерений часть высушенной пробы отбирается через не менее 40 суток естественной сушки примерно из середины сосуда в виде бумажного мешка для озоления и последующего биохимического анализа по меньшей мере по трем биохимическим веществам основного физиологического питания травяных растений: оксидов азота, фосфора и калия.

Сущность технического решения заключается также в том, что в прямоугольных координатах поперек реки измеряются по прототипу расстояния вдоль створа измерений и высоты расположения пробных площадок над урезом воды и относительно этих двух осей координат анализируются изменения выбранных трех биохимических показателей - азота, фосфора и калия.

Сущность технического решения заключается также и в том, что дополнительно измеряются ширина малой реки или ее притока и расстояние от первого створа наблюдений до последующих, а затем результаты лабораторных биохимических испытаний анализируются в сравнении со значениями этих новых двух параметров рельефа малой реки или ее притока.

Сущность технического решения заключается также и в том, что он может быть применен на любой стадии биофизического испытания проб травы, начиная от момента срезки пробы до ее полного высыхания, а также хранения более 40 суток в специфических условиях.

Положительный эффект достигается тем, что предлагаемое научно-техническое решение позволяет расширить прототип дополнением к биофизическому анализу отличительных признаков отбора части высушенной пробы примерно из середины бумажного мешка и последующего проведения известных способов биохимического анализа по меньшей мере по трем веществам - азоту, фосфору и калию. Положительный эффект расширяется еще и тем, что биохимический анализ не зависит от биофизического анализа по прототипу и поэтому, при необходимости повторных измерений рельефа и испытаний травы может быть применен обособленно. Причем предлагаемый способ, может быть реализован на любой стадии динамики естественной сушки, начиная от момента срезки до выдержки в каких-то специфических условиях хранения намного более 400 суток.

Новизна технического решения заключается в том, что впервые выполнено сопоставление геометрического расположения центров пробных площадок по четырем орографическим параметрам рельефа на выбранном участке пойменного луга малой реки с результатами биохимического анализа отобранной средней части высушенной пробы луговой травы.

Предлагаемое техническое решение обладает существенными признаками, новизной и значительным положительным эффектом. Материалов, порочащих новизну технического решения, нами не обнаружено.

На фиг.1 приведена схема расположения трех створов измерений и трех делянок пойменного луга; на фиг.2 - створы I, II и III на лугу с номерами пробных площадок; на фиг.3 показаны фото трех створов измерений; на фиг.4 даны графики тенденций, то есть без волновых составляющих, содержания химических веществ в пробах травы на трех створах измерений в зависимости от длины вдоль створа измерения; на фиг.5 - то же на фиг.4 в зависимости от высоты пробной площадки над уровнем водной поверхности малой реки в летнюю межень; на фиг.6 показаны графики содержания в пробах травы трех видов веществ в зависимости от ширины реки; на фиг.7 показаны графики изменения биохимических веществ по трем продольным полосам вдоль по течению малой реки.

Способ биохимического анализа проб травы на пойменном лугу малой реки содержит следующие действия.

После испытания проб срезанной травы пойменного луга на биофизические показатели по массе и времени высыхания в зависимости от параметров рельефа в створах измерений часть высушенной пробы отбирается для озоления и последующего биохимического анализа, по меньшей мере, по трем биохимическим веществам: азоту, фосфору и калию.

Часть высушенной пробы отбирается для озоления и последующего биохимического анализа примерно из середины сосуда в виде бумажного мешка массой не менее 100 грамм для образования не менее трехкратного резерва массы золы в 1,5-2,0 грамм, после естественной сушки дополнительно выдерживают часть пробы травы в течение не менее 40 суток в комнатных условиях.

В прямоугольных координатах поперек реки измеряются по прототипу расстояния вдоль створа измерений и высоты расположения пробных площадок над урезом воды и относительно этих двух осей координат анализируются изменения выбранных трех биохимических показателей - азота, фосфора и калия.

Дополнительно измеряются ширина малой реки или ее притока и расстояние от первого створа наблюдений до последующих, а затем результаты лабораторных биохимических испытаний анализируются в сравнении со значениями этих новых двух параметров рельефа малой реки или ее притока.

Способ может быть применен на любой стадии биофизического испытания проб травы, начиная от момента срезки пробы до ее полного высыхания, а также хранения более 40 суток в специфических условиях.

Для проведения полного факторного анализа по средним значениям из трех повторов по шести факторам (три биофизические и три биохимические параметры надземной части травы) и всем пробным площадкам применяют формулу:

y=a ₁x^a2exp(-a ₃x^a4),

где y - зависимый фактор (биофизические параметры: масса пробы травы, сена и влаги в траве, г/м²; биохимические параметры надземной части травы по содержанию веществ, мг/г: азот NH₃, фосфор P₂O₅ и калий K₂O);

x - влияющий фактор (биофизические параметры: масса пробы травы, сена и влаги в траве, г/м²; биохимические параметры надземной части травы по содержанию веществ, мг/г: азот NH₃, фосфор P₂O₅ и калий K₂O).

Способ биохимического анализа проб травы на пойменном лугу малой реки с пробных площадок размерами 1,00x1,00 м, располагаемых поперек малой реки в границах водозащитной полосы с учетом влияния гидротехнических сооружений и населенного пункта, включает такие действия.

Вначале визуально или по карте изучают травяной покров на пойменном лугу и отмечают его расположение относительно речки и других природных, природно-антропогенных и антропогенных объектов. Затем на лугу размечают места взятия проб травы. А для травяного покрова на территории луга намечают по створам реки, располагаемым в характерных местах вдоль течения реки, места с пробными площадками.

После разметки измеряют расстояния от принятого начала координат на одной стороне малой реки или ее притока до центров пробных площадок, кроме этого измеряют высоту расположения центра каждой пробной площадки от поверхности малой реки или ее притока.

Визуально по карте или натурно выделяют участок пойменного луга с испытуемым травяным покровом до проведения сенокоса.

По течению малой реки или ее притока за естественные характерные места принимают излучины и другие формы руслообразования малой реки или ее притока.

На изучаемом пойменном лугу размечают не менее трех створов измерений в поперечном направлении с расстояниями между ними по течению малой реки или ее притока не более 100-кратной ширины зеркала воды в летнюю межень, а пробные площадки располагают на промежутках не менее чем 10 м между собой и от кромки зеркала воды прибрежных пробных площадок. Вдоль каждого створа измерений размечают не менее трех пробных площадок с каждой стороны малой реки или ее притока, причем нумерацию пробных площадок проводят от левого берега к правому при нахождении наблюдателя лицом по течению малой реки или ее притока.

После разметки пробных площадок измеряют расстояния от принятого начала координат на одной стороне малой реки или ее притока до центров пробных площадок, при этом начало координат на всех гидрометрических створах от левой кромки зеркала воды примерно в летнюю межень устанавливают примерно на одинаковом расстоянии, например 40-50 и более метров с точностью 0,1 м.

Высоту расположения центра каждой пробной площадки от поверхности малой реки или ее притока измеряют с помощью геодезических приборов с точностью до одного сантиметра, причем измерения этого параметра рельефа в другие сезоны года выполняют по постоянным реперным меткам.

До срезания надземной части травы отмечают контуры каждой пробной площадки размером 1,00×1,00 м на месте взятия пробы травяных растений, например, с шаблоном или натянутым между ними шнуром по сторонам пробной площадки, ориентированным вдоль течения малой реки.

Срезанные пробы травы подвергают взвешиванию и другим испытаниям для проведения в последующем биотехнической и/или биохимической оценки пробных площадок. По совокупностям измеренных свойств травяных проб выявляют закономерности их изменения в зависимости от расстояния вдоль каждого створа и от высоты расположения центра пробных площадок от уреза воды примерно в летнюю межень.

После испытания проб срезанной травы пойменного луга на биофизические показатели по массе и времени высыхания в зависимости от параметров рельефа в створах измерений часть высушенной пробы отбирается для озоления и последующего биохимического анализа, по меньшей мере, по трем биохимическим веществам: азоту, фосфору и калию.

Часть высушенной пробы отбирается для озоления и последующего биохимического анализа примерно из середины сосуда в виде бумажного мешка массой не менее 100 грамм для образования не менее трехкратного резерва массы золы в 1,5-2,0 грамм, после естественной сушки дополнительно выдерживают часть пробы травы в течение не менее 40 суток в комнатных условиях.

В прямоугольных координатах поперек реки измеряются по прототипу расстояния вдоль створа измерений и высоты расположения пробных площадок над урезом воды и относительно этих двух осей координат анализируются изменения выбранных трех биохимических показателей - азота, фосфора и калия.

Дополнительно измеряются ширина малой реки или ее притока и расстояние от первого створа наблюдений до последующих, а затем результаты лабораторных биохимических испытаний анализируются в сравнении со значениями этих новых двух параметров рельефа малой реки или ее притока.

Способ может быть применен на любой стадии биофизического испытания проб травы, начиная от момента срезки пробы до ее полного высыхания, а также хранения более 40 суток в специфических условиях.

Для проведения полного факторного анализа по средним значениям из трех повторов по шести факторам (три биофизических и три биохимических параметра надземной части травы) и всем пробным площадкам применяют формулу:

y=a ₁x^a2exp(-a ₃x^a4),

где y - зависимый фактор (биофизические параметры: масса пробы травы, сена и влаги в траве, г/м²; биохимические параметры надземной части травы по содержанию веществ, мг/г: азот NH₃, фосфор P₂O₅ и калий K₂O);

x - влияющий фактор (биофизические параметры: масса пробы травы, сена и влаги в траве, г/м²; биохимические параметры надземной части травы по содержанию веществ, мг/г: азот NH₃, фосфор P₂O₅ и калий K₂O).

Пример. Река Ировка впадает в Илеть, которая затем вливается в Волгу, и находится на территории Параньгинского района Республики Марий Эл. Объект исследования расположен на территории Илетьского возвышенно-равнинного южнотаежного района с развитием современного карста. Этот географический район расположен целиком в бассейне реки Илеть. Рельеф территории отличается сложностью. Глубина эрозионного расчленения составляет 125-160 м, местами возрастает до 175 м. Густота овражно-балочной сети колеблется в пределах 100-1300 м/км². Общая длина реки Ировки составляет 61,6 км, суммарная длина ее с притоками и ручьями - 140,3 км. Коэффициент извилистости речной сети равен 140,3/61,6=2,278. Водосборная площадь реки Ировки равна 918 км и состоит, в основном, из сельскохозяйственных угодий. Долина реки Ировки неясно выраженного типа. Русло реки извилистое, берега обрывистые.

Пойма реки используется для выпаса скота и сенокошения.

Способ испытания травяного покрова на пойме малой реки и биофизического анализа динамики массы пробы в процессе естественной сушки подробно изложен в примере патента РФ 2384048 на изобретение.

Участок малой реки с тремя створами измерений показан на фигуре 1. На нем также приведена схема размещения трех делянок (табл.1). При этом делянки учитывались без криволинейных границ по поперечным к малой реке линиям (показаны пунктирами).

По обоим берегам реки Ировки были заложены три створа: до, в черте и за деревней (фиг.2). По ним были заложены 18 пробных площадок 1,0×1,0 м и до сенокоса с них срезалась трава, а затем пробы высушивались в естественных условиях. Осенью проводили биохимический анализ высушенных проб луговой травы.

Для измерений гидрологическими параметрами становятся расстояния L (м) от левого края трех створов и высота H (м) от уреза воды в летнюю межень. Эти створы для наблюдений показаны на фигуре 2. Оказалось, что высота расположения H центра пробной площадки над урезом воды значимее влияет на урожайность травы по массе и содержание в ней питательных веществ, чем влияние расстояние L по створу реки.

При этом ширина реки B (м) до 10 м оказывает частичное влияние.

По фотографиям на фигуре 3 на правой стороне малой реки Ировки находится первый створ до деревни Яндемирово (бывшее пастбище), втрой створ располагается около автодорожного моста примерно в середине деревни, а третий створ измерений является бывшей сенокосной делянкой и расположен после деревни.

Методика биохимического анализа. Существуют два способа озоления растительного материала: мокрый и сухой [Воскресенская О.Л. Большой практикум по биоэкологии. Ч.1: Учебное пособие / О.Л. Воскресенская, Е.А.Алябышева, М.Г.Половникова. Йошкар-Ола: МарГУ, 2006, 107 с.].

Мокрое озоление осуществляется путем кипячения хорошо измельченного вещества с концентрированными кислотами: серной, азотной, хлорной, смесью азотной с серной, азотной с добавлением перекиси водорода и т.д. Мокрое озоление считается более надежным при определении таких элементов, как сера, фосфор, калий и натрий.

Однако опыт кафедры экологии МарГУ, где проводились эксперименты по определения концентрации азота, калия и фосфора, показывает, что при медленном и осторожном озолении растительного материала в муфеле и нагревании золы при температуре не свыше 400-450°C существенных потерь фосфора, калия и натрия не происходит.

Сухое озоление можно применять для анализа содержания в растениях почти всех макро- и микроэлементов. По сравнению с мокрым, сухое озоление имеет ряд преимуществ: позволяет сразу озолить большое количество растительного материала; не требует постоянного наблюдения, что необходимо при мокром озолении; исключается возможность загрязнения за счет реактивов, применяемых при мокром озолении; дает возможность определить общее количество зольных элементов. Однако применение мокрого озоления недопустимо при сильном загрязнении озоляемого материала минеральными примесями, так как за счет разложения этих примесей крепкими кислотами получатся неправильные данные о содержании зольных элементов.

При полном зольном анализе навеску для сухого озоления следует брать с таким расчетом, чтобы получить 1,0-1,2 г золы.

Ход работы. Перед озолением навеску растительного образца измельчают в кофемолке и взвешивают в тиглях на аналитических весах. Тигли помещают в муфельную печь при температуре 200°C на 1 ч (за это время растительная навеска превращается в однородную черную массу). Для полного озоления тигли выдерживают при температуре 500°C (температура красного каления) в течение 4-5 ч.

Определение содержания общего азота с помощью реактива Несслера. Метод основан на измерении интенсивности окрашивания анализируемого раствора фотоколориметрическим методом. Окрашивание раствора возникает в результате взаимодействия солей аммония с реактивом Несслера (щелочной раствор йодистой ртутно-калиевой соли). Получается йодистый меркул-аммоний, дающий желтую окраску раствору, интенсивность которой зависит от концентрации в растворе аммиака.

Определение фосфора по «синему» фосфорномолибденовому комплексу. В растениях фосфор содержится, главным образом, в виде сложных органических веществ.

При осторожном озолении растений находящаяся в них фосфорная кислота остается в виде солей различных металлов.

О содержании неорганического фосфора в створе судят по интенсивности синей окраски восстановленного фосфорномолибденового комплекса. Он образуется в кислой среде (pH=4) из фосфорной и молибденовой кислот в присутствии аскорбиновой кислоты. Оптическая плотность окрашенного раствора пропорциональна концентрации ионов фосфора.

Определение калия пламенной фотометрией. Метод основан на том, что вытяжку распыляют сжатым воздухом, а образовавшийся туман сжигают в пламени горелки. Находящиеся в вытяжке элементы при сгорании дают спектры с определенной длиной волны.

Спектр интересующего элемента выделяют с помощью светофильтров и направляют на селеновый фотоэлемент, который преобразует световую энергию в электрическую. Силу возникающего тока измеряют гальванометром. Сила тока пропорциональна концентрации вещества в растворе и интенсивности излучения.

Результаты биохимического анализа проб травы. В следующих таблицах 2-7 даны результаты первичных испытаний с трехкратной повторностью. Номера пробных площадок соответствуют номерам на фиг.2.

Биофизические и биохимические данные. Сводные по динамике сушки проб травы с пробных площадок, а также биохимического анализа малой части пробы, приведены в таблице 8.

Устойчивые законы. По принципу «от простого к сложному» можно предложить (табл.9) «кирпичики» для построения, по ходу структурно-параметрической идентификации, любой статистической модели.

В таблице 9 показаны все «нормальные» фрагменты, у которых впереди могут быть расположены оперативные константы, в виде знаков «+» или «-». Все шесть устойчивых законов распределения являются частными случаями биотехнического закона, показанного внизу таблицы 1.

Уровни коэффициента корреляции. В законе Дарвина о коррелятивной вариации свойство связности (корреляции) измеряется показателем тесноты связи. Этот статистический критерий давно известен как коэффициент корреляции. Вначале нужно определиться с понятием «уровень коэффициента корреляции». Это позволит ранжировать монарные (ранговые распределения значений каждого изучаемого фактора) и бинарные отношения, то есть количественно выявляемые связи между парами факторов.

Как известно (табл.10), грубая классификация корреляции такая:

а) до 0,3 - нет связи между факторами;

б) от 0,3 до 0,7 - есть слабая связь между двумя факторами;

в) выше 0,7 - имеется сильная связь между факторами.

Однако вывод об отсутствии факторной связи для биолога (эколога) опасен тем, что высока вероятность пропуска исследователем оригинальных факторных отношений, которые в других условиях генезиса (онтогенеза) конкретного растения могут проявиться как сильные связи между этими же парами факторов. Особенно это важно знать при изучении влияния загрязнения.

Коэффициент корреляции может изменяться от нуля до единицы.

При условии r=0 отсутствует коррелятивная связь между двумя параметрами (параметр - это показатель, характеризующий систему, а показатель - это количественно измеренный фактор). Условие r=1 дает функционально однозначную связь между параметрами множества листьев.

Содержание в траве химических веществ по створам реки Первый створ. Три вида химических соединения изменяются (фиг.4) по биотехническим закономерностям (корреляция 0.9960; 0,249; 0,685)

Высокую адекватность имеет формула (1). Поэтому можно утверждать, что профиль створа влияет на содержание азота в траве. Меньшее влияние профиль оказывает на содержание в пробах травы фосфора и практически не оказывает влияния на присутствие калия.

Второй створ. Еще четче проявились вещества по формулам (фиг.4) при коэффициентах корреляции 0,9988; 0,368 и 0,9765:

Излучина на втором створе повышает содержание фосфора в траве. Одновременно заметен «провал» в концентрации азота нитратного.

Третий створ. Этот створ является наилучшим по высокой адекватности (0,9994; 0,7591 и 0,9795) моделей (фиг.4) по формулам:

Содержание химических веществ по высоте площадок

Высота центра пробной площадки над поверхностью воды в летнюю межень казалась высокоинформативным параметром.

Первый створ. Слабые связи (коэффициенты корреляции 0,460; 0,450 и 0,307) получили все три вещества (фиг.5) по формулам:

Второй створ. Снова заметно влияние излучины реки (коэффициенты корреляции 0,9977; 0,406 и 0,519) по закономерностям (фиг.5):

Третий створ. Профиль реки при коэффициентах корреляции 0,9735; 0,647 и 0,7793 проявляется (фиг.5) по формулам:

Влияние ширины реки на содержание химических веществ

Малое влияние ширины реки на содержание аммиака в пробах травы заметно на фигуре 6 по закону медленного экспоненциального роста

Коэффициент корреляции 0,019<<0,3, то есть нет влияния.

Лучше формула изменения калия (фиг.6) вида

Коэффициент корреляции 0,472 дает слабую факторную связь.

Сильная связь (фиг.6) имеет влияние ширины реки по формуле

с коэффициентом корреляции 0,8260.

С ростом ширины реки содержание питательных химических веществ по сторонам реки снижается.

Влияние расположения створов измерения вдоль течения реки Левобережная полоса. Сильная связь (фиг.7) у азота (коэффициент корреляции 0,9244) и слабая у калия (0,319) и фосфора (0,608):

Приречная полоса. По мере выхода водного потока из черты деревни Яндемирово (фиг.7) заметно отсутствие изменений в концентрации аммиака в траве и небольшой рост подвижного калия и фосфора:

Коэффициенты корреляции соответственно равны 0,029; 0,477; 0,380.

По двум веществам адекватность моделей очень низкая, а по калию - только средняя. Это исходит из того, что пробы находятся близко к берегу и здесь начинают появляться водные растения.

Правобережная полоса. На фигуре 7 по правобережной полосе пойменного луга заметно влияние деревни:

Высокий коэффициент корреляции 0,8037 для азота нитратного показывает рост концентрации в траве от начала к концу деревни. Коэффициент корреляции 0,661 также близок к сильной связи 0,7 и показывает резкое снижение подвижного калия на втором створе, около которого находятся излучина и автодорожный мост. Коэффициент корреляции 0,7445 для подвижного фосфора показывает обеднение травы из-за антропогенного влияния деревни и гидротехнических сооружений в виде моста и плотины.

Взаимосвязи между факторами

Для проведения полного факторного анализа в таблице 11 приведены средние из трех повторов измеренные значения по шести факторам (три биофизические и три биохимические параметры надземной части травяного покрова) и 18 пробным площадкам.

Проведена идентификация биотехнического закона проф. П.М.Мазуркина для всех 6²=36 сочетаний из 6 факторов по формуле

где y - зависимый фактор (табл.11); x - влияющий фактор.

Рейтинг влияющих переменных и зависимых показателей одинаков.

В таблице 12 приведены результаты идентификации модели (30).

Коэффициент коррелятивной вариации показывает тесноту связи всего множества учтенных факторов для оценки системы (в нашем случае системой является рельеф с лугом) и по данным таблицы 12 для всей матрицы равен 20,6007/6²=0,5722.

По этому критерию сравниваются разные луга вдоль реки. Это позволяет в будущем изучать подробно, через изменение свойств у проб травы, влияние почвы и орографических и ландшафтных параметров водосбора малой реки на качество луговой травы.

Максимальная теснота связи 0,9951 наблюдается при ранговом распределении значений оксида фосфора. А минимальный коэффициент корреляции 0,030 равен для влияния массы срезанной пробы травы на калий.

Как влияющая переменная и как зависимый показатель на первом месте оказалась масса пробы сена, а на втором - масса свежесрезанной пробы травы. На третьем месте находится масса влаги, удаляемая при естественной сушке пробы. Остальные три места занимают биохимические показатели, поэтому значимость биофизического анализа выше по сравнению с биохимическим анализом.

В таблице 13 приведена усеченная корреляционная матрица с исключением клеток с коэффициентом корреляции менее 0,3.

Для эколого-ландшафтных исследований может представлять научно-практический интерес и таблица 14. Здесь выделены бинарные отношения, получившие коэффициент корреляции более 0,5.

Всего в таблице 14 осталось 16 формул или 44,4%.

Далее предъявим к бинарным отношениям требование адекватности по наличию только сильных факторных связей. Они выделены в данных таблицы 15 с коэффициентами корреляции более или равно 0.7.

Здесь осталось всего 7 формул или по доле 7×100/36=19,44%. Тогда получается, что последние три строки и крайние два столбца вполне можно удалить. После редукции получилась таблица 16.

Наилучшую адекватность получают модели факторных связей типа m_в0=f(m) и m=φ(m_в0). Больше привлекает вторая модель, позволяющая по измеренной электронным влагомером влажности определять массу сырой травы, причем не срезая ее.

Предлагаемый способ прост в практической реализации и позволяет узнать о совместном биофизическом и биохимическом поведении совокупностей травяных проб, а через это о поведении травяного покрова пойменного луга в целом. Свойства травы по пробам могут стать показателями эффективной экологической оценки любого речного ландшафта и прибрежного рельефа, на котором произрастает луговая трава.