Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ТРАВЫ МЕЖДУ ЛЕСОМ И ПРИБРЕЖНОЙ ГРУНТОВОЙ ДОРОГОЙ

Изобретение относится к ландшафтам малых рек с естественной лесной и луговой растительностью и может быть использовано при биотехнической и биохимической оценке травяного покрова на прибрежных луговинах лесных массивов, в частности в пределах водоохранной зоны малой реки. Изобретение также может быть использовано при учете влияния на урожайность и другие свойства травы стены леса и грунтовой дороги, пролегающей между лугом и берегом малой реки.

Известен способ измерения травяного покрова на площади водосбора по длине и падению притоков по патенту №2293290, МКИ G01C 13/00, включающий распределение притоков по отличительным группам по наличию растительного покрова на территориях бассейнов водосбора реки и ее притоков, оценку влияния отличительных орографических особенностей ландшафта, расположенных на водосборе.

Недостатком является высокая агрегация растительности без разделения по растительным формациям и элементам ландшафтов водосборного бассейна. Визуальная оценка водосбора каждого притока по наличию растительного покрова не позволяет оценить лесные прибрежные луговины, находящиеся в пределах водоохранной зоны реки. Приток малой реки рассматривается целиком по площади водосбора без разделения по отдельным ландшафтным элементам. Такая оценка пригодна для обширных территорий всей речной сети, но не может быть применена для оценки каждого конкретного пойменного луга. Такая высокая агрегация испытаний травяного покрова даже по относительно с высокой точностью измеренным пробам травы не позволяет выявлять закономерности влияния стены леса и водного потока малой реки на рост и развитие травы лесной прибрежной луговины.

Известен также способ испытания травы лесной прибрежной луговины по патенту №2380891, включающий в пределах водоохранной зоны визуально по карте или натурно выделение участка луга с испытуемым травяным покровом, затем на этом участке по течению водотока размечают группы пробных площадок, при разметке учитывают расстояния между центрами пробных площадок вдоль и поперек реки, а после срезки пробы травы подвергают испытаниям и по результатам испытаний выявляют закономерности влияния расстояний от берега реки и вдоль него на показатели проб травы.

Недостатком является то, что между берегом малой реки и луговиной перед стеной леса зачастую находится прибрежная грунтовая дорога, как правило, используемая как технологическая дорога для перемещения машин и оборудования для проведения сенокоса, рекреации, рыболовства, а также соединяющая две деревни вдоль берга малой реки. Ее влияние на продуктивность пойменного или не пойменного луга в известных научно-технических решениях не учитывается.

Технический результат - повышение точности измерений свойств травы прибрежного луга, находящегося между прибрежной грунтовой дорогой и стеной леса, по результатам испытаний травяных проб, срезанных с групп пробных площадок, ориентированных по сторонам света, а также повышение функциональных возможностей при выявлении закономерностей влияния стены леса и прибрежной грунтовой дороги на урожайность луговой травы.

Этот технический результат достигается тем, что способ испытания травы между лесом и прибрежной грунтовой дорогой, включающий в пределах водоохранной зоны визуально по карте или натурно выделение участка луга с испытуемым травяным покровом, затем на этом участке по течению водотока размечают группы пробных площадок, при разметке учитывают расстояния между центрами пробных площадок вдоль и поперек реки, а после срезки пробы травы подвергают испытаниям и по результатам испытаний выявляют закономерности влияния расстояний на показатели проб травы, отличается тем, что участок луга с испытуемым травяным покровом выделяют на незатопляемой территории с прибрежной грунтовой дорогой параллельно берегу, а с другой стороны луга расположена стена леса, затем на выбранной части луга выделяют мозаичные части по шкале качества травяного покрова, причем на каждой мозаичной части намечают по меньшей мере одну пробную площадку, после этого намечают створы наблюдений по пробным площадкам перпендикулярно грунтовой дороге, причем до испытаний сразу же после срезки пробу взвешивают на переносных весах около пробной площадки, а после срезки намечают центр пробной площадки, затем измеряют расстояния между центрами обработанных пробных площадок, а также измеряют расстояния от края грунтовой дороги, расположенного в сторону леса, до центров пробных площадок по створам измерений, после этого вычисляют расстояния от стены леса до центров этих же пробных площадок, причем все измеренные данные заносят в журнал, которые совместно с вычисленными данными применяют для анализа урожайности луговой травы по сырой массе в зависимости от влияния расстояний от края дороги и от стены леса до центров пробных площадок.

Участок луга с испытуемым травяным покровом выделяют на незатопляемой прибрежной территории малой реки в виде естественного сенокоса с мозаичным распределением зон с разным качеством для изготовления сена.

На выбранном для измерений участке луга выделяют мозаичные части по следующей шкале качества травяного покрова для заготовки сена:

№1 - отличная трава для заготовки сена;

№2 - хорошая трава для сена;

№3 - средний по качеству травостой;

№4 - плохая по качеству для заготовки сена трава;

№5 - трава отсутствует.

На каждой мозаичной части намечают по меньшей мере одну пробную площадку размерами 2,00×2,00 м при анализе видового состава травяной пробы, размерами 1,00×1,00 м при дальнейших испытаниях динамики естественной сушки срезанной пробы без изучения ее видового состава, а также 0,50×0,50 м при взвешивании массы сырой пробы травы без последующего испытания оставления срезанной пробы на пробной площадке.

Срезку травяных растений выполняют ножницами до уровня поверхности почвы внутри пробной площадки по квадратному шаблону.

После срезки намечают центр пробной площадки колышком, затем геодезической мерной лентой измеряют расстояния между центрами обработанных пробных площадок вдоль грунтовой дороги по направлению течения малой реки.

Геодезической мерной лентой измеряют расстояния от края грунтовой дороги, расположенного в сторону леса, до центров пробных площадок по створам измерений, перпендикулярным продольной оси грунтовой дороги.

Для анализа урожайности луговой срезанной сырой травы, в зависимости от влияния расстояний от края прибрежной грунтовой дороги и от стены леса до центров пробных площадок, дополнительно учитывают виртуальные пробные площадки, условно расположенные своими центрами в точках пересечения створов наблюдений с краем грунтовой дороги со стороны леса.

Сущность технического решения заключается в том, что для повышения адекватности моделирования дополнительно к пробным площадкам с травой по краю, расположенному к лугу, у прибрежной грунтовой дороги учитывают пробные площадки с нулевой урожайностью луговой травы.

Сущность технического решения заключается также в том, что расстояния поперек берега малой реки учитывают дважды: вначале от края прибрежной грунтовой дороги до стены леса, а затем от стены леса до края прибрежной грунтовой дороги.

Положительный эффект достигается тем, что дополнительно учитывается влияние антропогенного объекта в виде проложенной вдоль берега реки грунтовой дороги на урожайность травяного покрова луга, и техническое решение позволяет расширить области применения и к другим типам грунтовых дорог, проложенных в лугах не только около берегов водных объектов. Изобретение позволяет учитывать влияние любой грунтовой дороги, причем не только до стены леса, но и до параллельно проложенной грунтовой или иной дороги. Это позволяет оптимизировать сеть грунтовых дорог, в настоящее время прокладываемых без учета поведения растительного покрова.

Новизна технического решения заключается в том, что впервые учитываются в анализе условные пробные площадки с нулевой урожайностью травяного покрова, в общем случае любого типа растительного покрова, включая и поля с культурными растениями.

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 четырех реальных и четырех виртуальных пробных площадок при измерении расстояния от края дороги до стены леса, причем I, II, III, IV - створы измерений; на фиг.2 - то же, на фиг.1 при измерении расстояния от стены леса до центров площадок; на фиг.3 - фото пробной площадки 2,00×2,00 м в процессе срезания травяного покрова; на фиг.4 показаны переносные весы, применяемые в полевых условиях; на фиг.5 показано пространственное распределение массы проб срезанной травы в системе координат по фиг.1 от края дороги до леса и вдоль дороги по течению малой реки; на фиг.6 - то же, на фиг.5 в системе координат по фиг.2 от стены леса до края дороги; на фиг.7 дан одномерный график влияния расстояния от края грунтовой дороги до центров пробных площадок на массу сырой травы в срезанной пробе от квадратной площадки размерами 2,00×2,00 м; на фиг.8 показана в виде точек абсолютная погрешность от выявленной биотехнической двухчленной закономерности; на фиг.9 - то же, на фиг.7 расстояния от стены леса до центров пробных площадок; на фиг.10 - абсолютная погрешность от выявленной трехчленной закономерности.

Способ испытания травы между лесом и грунтовой дорогой содержит следующие действия.

Участок луга с испытуемым травяным покровом выделяют на незатопляемой территории, расположенной параллельно берегу 1 малой реки. У прибрежной грунтовой дороги имеются прибрежный край 2, расположенный в сторону реке, и край 3 с другой стороны дороги в сторону луга, за которым расположена стена 4 леса.

Затем на выбранной части луга выделяют мозаичные части по шкале качества травяного покрова, причем на каждой мозаичной части намечают по меньшей мере одну пробную площадку 5. После этого намечают створы измерений (наблюдений) I, II, III, IV по пробным площадкам перпендикулярно грунтовой дороге.

До проведения испытаний сразу же после срезки пробу взвешивают на переносных весах около пробной площадки.

После срезки намечают центр пробной площадки, например, колышком, затем измеряют расстояния между центрами обработанных пробных площадок, а также измеряют расстояния от края грунтовой дороги, расположенного в сторону леса, до центров пробных площадок по створам измерений, после этого вычисляют расстояния от стены леса до центров этих же пробных площадок.

Измеренные данные заносят в журнал, которые совместно с вычисленными данными применяют для анализа урожайности луговой травы по сырой массе в зависимости от влияния расстояний от края дороги и от стены леса до центров пробных площадок.

Участок луга с испытуемым травяным покровом выделяют на незатопляемой прибрежной территории малой реки в виде естественного сенокоса с мозаичным распределением зон с разным качеством для изготовления сена.

На выбранном для измерений участке луга выделяют мозаичные части по следующей шкале качества травяного покрова для заготовки сена:

№1 - отличная трава для заготовки сена;

№2 - хорошая трава для сена;

№3 - средний по качеству травостой;

№4 - плохая по качеству для заготовки сена трава;

№5 - трава отсутствует.

На каждой мозаичной части намечают по меньшей мере одну пробную площадку размерами 2,00×2,00 м при анализе видового состава травяной пробы, размерами 1,00×1,00 м при дальнейших испытаниях динамики естественной сушки срезанной пробы без изучения ее видового состава, а также 0,50×0,50 м при взвешивании массы сырой пробы травы без последующего испытания оставления срезанной пробы на пробной площадке.

Срезку травяных растений выполняют ножницами до уровня поверхности почвы внутри пробной площадки по квадратному шаблону.

После срезки намечают центр пробной площадки колышком, затем геодезической мерной лентой измеряют расстояния между центрами обработанных пробных площадок вдоль грунтовой дороги по направлению течения малой реки.

Геодезической мерной лентой измеряют расстояния от края грунтовой дороги, расположенного в сторону леса, до центров пробных площадок по створам измерений, перпендикулярным продольной оси грунтовой дороги.

Для анализа урожайности луговой срезанной сырой травы, в зависимости от влияния расстояний от края прибрежной грунтовой дороги и от стены леса до центров пробных площадок, дополнительно учитывают виртуальные пробные площадки 6, условно расположенные своими центрами в точках пересечения створов наблюдений с краем грунтовой дороги со стороны леса.

Способ испытания травы между лесом и грунтовой дорогой, например, в незатопляемой прибрежной охранной зоне малой реки выполняется следующими действиями.

Участок луга с испытуемым травяным покровом выделяют на незатопляемой территории с прибрежной грунтовой дорогой с краями 2 и 3 параллельно берегу 1, а с другой стороны луга расположена стена леса 4, затем на выбранной части луга выделяют мозаичные части по шкале качества травяного покрова, причем на каждой мозаичной части намечают по меньшей мере одну пробную площадку 5.

После этого намечают створы наблюдений I, II, III, IV по пробным площадкам перпендикулярно грунтовой дороге. До испытаний сразу же после срезки пробу взвешивают на переносных весах около пробной площадки, а после срезки намечают центр пробной площадки. Затем геодезической мерной лентой измеряют расстояния между центрами обработанных пробных площадок, а также измеряют расстояния от края грунтовой дороги, расположенного в сторону леса, до центров пробных площадок по створам измерений.

После измерений вычисляют расстояния от стены леса до центров этих же пробных площадок, причем все измеренные данные заносят в журнал, которые совместно с вычисленными данными применяют для анализа урожайности луговой травы по сырой массе в зависимости от влияния расстояний от края дороги и от стены леса до центров пробных площадок.

Для анализа урожайности луговой срезанной сырой травы, в зависимости от влияния расстояний от края прибрежной грунтовой дороги и от стены леса до центров пробных площадок, дополнительно учитывают виртуальные пробные площадки 6, условно расположенные своими центрами в точках пересечения створов наблюдений с краем грунтовой дороги со стороны леса.

На выбранном для измерений участке луга выделяют мозаичные части по следующей шкале качества травяного покрова для заготовки сена:

№1 - отличная трава для заготовки сена;

№2 - хорошая трава для сена;

№3 - средний по качеству травостой;

№4 - плохая по качеству для заготовки сена трава;

№5 - трава отсутствует.

На каждой мозаичной части намечают по меньшей мере одну пробную площадку размерами 2,00×2,00 м при анализе видового состава травяной пробы, размерами 1,00×1,00 м при дальнейших испытаниях динамики естественной сушки срезанной пробы без изучения ее видового состава, а также 0,50×0,50 м при взвешивании массы сырой пробы травы без последующего испытания оставления срезанной пробы на пробной площадке.

Пример. Объект исследования - прибрежные земельные участки на территории колхоза СПК СХА «Северная» Сернурского района Республики Марий Эл с растительным покровом на водоохранной зоне реки Немда.

Взятие проб луговой травы проводили 10 июля 2010 года с участка незатопляемого сенокоса размерами 135×166 м, находящегося на расстоянии около 24 м от берега реки Немда. На этом расстоянии находился естественный луг (основной объект исследования). Деревня Купсола находится от временного опытного участка сенокоса примерно на 3 км. Таким образом, прямое влияние населенного пункта не значимое. При этом участок незатопляемого сенокоса выбирался прямоугольной формы параллельно грунтовой дороге, которая, в свою очередь, была параллельна берегу малой реки. Такая геометрия позволяет упростить эксперименты и, в особенности, статистическое моделирование влияния расстояний до центров пробных площадок.

Предмет исследования - закономерности влияния дороги и стены леса на массу пробы свежесрезанной травы. В этом случае масса срезанной травы показывает урожайность луга по отдельным мозаичным частям по сырой траве. На временных пробных площадках 2,00×2,00 м были взяты пробы луговой травы с учетом мозаичности.

В измерениях были использованы мерная лента, шаблон из реек в виде квадрата с внутренними размерами 2,00×2,00 м (с погрешностью изготовления сторон в ±0,5 см), переносные весы и ножницы для срезания травы около поверхности почвы. Для снижения потерь воды сразу же после срезки проба травы взвешивалась на переносных весах.

Шкала качества травостоя принята следующей. По внешнему виду растущей травы селяне вполне определяют ее кормовое качество. Поэтому пробы были распределены (ранжированы) по снижению качества травы так:

№1 - отличная трава для заготовки сена;

№2 - хорошая трава для сена;

№3 - средний по качеству травостой;

№4 - плохая по качеству для заготовки сена трава;

№5 - трава отсутствовала.

При взятии пробы на участке сенокоса вначале выбиралось соответствующее выбранной шкале качества травы место с одной пробной площадкой в 4 м² с измерением расстояний вдоль дороги от первой пробной площадки, от края грунтовой дороги и от стены леса.

Тогда на выделенном участке луга намечали мозаичные зоны, соответствующие выбранной шкале качества травы, в четырех местах (минимально допустимое количество пробных площадок, расположенных примерно в центре мозаичного участка луга).

Причем каждая пробная площадка имела площадь в 4 м².

Новая методика заключается в следующем. На выбранном для взятия одной пробы травы мозаичном участке луга намечаем пробную площадку, затем на травяной покров накладываем шаблон (фиг.3) с внутренним сечением в 4 м² и после этого срезаем весь травяной покров вровень с поверхностью почвы. Срезанную траву сразу же взвешиваем непосредственно около пробной площадки на переносных весах (фиг.4) и определяем начальную массу пробы свежесрезанной травы. Данные заносим в журнал.

После срезки и взвешивания проб травы намечался цент пробной площади колышком и мерной лентой длиной 20 м измерялись три расстояния: вдоль дороги по ходу течения малой реки; от края грунтовой дороги по направлению к стене леса. Расстояние от стены леса до центра пробной площадки вычислялось с учетом ранее измеренных расстояний от края дороги.

В журнале полевых измерений указывается номер пробной площадки в створе измерений относительно прибрежной грунтовой дороги; масса пробы травы, срезанной с площадки; расстояние от центра пробной площадки до центра других пробных площадок вдоль дороги; расстояние от края грунтовой дороги до центра пробной площадки; расстояние от стены леса до центра пробной площадки. Тогда ось абсцисс будет ориентирована вдоль дороги по направлению течения малой реки. В наших измерениях номера площадок совпали с уровнями шкалы качества травы для изготовления сена. И это создало очень простую фигуру мозаичности и расположения четырех пробных площадок. Пятый уровень качества, когда трава отсутствует, определяется четырьмя виртуальными пробными площадками, расположенными на пересечении линий каждого створа измерений поперек дороги с линией края грунтовой дороги, обращенной к стене леса. При этом шкала качества по первым четырем уровням свойств у травы совпала с осью абсцисс вдоль дороги. Для построения поверхности отклика в пространственной системе координат образуются восемь точек с пятью уровнями качества луговой травы.

Таким образом, происходит экономия труда при измерениях, так как реальных пробных площадок при мозаичном их распределении потребуется в два раза меньше.

Для земельных участков вне охранной зоны малой реки и при сложной форме луга и его мозаичности нужны дополнительные исследования по проверке выявленных биотехнических закономерностей и численности требуемых для проведения измерений реальных пробных площадок. Главный принцип размещения крупных пробных площадок размерами 2,00×2,00 м, применяемых также и для изучения биоразнообразия видового состава травяных и/или травянистых растений, - это несовпадение координат центров каждой пробной площадки с другими площадками.

Четыре реальные пробные площадки (фиг.1 и фиг.2) намечали по ходу течения малой реки с измерением трех типов расстояний (таблица 1):

1) расстояние вдоль дороги L_вд, и эта ось абсцисс будет одинаковой для обеих систем отсчета местоположения центра пробной площадки, м;

2) расстояние поперек дороги L_пд (фиг.1), отсчитываемое от края грунтовой дороги до центра пробной площади в сторону стены леса, м;

3) расстояние поперек леса L_пл (фиг.2), отсчитываемое от стены леса до центра пробной площадки до края грунтовой дороги, м.

При этом расстояние L_пл рассчитывается вычитанием от общего расстояния между краем дороги до стены леса, например 90 м, расстояния L_пд, то есть в нашем примере по формуле 90 - L_пд.

Минимальное количество проб было принято равным четырем, что позволяет получать детерминированные нелинейные закономерности. Это важно, так как каждая площадка размерами 2,00×2,00 м требует много времени и труда. Дополнительно, как показано в данных таблицы 1, для выявления однофакторной закономерности принимается пятая строка или одна точка при условиях L_вд=0, L_пд=0 и L_пл=90 м. Для построения пространственных графиков на фиг.5 и фиг.6 были использованы все восемь точек.

Для моделирования брались массы свежих травяных проб, полученные сразу же после срезки. Из-за засухи и недоросля травы не удалось взять пробы между берегом малой реки и грунтовой дорогой. Экспериментальные данные были представлены пространственными графиками в программной среде Table Curve 3D. Получены закономерности влияния дороги и стены леса на продуктивность луга в программной среде Curve Expert-1.38 и 1.40.

На фиг.5 и фиг.6 приведены пространственные диаграммы, построенные в 3D-формате, при построении которых дополнительно к четырем реальным пробным площадкам приняты еще четыре виртуальные пробные площадки, схематически показанные на фиг.1 и фиг.2 вдоль края дороги, обращенного к лесу (см. данные таблицы 1). В итоге получается восемь точек, по которым возможно построение трехмерной диаграммы. Она наглядно показывает зависимость массы проб сырой травы от расстояния вдоль дороги с расстояниями между лесом или грунтовой дорогой.

Луговая трава растет даже на незаливаемой пойме малой реки, распределяясь по урожайности неравномерно (мозаично). Эта неравномерность во многом зависит от свойств почвы на участках речной поймы.

Используя данные таблицы 1, после моделирования идентификацией устойчивых законов получены следующие биотехнические закономерности.

Массы проб сырой травы поперек от дороги. Изменение срезанной массы травы поперек дороги (фиг.7 и фиг.8) происходит по уравнению

Из данных на фиг.7 видно, что коэффициент корреляции формулы (1) составляет r=1,00000000, что указывает на высокую точность модели. Однако на это влияет и малое количество измерений. Даже по малым остаткам от модели (1) видно (фиг.8), что, по мере приближения пробной площадки к стене леса, начинается флюктуация продуктивности луга по сырой траве.

Первая составляющая формулы (1) показывает, что даже в аномально засушливое лето 2010 года на некотором расстоянии от берега малой реки трава получает водное питание и имеет максимум урожайности в зависимости от оптимальной высоты расположения пробной площади над урезом воды. С дальнейшим удалением пробной площади от края дороги, которая по своей ширине полностью уничтожает травяной покров, по первой составляющей модели (1) урожайность луга по сырой траве снижается.

Вторая составляющая модели (1) является кризисной и показывает аномальное влияние стены леса на некотором удалении от себя. Это более четко видно из следующей статистической модели.

Массы проб сырой травы поперек от стены леса. Изменение срезанной массы травы поперек леса (фиг.9 и фиг.10) происходит по трехчленной закономерности вида

Из-за затенения около кромки леса урожайность луговой травы относительно меньше. Поэтому по первой составляющей видно, что травяной покров, как сообщество отдельных травинок, то есть как популяция, с удалением от стены леса начинает повышать урожайность по сырой массе по закону экспоненциального роста.

Следующие две составляющие являются кризисными для урожайности травы по общей массе пробы. Вторая составляющая показывает влияние дороги, и она на своем краю доводит траву до полного уничтожения. Третья составляющая показывает кризис от подавления продуктивности травы на некотором расстоянии от стены леса. Таким образом, лесной участок начинает разрастаться за счет опережающего подавления ростовой активности травы на некотором удалении от стены леса. Эта стена леса, как видно из фиг.9, делает как бы «осознанно», то есть создает условия и возможность семенам деревьев прорасти при меньшей высоте травяных растений. Так стена леса постепенно наступает на прибрежный незаливаемый луг.

Деревья на незаливаемом лугу могут прорасти, даже близко приближаясь к кромке берега малой реки.

Это происходит, если луг не расчищается от кустарника и поросли.

В результате проведенных исследований было выявлено, что распределение массы проб травы в сыром виде изменяется по статистическим закономерностям, содержащим две или три составляющие (дорога влияет проще и грубее, а стена леса влияет сложнее на урожайность травяного покрова). Поэтому влияние грунтовой дороги и стены леса на незатопляемый луг происходит по-разному. Эти закономерности нужно учитывать при уходе за прибрежными земельными участками под сенокосные луга.

Предлагаемый способ может быть применен при ежегодном экологическом мониторинге незатопляемого прибрежного луга и фитоиндикации территории водоохранной зоны малой реки пробами травы. По мере накопления данных можно будет выявить и динамику наступления стены леса на незатопляемый сенокосный луг.

Кроме того, новый способ применим и при технологическом мониторинге как возникновения и разрастания участка леса в условиях лесного хозяйства, так и повышения урожайности луговой травы в условиях ведения сельского хозяйства. Поэтому в прибрежных зонах водных объектов нужно переходить от отраслевого управления земельными участками к территориальному, что и будет способствовать дальнейшей рационализации природопользования на прибрежных территориях сенокосов и пастбищ.