Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ АНАЛИЗА ВИДОВ ТРАВЫ СЕНОКОСНОГО ЛУГА

Изобретение относится к ландшафтам малых рек с естественной луговой растительностью и может быть использовано при оценке качества травяного покрова на прибрежных луговинах, в частности в пределах водоохранной зоны малой реки. Изобретение также может быть использовано при учете влияния на урожайность видового состава травы сенокосного луга.

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 формациям и элементам ландшафтов водосборного бассейна.

Известен также способ анализа сенокосного луга (Полевой экологический практикум: Учебное пособие / Под ред. проф. Л.А. Жуковой. Йошкар-Ола: МарГУ, 2000, 112 с.), включающий закладку на каждой пробной площадке или вне ее в аналогичных условиях по 10 учетных площадок 1 м² каждая в характерных местах, чтобы охватить строение травяного покрова в целом, располагая их равномерно на пробной площадке. При необходимости срезанные растения разбираются по пробам, затем пробы взвешиваются и высушиваются.

Недостатком является сложность структуры эксперимента, когда относительно основной пробной площадки размерами 2,00×2,00 м вокруг нее принимаются еще по 10 малых учетных пробных площадок. В итоге значительно повышается трудоемкость эксперимента. Причем столь много площадок до 11 штук принимаются только для того, чтобы определить средние арифметические значения изучаемого показателя.

Технический результат - упрощение эксперимента и одновременно повышение точности анализа видового разнообразия за счет принятия каждой пробной площадки размерами 2,00×2,00 м за отдельную группу видов травяных растений.

Этот технический результат достигается тем, что способ анализа видов травы сенокосного луга, включающий закладку пробных площадок в характерных местах, чтобы охватить строение травяного покрова в целом, располагая по пробным площадкам, причем срезанные растения разбираются по видам растений и взвешиваются, отличается тем, что на подготовительном этапе эксперимента, до закладки пробных площадок намечают примерно однородные по видовому составу и качеству травы выделы сенокосного луга, количество видов травы на одной пробной площадки размерами 2,00×2,00 м принимается за экологический индикатор качества луговой травы на всем выделе мозаичного луга, причем для принятия количества видов травы на пробной площадке качество сенокосной травы учитывается по квалиметрической шкале состояния травостоя каждого выдела сенокосного луга, при этом на каждом выделе сенокосного луга закладывают по меньшей мере одну пробную площадку, до взвешивания срезанные растения разбирают по видам и затем взвешиваются непосредственно на пробной площадке, в журнал записывают измеренные значения массы пробы по каждому виду травяных растений и по сумме всех видов на каждой пробной площадке, после этого вычисляют также сумму масс по всем пробным площадкам и по отдельным видам растений, затем вычисляют относительный видовой состав для каждого выдела сенокосного луга, по измеренным данным проводят ранжирование значений массы по видам растений, принимая за нулевой ранг общую массу пробы или общую массу всех проб, а по результатам ранжирования выявляют статистические закономерности распределения видового состава травяных растений по численности видов и массе на каждой пробной площадке и в целом по всем пробным площадкам.

На выбранном участке сенокосного луга достаточно определить четыре разнокачественных выдела, а затем глазомерно или же с применением геодезических измерительных приборов определить ориентировочную площадь каждого выдела без измерения их размеров.

Качество сенокосной травы учитывается специалистом по сенокошению по квалиметрической шкале состояния для травостоя каждого выдела сенокосного луга, причем четырехзначная квалиметрическая шкала оценки выдела сенокосного луга хорошо понятна и издавна привычна каждому сельчанину, причем по внешнему виду растущей травы селяне вполне определяют кормовое качество, поэтому выделы мозаичного участка луга под сенокос глазомерно разделяют следующим образом:

№1 - отличная трава для заготовки сена;

№2 - хорошая трава для производства сена;

№3 - средний по качеству травостой;

№4 - плохая по качеству для сена трава.

Срезание пробы травы выполняется непосредственно перед сенокосом, по крайней мере, не более чем за несколько суток до сенокошения, при этом срезанная и рассортированная по видам растений часть пробы травы взвешивается непосредственно на пробной площадке с применением переносных весов с ценой деления в один грамм или с погрешностью измерения ±0,5 грамм, а общая масса свежесрезанной травы определяется суммированием частей по видам растений, после взвешивания проба травы оставляется на пробной площадке для естественной сушки до воздушно-сухой влажности и убирается с готовым на делянке сеном.

Относительный видовой состав пробы по массе свежесрезанной травы определяют делением количества видов травяных растений к общему систематическому составу всех пробных площадок, а по значению относительного видового состава судят о качестве всех делянок мозаичного луга.

Сущность технического решения заключается в том, что количество видов травы в группе из одной пробной площади размерами 2,00×2,00 м является простейшим экологическим индикатором качества луговой травы на всем выделе мозаичного луга, при принятии крупной пробной площадки за достоверную для статистического моделирования территории популяции травинок и видового разнообразия травяных растений. При этом качество сенокосной травы учитывается по четырем значениям квалиметрической шкалы состояния (отличная, хорошая, средняя и плохая) травостоя выдела сенокосного луга и поэтому, принимая по меньшей мере одну пробную площадку на выделе луга, достаточно для анализа с выявлением биотехнических закономерностей четырех пробных площадок.

Сущность технического решения заключается также в том, что четырехзначная квалиметрическая шкала оценки выдела сенокосного луга хорошо понятна и издавна привычна каждому сельчанину, поэтому на подготовительном этапе эксперимента, до закладки пробной площадки, выделяют примерно однородные по видовому составу и качеству травы земельные выделы. Выделы с разным качеством травы отличаются друг от друга даже по окраске и внешнему виду.

Сущность технического решения заключается также и в том, что на выбранном участке сенокосного луга достаточно определить четыре разнокачественных выдела, а затем глазомерно или же с применением геодезических измерительных приборов определить ориентировочную площадь каждого выдела без измерения их размеров. Это позволяет топтать траву только одним экспериментатором только при подходе к срезаемой пробной площадке, которая намечается заранее примерно в середине выдела данного качества травостоя. Один экспериментатор способен нести с собой переносные электронные весы на батарейках, складной реечный шаблон для пробной площадки размерами 2,00×2,00 м, ножницы или же ручную машинку для срезания травы, журнал для записи измеренных данных.

Сущность технического решения заключается также и в том, что срезание пробы травы выполняется непосредственно перед сенокосом по крайней мере за несколько суток до сенокошения. При этом срезанная и рассортированная по видам растений часть пробы травы взвешивается непосредственно на пробной площадке с применением переносных весов с ценой деления в один грамм или с погрешностью измерения ±0,5 грамм. Общая масса свежесрезанной травы определяется суммированием частей по видам растений. После взвешивания проба травы оставляется на пробной площадке для естественной сушки до воздушно-сухой влажности и убирается с луга вместе с готовым на делянках сеном.

Сущность технического решения заключается также и в том, что относительный видовой состав пробы по массе свежесрезанной травы определяют делением количества видов травяных растений к общему систематическому составу всех пробных площадок, а по значению относительного видового состава судят о качестве делянки мозаичного луга.

Положительный эффект достигается тем, что без измерения расстояний значительно упрощается проведение эксперимента, а при разделении пробы на части по видам растений непосредственно на пробной площадке повышает точность анализа видового состава на площадках с разным качеством сенокосной травы.

Новизна технического решения заключается в том, что впервые пробная площадка принимается за территорию популяции видов травяных растений на выделе сенокосного луга разного качества, причем впервые качество травостоя на выделе сенокосного луга определяется глазомерно по эвристическим соображениям опытного косаря.

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

На фиг.1 показан график видового распределения травы на пробных площадках выделов сенокосного луга; на фиг.2 дан двухфакторный пространственный график изменения массы свежесрезанной травы с пробных площадок размерами 2,00×2,00 м; на фиг.3 показан график рангового распределения массы свежесрезанной пробы отличной для сенокошения травы; на фиг.4 - то же на фиг.3 для хорошей травы; на фиг.5 - то же на фиг.3 для плохой для заготовки сена травы; на фиг.6 дан график рангового распределения массы травы по всем четырем выделам сенокосного луга.

Способ анализа видов травы сенокосного луга содержит следующие действия.

На подготовительном этапе эксперимента, до закладки пробных площадок намечают примерно однородные по видовому составу и качеству травы выделы сенокосного луга. Количество видов травы на одной пробной площадке размерами 2,00×2,00 м принимается за экологический индикатор качества луговой травы на всем выделе мозаичного луга. Причем для принятия количества видов травы на пробной площадке качество сенокосной травы учитывается по квалиметрической шкале состояния травостоя каждого выдела сенокосного луга.

На каждом выделе сенокосного луга закладывают по меньшей мере одну пробную площадку, до взвешивания срезанные растения разбирают по видам и затем взвешиваются непосредственно на пробной площадке, в журнал записывают измеренные значения массы пробы по каждому виду травяных растений и по сумме всех видов на каждой пробной площадке, после этого вычисляют также сумму масс по всем пробным площадкам и по отдельным видам растений.

Затем вычисляют относительный видовой состав для каждого выдела сенокосного луга, по измеренным данным проводят ранжирование значений массы по видам растений, принимая за нулевой ранг общую массу пробы или общую массу всех проб. А по результатам ранжирования выявляют статистические закономерности распределения видового состава травяных растений по численности видов и массе на каждой пробной площадке и в целом по всем пробным площадкам.

На выбранном участке сенокосного луга достаточно определить четыре разнокачественных выдела, а затем глазомерно или же с применением геодезических измерительных приборов определить ориентировочную площадь каждого выдела без измерения их размеров.

Качество сенокосной травы учитывается специалистом по сенокошению по квалиметрической шкале состояния для травостоя каждого выдела сенокосного луга, причем четырехзначная квалиметрическая шкала оценки выдела сенокосного луга хорошо понятна и издавна привычна каждому сельчанину.

Причем по внешнему виду растущей травы селяне вполне определяют кормовое качество, поэтому выделы мозаичного участка луга под сенокос глазомерно разделяют следующим образом:

№1 - отличная трава для заготовки сена;

№2 - хорошая трава для производства сена;

№3 - средний по качеству травостой;

№4 - плохая по качеству для сена трава.

Срезание пробы травы выполняется непосредственно перед сенокосом, по крайней мере, не более чем за несколько суток до сенокошения,

Срезанная и рассортированная по видам растений часть пробы травы взвешивается непосредственно на пробной площадке с применением переносных весов с ценой деления в один грамм или с погрешностью измерения ±0,5 грамм, а общая масса свежесрезанной травы определяется суммированием частей по видам растений, после взвешивания проба травы оставляется на пробной площадке для естественной сушки до воздушно-сухой влажности и убирается с готовым на делянке сеном.

Относительный видовой состав пробы по массе свежесрезанной травы определяют делением количества видов травяных растений к общему систематическому составу всех пробных площадок, а по значению относительного видового состава судят о качестве всех делянок мозаичного луга.

Способ анализа видов травы сенокосного луга, например, в незатопляемой прибрежной охранной зоне малой реки, выполняется следующими действиями.

Участок сенокосного луга с испытуемым травяным покровом выделяют на незатопляемой территории.

На подготовительном этапе эксперимента, до закладки пробных площадок намечают примерно однородные по видовому составу и качеству травы выделы сенокосного луга.

Количество видов травы на одной пробной площадке размерами 2,00×2,00 м принимается за экологический индикатор качества луговой травы на всем выделе мозаичного луга. Причем для принятия количества видов травы на пробной площадке качество сенокосной травы учитывается по квалиметрической шкале состояния травостоя каждого выдела сенокосного луга.

На каждом выделе сенокосного луга закладывают по меньшей мере одну пробную площадку, до взвешивания срезанные растения разбирают по видам и затем взвешиваются непосредственно на пробной площадке, в журнал записывают измеренные значениям массы пробы по каждому виду травяных растений и по сумме всех видов на каждой пробной площадке, после этого вычисляют также сумму масс по всем пробным площадкам и по отдельным видам растений.

Затем вычисляют относительный видовой состав для каждого выдела сенокосного луга, по измеренным данным проводят ранжирование значений массы по видам растений, принимая за нулевой ранг общую массу пробы или общую массу всех проб. А по результатам ранжирования выявляют статистические закономерности распределения видового состава травяных растений по численности видов и массе на каждой пробной площадке и в целом по всем пробным площадкам.

На выбранном участке сенокосного луга достаточно определить четыре разнокачественных выдела, а затем глазомерно или же с применением геодезических измерительных приборов определить ориентировочную площадь каждого выдела без измерения их размеров.

Качество сенокосной травы учитывается специалистом по сенокошению по квалиметрической шкале состояния для травостоя каждого выдела сенокосного луга.

Причем четырехзначная квалиметрическая шкала оценки выдела сенокосного луга хорошо понятна и издавна привычна каждому сельчанину, причем по внешнему виду растущей травы селяне вполне определяют кормовое качество, поэтому выдела мозаичного участка луга под сенокос глазомерно разделяют следующим образом:

№1 - отличная трава для заготовки сена;

№2 - хорошая трава для производства сена;

№3 - средний по качеству травостой;

№4 - плохая по качеству для сена трава.

Срезание пробы травы выполняется непосредственно перед сенокосом, по крайней мере, не более чем за несколько суток до сенокошения.

При этом срезанная и рассортированная по видам растений часть пробы травы взвешивается непосредственно на пробной площадке с применением переносных весов с ценой деления в один грамм или с погрешностью измерения ±0,5 грамм, а общая масса свежесрезанной травы определяется суммированием частей по видам растений, после взвешивания проба травы оставляется на пробной площадке для естественной сушки до воздушно-сухой влажности и убирается с готовым на делянке сеном.

Относительный видовой состав пробы по массе свежесрезанной травы определяют делением количества видов травяных растений к общему систематическому составу всех пробных площадок, а по значению относительного видового состава судят о качестве всех делянок мозаичного луга.

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

Растущая трава неоднородна по качеству даже на малых участках. Взятие проб проводили 10 июля 2010 года с участка сенокоса размерами 135×166 м, находящегося на расстоянии около 24 м от берега реки Немда. На этом расстоянии находился естественный луг.

По внешнему виду растущей травы селяне вполне определяют кормовое качество. Поэтому компоненты мозаичного участка луга под сенокос можно глазомерно разделить по качеству травы следующим образом:

№1 - отличная трава для заготовки сена;

№2 - хорошая трава для производства сена;

№3 - средний по качеству травостой;

№4 - плохая по качеству для сена трава.

При взятии пробы на компоненте участке сенокоса выбиралась соответствующая выбранной шкале качества травы по меньшей мере одна пробная площадка в 4 м². Тогда минимальное количество пробных площадок размерами 2,00×2,00 м на мозаичном участке сенокосного луга будет четыре.

На выбранную для взятия проб травы учетную площадку накладывается шаблон с внутренним сечением в 2 м² и после этого срезаем весь растительный покров вровень с поверхностью почвы. Срезанную траву сразу же взвешиваем непосредственно около пробной площадки на переносных весах и определяем начальную массу, предварительно разобрав по видам растений. Далее, определив массу проб травы, данные заносим в журнал.

При анализе видового состава в хозяйственно-ботаническом отношении в пойме реки Немда было отмечено несколько групп растений.

Систематический состав растений на всех четырех учетных площадках представлен в таблице 1. Всего произрастало 11 видов травяных растений.

Результаты полевых работ. Полевыми опытами на четырех пробных площадках были получены данные, которые показаны в таблице 2.

Распределение видового разнообразия по численности видов. Две оси координат в виде кода качества травы и площадь выдела определяют пространственный график (фиг.1) мозаичного распределения массы травяного покрова по выделам у выбранного участка сенокосного луга.

Число видов по пробным площадкам изменяется по формуле

где N - число видов травяных растений на пробной площадке, шт.,

К - код качества сенокосной травы на выделе, AT=l∨2∨3∨4, причем знак «∨» обозначает «или».

Для сравнения разных сенокосных угодий следует применять новый показатель - относительное видовое распределение. Это критерий получается делением уравнения (1) на общее количество видов на всех пробных площадках, то есть по формуле

Поделив уравнение (1) на 11 видов, получим относительную формулу

Таким образом, коэффициент полезного действия по видовому разнообразию сенокосной травы наилучшего качества будет равен 55,66%. Это значение можно сопоставить с КПД другого сенокосного луга и тем самым оценивать обилие травостоя в разных характерных местах рельефа.

Влияние кода качества и площади выдела. Двухфакторное влияние кода качества и площади выдела на массу свежей всей пробы травы показано на фигуре 2.

Здесь четко виден некий «перелом» поверхности отклика с повышением кода качества (понижением поедаемости травы пробы).

При этом масса свежей травы лучшего и хорошего качества в увеличением площади выдела возрастает. Таким образом, заметен так называемый «масштабный» фактор. А средняя и плохая по качеству пробы травы не дают такого резкого роста общей массы с пробных площадок. Поэтому задняя грань пространственного графика резко снижается почти до нуля. Еще резче ожидается картина с учетом каротина и других питательных веществ, например, в кормовых единицах. Плохую траву обычно не забирают для корма скоту - она быстро загнивает.

Распределение видового разнообразия по массе частей пробы. По составу растений пробных площадок была составлена таблица 3 ранжирования видового разнообразия.

Ранжирование проводилось по направлению от лучшего к худшему, то есть по убыванию сырой массы травы у каждого вида травяного растения. Поэтому вектор направленности формулируется так: чем больше масса по виду растений с каждой пробной площадки (последние строки) или по каждому виду растения, тем лучше. Здесь содержание питательных веществ в каждом виде растения и его поедаемость пока не учитываются.

Коэффициент коррелятивной вариации (термин по Ч. Дарвину) всего участка сенокосного луга определяется, для сравнения с другими сенокосными лугами, следующим образом. Теоретически можно предположить, что все выдела луга имеют хорошую (максимум массы по таблице 3) для сенокоса траву. Общая площадь выделов, по данным таблицы 2, равна 120+64+70+56=310 м². Тогда теоретическая урожайность площадок по массе зеленой травы всех выделов будет равна 3100×310/64=15016 грамм, причем по отношению к четырем пробным площадкам.

В итоге коэффициент коррелятивной вариации измеренного участка сенокосного луга будет равен 6662 / 15016=0,4437.

Ранговое распределение видов по площадкам. Используя данные таблицы 3, были получены нижеследующие статистические модели с помощью программной среды CurveExpert-1.3.

Площадка №1. На фигуре 3 показаны экспериментальные точки и график изменения массы пробы травы, построенный по формуле

Высокая адекватность модели (4) с коэффициентом корреляции 0,9993 показывает тесную связь по двухчленной биотехнической закономерности между массой частей пробы с иерархией видов травяных растений. При этом основную долю графика занимает первая составляющая по закону экспоненциального спада, поэтому стрессовое возбуждение массы по второй составляющей модели (4) минимальное.

Площадка №2. Получена аналогичная по конструкции формула (фиг.4) рангового распределения хорошей по качеству травы по видовому составу

Доля второй составляющей повышается. По остаткам от формулы (5) видно колебательное возмущение с нарастающей по закону показательного роста закономерностью.

Площадка №3. Для пробы среднего качества (фиг.5) ранговое распределение определяется математической зависимостью вида

Стрессовое возбуждение нескольких видов растений становится заметным по отношению к сумме масс (см. табл.3) и отстающему по массе виду (подорожник). Подорожника не было в отличной и хорошей сенокосной траве. Поэтому появление этого вида становится индикатором снижения качества травяной популяции. Именно подорожник вызывает усиление колебания остатков от модели (6).

Плохая по сенокосному качеству проба травы ранжируется по видовому составу только на два уровня, поэтому распределение не моделируется.

Распределение видов по всем площадкам. По всем четырем площадкам в сумме видовое разнообразие травяного покрова (фиг.6) изменяется по трехчленной формуле

m₁=6661,9948ехр(-1,24858r),

m₂=А₁ cos(πr/р₁+4,18390),

A₁=3,19530 r^7,89999 ехр(-1,56605r), р₁=66,06545-5,93047r^1,00352,

m₃=A₂cos(πr/р₂),

А₂=1517,7747r^6,70723ехр(-2,90400r), р₂=1,15970.

Первая составляющая, как и в отдельности по пробным площадкам, показывает экспоненциальный спад, начиная с общей массы при нулевом ранге, массы травы по всем 11 видам. Вторая составляющая в виде волны характеризует колебательное возмущение средних и слабых видов травяных растений. В составе травы есть лидеры, которые дают максимум продуктивности в данных условиях произрастания. При этом ранговый полупериод колебания снижается, то есть частота возмущения популяции видов растений возрастает. Другим, кроме 11 растущих видов, на данном сенокосном лугу не удается взрасти. Третья составляющая показывает импульсное колебание урожайности между сильными видами травяных растений. При этом частота колебания этих видов постоянная.

Предлагаемый способ может быть применен при ежегодном экологическом мониторинге незатопляемого прибрежного луга и фитоиндикации территории водоохраной 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.

В общем случае предложенный способ измерения фитомассы травяного покрова с его неоднородностями по качеству травы одновременно удовлетворяет нескольким научно-производственным целям:

1) оценка продуктивности лугов для сенокоса и пастбищ для скота, то есть целью является измерение травы для прогнозирования удовлетворения нужд сельского хозяйства, в части животноводства;

2) оценка урожайности различных видов травяного покрова, имеющего неравномерное покрытие травами различного качества (эта доля выявляется геодезическими измерениями площади доли травяного покрова с одним из уровней качества травы);

3) оценка мероприятий повышения урожайности травы и продуктивности почвы фитоценоза через сопоставление вывяленных количественных закономерностей по пп.1 и 2, то есть достижение рациональности в землепользовании на сенокосах и пастбищах;

4) оценка экологической ситуации и режима, если по предлагаемому способу будут проведены измерения ежегодно хотя бы не менее 6-7 лет, той территории, на которой произрастает измеряемая по качеству трава и находится изучаемый луговой фитоценоз.