Прогнозирование сезонного ритма развития некоторых видов растений в Южном Прибайкалье на основе метода статистического анализа

Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии.

2018. - Т. 27, № 4(1). - С. 98-101.

УДК 581.5:502.4(571.53/.55) DOI: 10.24411/2073-1035-2018-10096

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СЕЗОННОГО РИТМА РАЗВИТИЯ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ РАСТЕНИЙ В ЮЖНОМ ПРИБАЙКАЛЬЕ НА ОСНОВЕ МЕТОДА СТАТИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

© 2018 О.Д. Ермакова

Байкальский государственный природный биосферный заповедник, пос. Танхой

Поступила 04.06.2018

Исследованы ритмы сезонного развития следующих видов растений: Trollius kytma-novii, Anemone baicalensis, Bupleurum aureum, Rosa acicularis, Achillea asiatica, Chamaenerion angustifolium. Посредством использования метода статистического анализа выявлена возможность прогнозирования начала и продолжительности фенологических фаз у исследуемых видов растений.

Ключевые слова: Хамар-Дабан, Байкальский заповедник, дата начала фенологической фазы, статистический анализ.

Ermakova O.D. Forecasting of a seasonal rhythm of development of some views of plants in South Pribaikalye on the basis of a method of a statistical analysis. - The

rhythms of seasonal development of the following views of plants are studied: Trollius kyt-manovii, Anemone baicalensis, Bupleurum aureum, Rosa acicularis, Achillea asiatica, Chamaenerion angustifolium. The method of a statistical analysis was applied. The possibility of prognosis of dates started a phenological phases and their duration for plants is shown. Key words: Khamar-Daban Range, Baikal Nature Reserve, date started of a phenological phase, statistical analysis.

Территория Байкальского заповедника расположена в центральной части хребта Хамар-Дабан (Южное Прибайкалье), который протянулся в широтном направлении вдоль южного побережья озера Байкал; географические координаты: N 51°07' - 51°38', 8 104°50' - 104°34'. На высотах, близких к 1500 м над ур.м., выпадает за год около 1440 мм осадков, глубина снега достигает к концу зимы 1,7-1,9 м. На берегу озера осадков выпадает меньше, около 1000 мм, и глубина снежного покрова обычно не превышает 0,8 м. Средняя температура воздуха в январе -17,9°С, в июле +14°С (Бойчен-ко и др., 2000).

Работы проводились в рамках раздела «Календарь природы» основной научной темы.1* Ряды для проведения статистического анализа составлены за период 1981 - 2017 гг.

Ермакова Ольга Дмитриевна, кандидат биологических наук, olerm@list.ru

1 Мониторинг природных явлений и процессов и их изучение по программе Летописи природы. Летопись природы: отчёт о НИР (годовой) / ФГБУ Байкальский государственный природный биосферный заповедник; рук. В.И. Сутула. Танхой, 1981-2017.

Фенологические наблюдения осуществлялись на постоянных пробных площадях и маршрутах в нижней части горно-лесного пояса северного макросклона хребта (470-500 м над ур.м.) по общепринятой методике (Бейдеман, 1974). Статистическая обработка данных проводилась согласно общепринятым рекомендациям (Рокицкий, 1973; Кремер, 2002) посредством компьютерной программы Microsoft Excel. Изучались следующие виды: Trollius kytma-novii Reverd. [Trollius ircuticus Sipl.] - Купальница, жарок иркутский; Anemone baicalensis Turcz. ex Ledeb. [Arsenjevia baicalensis (Turcz. ex Ledeb.) Starod.; Anemonoides baicalensis (Turcz. ex Ledeb.) Holub] - Анемона байкальская; Bupleurum longifolium L. subsp. aureum (Fischer ex Hoffm.) Soo [Bupleurum aureum Fischer] - Володушка золотистая; Rosa acicularis Lindley - Роза иглистая, шиповник; Achillea asiatica Serg. - Тысячелистник азиатский; Chamaenerion angustifolium (L.) Scop. - Иван-чай узколистный.

Рассматриваемые растения интересны в разных ракурсах. Некоторые из них представляют собой индикаторные виды, по дате зацветания которых определяется начало определённых

субсезонов летнего сезона года (шиповник -перволетье; тысячелистник и иван-чай - разгар лета). Купальница является красиво цветущим видом и снижает свою численность, так как активно используется населением для составления букетов, поэтому нуждается в охране. Анемона байкальская и володушка золотистая - реликты неморального комплекса (Красно-певцева, 2000), и однозначно нуждаются в особой охране.

Закон нормального распределения - один из основных законов статистических явлений. Он занимает важнейшее место в биологической статистике, поскольку многие эмпирические распределения биологических признаков, характеризующиеся непрерывной вариацией, приближаются к нормальному, следуют ему (Рокицкий, 1973).

Наблюдаемые явления, т.е. варианты, в вариационном ряду при нормальном распределении характеризуются определёнными законо-

мерностями. А именно, отклонения от средней арифметической практически охватывают шесть сигм: 3 сигмы вправо от средней и три сигмы влево. Сигма (ст ) - это стандартное отклонение; эта константа вариационного ряда является мерой разнообразия вариант и показывает среднее отклонение варианты от среднего арифметического значения.

Согласно данному закону, в пределах плюс-минус 1 сигмы укладывается 68 % всех вариант статистического ряда, в пределах плюс-минус двух сигм - 95 % и в пределах плюс-минус трёх сигм - 99 % всех вариант. Получив статистическую оценку определённого признака, можно прогнозировать его отклонения с определённой точностью.

В табл. 1 помещены статистические характеристики продолжительности фенологических фаз и дат их наступления у исследуемых видов.

Таблица 1 (начало) Статистические характеристики продолжительности фенофаз и дат их наступления у растений

Параметры фенологических фаз п X X _ тах 2 а а У,%

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Купальница

Начало бутонизации (дата) 7 20.05 12.05 27.05 21,619 4,65 5,8 1,76

Массовая бутонизация (дата) 7 26.05 19.05 31.05 13,91 3,729 4,3 1,41

Продолжительность бутонизации (дни) 7 10 7 14 5,143 2,268 22,3 0,86

Начало цветения (дата) 7 30.05 22.05 4.06 16,9 4,112 4,5 1,55

Начало цветения (дата) 36 24.05 13.05 4.06 25,225 5,022 5,9 0,84

Окончание цветения (дата) 7 24.06 21.06 27.06 4,238 2,059 1,8 0,78

Продолжительность цветения (дни) 7 25 17 30 21,143 4,598 18,5 1,74

Начало завязывания плодов (дата) 7 13.06 8.06 18.06 16,286 4,036 3,9 1,53

Полное созревание плодов (дата) 7 12.07 6.07 16.07 17,238 4,152 3,1 1,57

Продолжительность плодоношения (дни) 7 29 26 35 14,952 3,867 13,1 1,46

Анемона байкальская

Начало бутонизации (дата) 6 25.05 18.05 31.05 32,667 5,715 6,6 2,33

Массовая бутонизация (дата) 6 1.06 22.05 6.06 31,467 5,609 6,1 2,29

Продолжительность бутонизации (дни) 6 8 3 13 14,566 3,816 61,9 1,56

Начало цветения (дата) 6 4.06 27.05 12.06 32,3 5,683 5,9 2,32

Окончание цветения (дата) 6 29.06 24.06 4.07 16,667 4,082 3,4 1,67

Продолжительность цветения (дни) 6 25 21 34 24,667 4,967 19,3 2,03

Начало завязывания плодов (дата) 6 19.06 16.06 27.06 17,467 4,179 3,7 1,71

Полное созревание плодов (дата) 6 15.07 9.07 19.07 14,967 3,869 2,8 1,58

Продолжительность плодоношения (дни) 6 26 20 32 21,467 4,633 17,4 1,89

Володушка золотистая

Начало бутонизации (дата) 6 14.06 30.05 27.06 87,5 9,354 8,7 3,82

Массовая бутонизация (дата) 6 24.06 12.06 10.07 83,6 9,143 7,9 3,73

Продолжительность бутонизации (дни) 6 21 14 35 65,9 8,118 37,7 3,31

Начало цветения (дата) 6 6.07 30.06 12.07 20,7 4,55 3,6 1,85

Окончание цветения (дата) 6 6.08 31.07 17.08 36,167 6,013 3,8 2,47

Продолжительность цветения (дни) 6 31 24 43 49,067 7,0 22,1 2,86

Начало завязывания плодов (дата) 6 20.07 14.07 29.07 33,8 5,814 4,1 2,6

Полное созревание плодов (дата) 6 13.08 6.08 21.08 41,5 6,444 3,9 2,88

Продолжительность плодоношения (дни) 6 24 19 32 22,3 4,722 19,2 2,11

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Шиповник

Начало цветения (дата) 36 17.06 5.06 27.06 20,057 4,478 4,4 0,74

Тысячелистник

Начало цветения (дата) 36 3.07 21.06 17.07 39,415 6,278 5,0 1,04

Иван-чай

Начало цветения (дата) 36 6.07 20.06 19.07 45,171 6,72 5,3 1,12

* Примечание: 1 - параметры; 2 - объём совокупности; 3 - среднее арифметическое значение; 4 - минимальное значение; 5 - максимальное значение; 6 - средний квадрат отклонений показателя от средней арифметической; 7 - среднее квадратическое отклонение (или стандартное отклонение); 8 - коэффициент вариации; 9 - ошибка средней арифметической.

На основе показателя сигма (С ) можно с различной степенью вероятности рассчитать для

растений даты наступления фенологических явлений. Приняв во внимание соответствующие рекомендации о значениях доверительных интервалов (Рокицкий, 1973), были определены интервалы сроков наступления фенофаз у исследуемых видов растений (табл. 2).

Таблица 2

Прогноз дат наступления и продолжительности фенологических фаз у растений

Интервалы сроков наступления фенофаз

Параметры Точность прогноза

фенологических фаз 70% 90%

-1,96 .... +1,96 ' С ' С -2,58с ... +2,58с

1 2 3

Купальница

Начало бутонизации (дата) 12.05 - 28.05 8.05 - 1.06

Массовая бутонизация (дата) 19.05 - 1.06 16.05 - 5.06

Продолжительность бутонизации (дни) 6-14 4-16

Начало цветения (дата); п = 7 23.05 - 7.06 20.05 - 10.06

Начало цветения (дата); п = 36 14.05 - 3.06 11.05 - 6.06

Окончание цветения (дата) 21.06 - 27.06 19.06 - 29.06

Продолжительность цветения (дни) 17-34 13-38

Начало завязывания плодов (дата) 6.06 - 21.06 1.06 - 25.06

Полное созревание плодов (дата) 5.07 - 19.07 1.07 - 23.07

Продолжительность плодоношения (дни) 23-35 19-40

Анемона байкальская

Начало бутонизации (дата) 15.05 - 4.06 9.05 - 10.06

Массовая бутонизация (дата) 22.05 - 11.06 16.05 - 16.06

Продолжительность бутонизации (дни) 1-15 1-18

Начало цветения (дата) 25.05 - 14.06 19.05 - 20.06

Окончание цветения (дата) 22.06 - 6.07 18.06 - 10.07

Продолжительность цветения (дни) 16-34 11-39

Начало завязывания плодов (дата) 12.06 - 26.06 8.06 - 30.06

Полное созревание плодов (дата) 8.07 - 23.07 5.07 - 25.07

Продолжительность плодоношения (дни) 18-34 13-39

Володушка золотистая

Начало бутонизации (дата) 27.05 - 2.07 21.05 - 8.07

Массовая бутонизация (дата) 7.06 - 12.07 29.05 - 17.07

Продолжительность бутонизации (дни) 5-37 1-42

Начало цветения (дата) 27.06 - 14.07 23.06 - 18.07

Окончание цветения (дата) 26.07 - 17.08 20.07 - 23.08

Продолжительность цветения (дни) 17-45 13-49

Начало завязывания плодов (дата) 10.07 - 31.07 4.07 - 5.08

Полное созревание плодов (дата) 1.08 - 24.08 27.07 - 30.08

Продолжительность плодоношения (дни) 16-33 12-36

1 2 3

Шиповник

Начало цветения (дата) 8.06 - 27.06 5.06 - 29.06

Тысячелистник

Начало цветения (дата) 21.06 - 15.07 17.06 - 19.07

Иван-чай

Начало цветения (дата) 23.06 - 19.07 19.06 - 23.07

Согласно прогнозу, следует, например, что начало цветения анемоны байкальской укладывается в период 25.05 - 14.06; купальница в основном зацветает в период с 14.05 по 3.06, а володушка золотистая - с 27.06 по 14.07. Также приведен прогноз и для фаз бутонизации и плодоношения.

Таким образом, данные статистического анализа могут использоваться всеми подразделениями заповедника:

1. Отделом охраны территории для планирования сроков мероприятий по охране конкретных редких видов растений, пользующихся у населения спросом в период цветения;

2. Отделом экологического просвещения и познавательного туризма:

а) в целях формирования туристического продукта определённой направленности, например, для организации фенологических туров с конкретизацией сроков их проведения;

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

б) для изготовления познавательных брошюр и буклетов;

в) для организации фототуров, так как гарантированные сроки, когда можно наблюдать интересный природный объект, в частности, цветущие редкие растения, привлекут внимание, как туристов, так и профессиональных фотографов, специализирующихся на объектах живой природы.

3. Научным отделом:

а) конкретные сроки созревания семян редких видов растений могут заинтересовать организации, занимающиеся интродукцией или сбором семян с целью сохранения их генофонда;

б) для планирования сроков полевой практики студентов-биологов, специализирующихся на изучении редких видов растений.

Бейдеман И.Н. Методика изучения фенологии растений и растительных сообществ. Новосибирск: Наука, 1974. 155 с.

Бойченко В.С., Баскаков В.В., Краснопев-цева А.С. и др. Байкальский заповедник // Заповедники России. Заповедники Сибири. Т. 2. М: Логата, 2000. С. 191-204.

Краснопевцева А.С. Реликты неморального комплекса во флоре высших сосудистых растений Байкальского заповедника // Вопросы изучения биоразнообразия и мониторинг состояния назем-

ных экосистем Байкальского региона. Мат-лы научно-практической конференции, посвящ. 30-летию деятельности Гос. природного биосферного заповедника «Байкальский» (16-17 сентября 1999 г., Танхой). Улан-Удэ: Изд-во БГУ, 2000. С. 89-93.

Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: ЮНИТИ - ДАНА, 2002. 543 с.

Рокицкий П.Ф. Биологическая статистика. Минск: Вышейш. школа, 1973. 320 с.