СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ТРАВЯНОГО ПОКРОВА ЛЕСНОЙ ПРИБРЕЖНОЙ ЛУГОВИНЫ
METHOD OF TESTING OF GRASS COVER OF FOREST COASTAL MEADOW

Изобретение относится к прирусловым луговым ландшафтам малых рек с естественной травяной растительностью и может быть использовано при биотехнической и биохимической оценке травяного покрова на прирусловых пойменных заливных и незаливных лугах и луговинах лесов. Техническое решение также может быть применено при учете влияния на урожайность и другие свойства луговой травы орографических параметров приречного рельефа у прирусловых пойм малых рек и их притоков.
Известен способ испытания травяного покрова на прирусловом луге по патенту №2380890, включающий измерение длины притоков и площади водосбора притоков реки, а также падения притоков как разности высот между их истоками и устьями, распределение притоков по отличительным группам по наличию растительного покрова на территориях бассейнов водосбора реки и ее притоков, в котором оценку влияния отличительных орографических особенностей рельефа и ландшафта, расположенных на территории водосбора притоков, на измеренной по длине и площади водосбора малой реке или ее притоке визуально по карте или натурно выделяют участок русла в речной долине с незаливным или пойменным лугом, а на прибрежной части этой долины выделяют земельный участок в виде биогеоценоза с определением границ испытуемого травяного покрова, затем на этом земельном участке прируслового луга по течению воды размечают перпендикулярно руслу множество временных гидрометрических створов с измерением расстояний между ними, причем линии створов продолжают до границы травяного покрова поперек русла, а количество временных гидрометрических створов принимают достаточным для формирования сети пробных площадок по всему испытываемому травяному покрову, при этом вдоль каждого временного гидрометрического створа размечают множество пробных площадок с переменными расстояниями между ними, затем пробы травы срезают и подвергают испытаниям с каждой пробной площадки, после проведения испытаний проб травы измеряют расстояния от линии уреза воды, принятой за начало координат у всех временных гидрометрических створов, до центров очищенных от проб травы пробных площадок, при перепаде высот пробных площадок более 10,0 см измеряют также высоту расположения центра каждой пробной площадки от водной поверхности реки или ее притока, после измеряют длину и падение реки или ее притока на выбранном участке русла, а также устанавливают общий постоянный геодезический репер для дальнейших долговременных измерений прируслового рельефа и ландшафта и ежегодного мониторинга за свойствами травяного покрова.
Недостатком является трудоемкость закладки пробных площадок и координатной сети с переменными расстояниями между центрами пробных площадок. Кроме того, аналог применим для сложного прибрежного рельефа малой реки, например, у излучины реки или ее притока с неровной поверхностью травяного покрова на особо охраняемых территориях. В связи с этим аналог применим для сложных ландшафтов.
Известен также способ испытания травяного покрова лесной прибрежной луговины по патенту №2380891, включающий выделение в пределах водоохраной зоны визуально по карте или натурно участок луга с испытуемым травяным покровом, затем на этом участке по течению реки или ее притока размечают группы пробных площадок вдоль и поперек береговой линии, при разметке учитывают постоянное расстояние 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 свойств проб травы.
Преимуществом является простота закладки пробных площадок без учета гидрометрических створов на реке, причем луга в пределах городской черты являются ровными по ландшафту из-за того, что при закладке луга на прирусловой территории проводят культурно-технические работы.
Недостатком является то, что крестообразная форма расположения пробных площадок не дает координатной сети для анализа качества травяного покрова по пробам травы, а это ограничивает выявление закономерностей распределения травы по массе проб и видам растений в них.
Технический результат - расширение функциональных возможностей испытания травяного покрова, в частности прирусловых лугов и лесных луговин, повышение точности измерений и анализа распределений зеленой массы проб травы на пробных площадках размерами 0,50×0,50 м, а также выявление сложных закономерностей влияния расстояний от реки, дороги и леса до центров пробных площадок на урожайность луговой травы.
Этот технический результат достигается тем, что способ испытания травяного покрова лесной прибрежной луговины, включающий выделение в пределах водоохраной зоны визуально по карте или натурно участок луга с испытуемым травяным покровом, затем на этом участке по течению реки или ее притока размечают группы пробных площадок вдоль и поперек береговой линии, при разметке учитывают постоянное расстояние между центрами пробных площадок вдоль и поперек реки, а после срезки пробы травы подвергают взвешиванию и выявляют закономерности влияния расстояний от берега реки и вдоль него на изменение массы проб свежесрезанной травы, отличается тем, что выделяют ровный по рельефу участок луга с испытуемым травяным покровом между параллельными друг другу дорогой и береговой кромкой малой реки или ее притока, причем при наличии между дорогой и берегом реки лесного древостоя сбоку участка измеряют расстояние от края участка до кромки леса, на участке испытуемого травяного покрова координатная сетка пробных площадок принимается равномерной в обоих направлениях вдоль и поперек малой реки, причем расположение пробных площадок принимается по продольным и поперечным по отношению к берегу малой реки или ее притока линиям с равными расстояниями, при этом расстояние от кромки берега до первой продольной линии пробных площадок принимается не менее промежутка между линиями координатной сетки, а за дополнительные линии расположения виртуальных пробных площадок с нулевой массой проб принимают берег реки и кромку дороги со стороны координатной сетки участка луга с испытуемым травяным покровом.
На участке испытуемого травяного покрова координатная сетка принимается равномерной с не менее чем по пять пробных площадок размерами 0,50×0,50 м, по продольным и поперечным по отношению к берегу малой реки или ее притока линиям расположение центров пробных площадок принимается через 10 м, причем от кромки берега малой реки или ее притока до первой продольной линии расположения пробных площадок координатной сетки принимается расстояние не менее 10 м, а расположение кромки леса учитывают при расстоянии до нее от края координатной сетки участка с испытуемым травяным покровом не более 100 м.
Для применения ко всем луговым участкам на прибрежных луговинах на примере вдоль реки Малая Кокшага для ориентировочных расчетов, например, при постановке новых экспериментов на других участках реки влияние расстояния от участка испытуемого травяного покрова до леса рассчитывается по формуле:
1
2
m=m+m,
<mrow><msub><mi>m</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mn>5,57834</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>5</mn></mrow></msup><msubsup><mi>L</mi><mi>л</mi><mrow><mn>4,27708</mn></mrow></msubsup><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>0,00048575</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msubsup><mi>L</mi><mi>л</mi><mrow><mn>2,00893</mn></mrow></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>
2
1
л
1
m=Acos(πL/p-6,20437),
<mrow><msub><mi>A</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mn>2,25528</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>11</mn></mrow></msup><msubsup><mi>L</mi><mi>л</mi><mrow><mn>7,66060</mn></mrow></msubsup><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>0,044927</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msub><mi>L</mi><mi>л</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>
1
л
p=18,36035-0,0500961L,
где m - масса пробы травы с пробной площадки размерами 0,50×0,50 м, г;
1
m - детерминированное влияние леса на продуктивность луга, г;
2
m - волновое влияние леса на продуктивность луга, г;
л
L - расстояние от стены леса до координатной сетки, м;
1
A - амплитуда (половина) колебательного возмущения травяного
покрова на воздействие леса по урожайности, г;
1
p - полупериод колебательного возмущения луга, м.
Дополнительно к воздействию на испытуемый травяной покров стены леса определяется влияние малой реки формулой волновой функции:
3p
2p
p
2p
m=A cos(πL/p-5,17479),
<mrow><msub><mi>A</mi><mrow><mn>2</mn><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>35,16389</mn><msubsup><mi>L</mi><mi>р</mi><mrow><mn>1,21874</mn></mrow></msubsup><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>0,12107</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msub><mi>L</mi><mi>p</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>
2р
p
p=1,20844+0,18142L,
3p
где m - волновое влияние реки на продуктивность луга, г;
p
L - расстояние от берега реки до координатной сетки, м;
2p
A - амплитуда (половина) колебательного возмущения травяного
покрова на воздействие реки по урожайности, г;
2p
p - полупериод колебательного возмущения луга от реки, м.
Дополнительно к воздействию на испытуемый травяной покров стены леса определяется влияние дороги формулой волновой функции:
3d
2d
d
2d
m=Acos(πL/p+1,31165),
<mrow><msub><mi>A</mi><mrow><mn>2</mn><mi>d</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>1,95312</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>17</mn></mrow></msup><msubsup><mi>L</mi><mi>d</mi><mrow><mn>14,12696</mn></mrow></msubsup><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>0,24670</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msub><mi>L</mi><mi>d</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>
2d
d
p=89,08404-0,70767L,
3d
где m - волновое влияние дороги на продуктивность луга, г;
d
L - расстояние от дороги до координатной сетки, м;
2d
A - амплитуда (половина) колебательного возмущения травяного покрова на воздействие пешеходной дороги по урожайности, г;
2d
p - полупериод колебательного возмущения луга от дороги, м.
Сущность изобретения заключается в том, что в пределах водоохраной зоны визуально по карте или натурно выделяют ровный по рельефу участок луга с испытуемым травяным покровом между параллельными друг другу дорогой и береговой кромкой малой реки или ее притока, причем при наличии между дорогой и берегом реки лесного древостоя сбоку участка учитывают расстояние от края участка до кромки леса.
Сущность изобретения заключается также в том, что на участке испытуемого травяного покрова координатная сетка пробных площадок принимается равномерной, расположение которых принимается по продольным и поперечным по отношению к берегу малой реки или ее притока линиям с равными расстояниями, причем расстояние от кромки берега до первой продольной линии пробных площадок принимается не менее промежутка между линиями координатной сетки
Сущность изобретения заключается и в том, что на участке испытуемого травяного покрова координатная сетка принимается равномерной с не менее чем по пять пробных площадок размерами 0,50×0,50 м, при этом по продольным и поперечным по отношению к берегу малой реки или ее притока линиям расположение центров пробных площадок принимается через 10 м, при этом от берега до первой продольной линии расположения пробных площадок координатной сетки принимается расстояние не менее 10 м, а расположение кромки леса учитывают при расстоянии до нее от края координатной сетки участка с испытуемым травяным покровом не более 100 м.
2
2
2
2
Положительный эффект заключается в том, что координатная сетка с размерами 40×40 м с площадью 1600 м позволяет учитывать распределение массы проб травы с 25 пробных площадок. При этом каждую пробную площадку удается по рекомендациям [Шарашова B.C. Устойчивость пастбищных экосистем. - М.: Агропромиздат, 1989. 240 с] принять с размерами 0,5×0,5 м. По сравнению с прототипом при размерах площадки в 1,00×1,00 м общая площадь всех 25 пробных площадок уменьшится в четыре раза и вместо 25 м составит всего 6,25 м. Поэтому трудоемкость взятия пробы травы значительно уменьшается еще и за счет более быстрой разметки равномерной координатной сетки. При этом 25 пробных площадок позволяют измерять распределение массы травы по всей площади участка с испытуемым травяным покровом в 1600 м. По сравнению с целостной срезкой травы на всем участке это позволяет уменьшить трудоемкость в 1600/6,25=256 раз. Такое планирование эксперимента на равномерной сетке позволяет выявлять сложные биотехнические закономерности изменения массы зеленой травы, причем без ее высушивания, для индикации влияния двух природных (река и лес) и одного антропогенного (асфальтированная пешеходная дорога) объектов. Такая дорога выбрана потому, что исключается влияние автотранспорта и его загрязнения выхлопными газами. Поэтому научно-техническое решение рекомендуется, прежде всего, применять при испытаниях участков травяного покрова в городских лесах.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обладает существенными признаками, новизной и положительным эффектом. В научно-технической и патентной литературе информационных материалов, порочащих новизну предлагаемого изобретения, нами не обнаружено.
На фиг.1 приведена схема расположения пробных площадок на координатной сетке участка травяного покрова с нумерацией пробных площадок; на фиг.2 показан пространственный график изменения массы пробы срезанной травы от влияния расстояний от реки и леса; на фиг.3 - то же на фиг.2 от дороги и леса; на фиг.4 приведен однофакторный график биотехнической закономерности влияния леса на изменение массы пробы на 25 пробных площадках; на фиг.5 - график изменения остатков от графика на фиг.4 в зависимости от расстояния от реки; на фиг.6 - то же на фиг.5 в зависимости от расстояния от дороги.
Способ испытания травяного покрова лесной прибрежной луговины малой равнинной реки включает такие действия.
Вначале визуально изучают реку или ее приток и намечают места с травяными биогеоценозами и устанавливают очередность проведения испытаний каждого выбранного травяного покрова. При этом вначале испытаниям подвергают незаливные прирусловые луга, а после них переходят к пойменным лугам, а в конце - к сенокосам и пастбищным лугам.
На участке реки выделяют ровный по рельефу участок луга с испытуемым травяным покровом между параллельными друг другу дорогой и береговой кромкой малой реки или ее притока. Причем при наличии между дорогой и берегом реки лесного древостоя сбоку участка измеряют расстояние от края участка до кромки леса. На участке испытуемого травяного покрова координатная сетка пробных площадок принимается равномерной в обоих направлениях вдоль и поперек малой реки. Причем расположение пробных площадок принимается по продольным и поперечным по отношению к берегу малой реки или ее притока линиям с равными расстояниями. При этом расстояние от кромки берега до первой продольной линии пробных площадок принимается не менее промежутка между линиями координатной сетки, а за дополнительные линии расположения виртуальных пробных площадок с нулевой массой проб принимают берег реки и кромку дороги со стороны координатной сетки участка луга с испытуемым травяным покровом.
На участке испытуемого травяного покрова координатная сетка принимается равномерной с не менее чем по пять пробных площадок размерами 0,50x0,50 м, по продольным и поперечным по отношению к берегу малой реки или ее притока линиям расположение центров пробных площадок принимается через 10 м, причем от кромки берега малой реки или ее притока до первой продольной линии расположения пробных площадок координатной сетки принимается расстояние не менее 10 м, а расположение кромки леса учитывают при расстоянии до нее от края координатной сетки участка с испытуемым травяным покровом не более 100 м.
Для применения ко всем луговым участкам на прибрежных луговинах на примере вдоль реки Малая Кокшага для ориентировочных расчетов, например, при постановке новых экспериментов на других участках реки, влияние расстояния от участка испытуемого травяного покрова до леса рассчитывается по формуле:
1
2
m=m+m,
<mrow><msub><mi>m</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mn>5,57834</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>5</mn></mrow></msup><msubsup><mi>L</mi><mi>л</mi><mrow><mn>4,27708</mn></mrow></msubsup><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>0,00048575</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msubsup><mi>L</mi><mi>л</mi><mrow><mn>2,00893</mn></mrow></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>
2
1
л
1
m=Acos(πL/p-6,20437),
<mrow><msub><mi>A</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mn>2,25528</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>11</mn></mrow></msup><msubsup><mi>L</mi><mi>л</mi><mrow><mn>7,66060</mn></mrow></msubsup><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>0,044927</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msub><mi>L</mi><mi>л</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>
1
л
p=18,36035-0,0500961L,
где m - масса пробы травы с пробной площадки размерами 0,50×0,50 м, г;
1
m - детерминированное влияние леса на продуктивность луга, г;
2
m - волновое влияние леса на продуктивность луга, г;
л
L - расстояние от стены леса до координатной сетки, м;
1
A - амплитуда (половина) колебательного возмущения травяного
покрова на воздействие леса по урожайности, г;
1
p - полупериод колебательного возмущения луга, м.
Дополнительно к воздействию на испытуемый травяной покров стены леса определяется влияние малой реки формулой волновой функции:
3p
2р
p
2p
m=Acos(πL/p-5,17479),
<mrow><msub><mi>A</mi><mrow><mn>2</mn><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>35,16389</mn><msubsup><mi>L</mi><mi>p</mi><mrow><mn>1,21874</mn></mrow></msubsup><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>0,1210</mn><msub><mi>L</mi><mi>p</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>
2р
p
p=1,20844+0,18142L,
3p
где m - волновое влияние реки на продуктивность луга, г;
p
L - расстояние от берега реки до координатной сетки, м;
2p
A - амплитуда (половина) колебательного возмущения травяного покрова на воздействие реки по урожайности, г;
2p
p - полупериод колебательного возмущения луга от реки, м.
Дополнительно к воздействию на испытуемый травяной покров стены леса определяется влияние дороги формулой волновой функции:
3d
2d
d
2d
m=Acos(πL/p+1,31165),
<mrow><msub><mi>A</mi><mrow><mn>2</mn><mi>d</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>1,95312</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>17</mn></mrow></msup><msubsup><mi>L</mi><mi>d</mi><mrow><mn>14,12696</mn></mrow></msubsup><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>0,24670</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msub><mi>L</mi><mi>d</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>
2d
d
p=89,08404-0,70767L,
3d
где m - волновое влияние дороги на продуктивность луга, г;
d
L - расстояние от дороги до координатной сетки, м;
2d
A - амплитуда (половина) колебательного возмущения травяного покрова на воздействие пешеходной дороги по урожайности, г;
2d
p - полупериод колебательного возмущения луга от дороги, м.
Способ испытания травяного покрова лесной прибрежной луговины на прирусловой пойме малой реки с пробных площадок размерами 0,50×0,50 м, например на сенокосных угодьях, включает такие действия.
Вначале визуально или по карте изучают травяной покров сенокосного луга и намечают территорию части луга для закладки координатной сетки пробных площадок.
На участке реки выделяют ровный по рельефу участок луга с испытуемым травяным покровом между параллельными друг другу дорогой и береговой кромкой малой реки или ее притока. Причем при наличии между дорогой и берегом реки лесного древостоя сбоку участка измеряют расстояние от края участка до кромки леса. На участке испытуемого травяного покрова координатная сетка пробных площадок принимается равномерной в обоих направлениях вдоль и поперек малой реки. Причем расположение пробных площадок принимается по продольным и поперечным по отношению к берегу малой реки или ее притока линиям с равными расстояниями. При этом расстояние от кромки берега до первой продольной линии пробных площадок принимается не менее промежутка между линиями координатной сетки, а за дополнительные линии расположения виртуальных пробных площадок с нулевой массой проб принимают берег реки и кромку дороги со стороны координатной сетки участка луга с испытуемым травяным покровом.
На участке испытуемого травяного покрова координатная сетка принимается равномерной с не менее чем по пять пробных площадок размерами 0,50×0,50 м, по продольным и поперечным по отношению к берегу малой реки или ее притока линиям расположение центров пробных площадок принимается через 10 м, причем от кромки берега малой реки или ее притока до первой продольной линии расположения пробных площадок координатной сетки принимается расстояние не менее 10 м, а расположение кромки леса учитывают при расстоянии до нее от края координатной сетки участка с испытуемым травяным покровом не более 100 м.
Контуры площадки размером 0,50×0,50 м на месте взятия пробы травяных растений, кроме шаблона, при необходимости повторных испытаний отмечают колышками с натянутым между ними шнуром по сторонам пробной площадки, а для многократного взятия проб травы при изучении урожайности травы и сена по нескольким укосам в летний сезон, а также для проведения экологического мониторинга влияния различных природных, природно-антропогенных и антропогенных объектов на травяной покров превращают пробную площадку в учетную площадку с тем, чтобы забитые в почву колышки были долговременными и их снабжают метками с номером учетной площадки и другими данными.
Для применения ко всем луговым участкам на прибрежных луговинах на примере вдоль реки Малая Кокшага для ориентировочных расчетов, например, при постановке новых экспериментов на других участках реки, влияние расстояния от участка испытуемого травяного покрова до леса рассчитывается по формуле:
1
2
m=m+m,
<mrow><msub><mi>m</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mn>5,57834</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>5</mn></mrow></msup><msubsup><mi>L</mi><mi>л</mi><mrow><mn>4,27708</mn></mrow></msubsup><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>0,00048575</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msubsup><mi>L</mi><mi>л</mi><mrow><mn>2,00893</mn></mrow></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>
2
1
л
1
m=Acos(πL/p-6,20437),
<mrow><msub><mi>A</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mn>2,25528</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>11</mn></mrow></msup><msubsup><mi>L</mi><mi>л</mi><mrow><mn>7,66060</mn></mrow></msubsup><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>0,044927</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msub><mi>L</mi><mi>л</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>
1
л
p=18,36035-0,0500961L,
где m - масса пробы травы с пробной площадки размерами 0,50×0,50 м, г;
1
m - детерминированное влияние леса на продуктивность луга, г;
2
m - волновое влияние леса на продуктивность луга, г;
л
L - расстояние от стены леса до координатной сетки, м;
1
A - амплитуда (половина) колебательного возмущения травяного
покрова на воздействие леса по урожайности, г;
1
p - полупериод колебательного возмущения луга, м.
Дополнительно к воздействию на испытуемый травяной покров стены леса определяется влияние малой реки формулой волновой функции:
3p
2p
p
2p
m=Acos(πL/p-5,17479),
<mrow><msub><mi>A</mi><mrow><mn>2</mn><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>35,16389</mn><msubsup><mi>L</mi><mi>p</mi><mrow><mn>1,21874</mn></mrow></msubsup><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>0,12107</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msub><mi>L</mi><mi>p</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>
2р
p
p=1,20844+0,18142L,
3p
где m - волновое влияние реки на продуктивность луга, г;
p
L - расстояние от берега реки до координатной сетки, м;
2p
A - амплитуда (половина) колебательного возмущения травяного
покрова на воздействие реки по урожайности, г;
2p
p - полупериод колебательного возмущения луга от реки, м.
Дополнительно к воздействию на испытуемый травяной покров стены леса определяется влияние дороги формулой волновой функции:
3d
2d
d
2d
m=Acos(πL/p+1,31165),
<mrow><msub><mi>A</mi><mrow><mn>2</mn><mi>d</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>1,95312</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>17</mn></mrow></msup><msubsup><mi>L</mi><mi>d</mi><mrow><mn>14,12696</mn></mrow></msubsup><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>0,24670</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msub><mi>L</mi><mi>d</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>
2d
d
p=89,08404-0,70767L,
3d
где m - волновое влияние дороги на продуктивность луга, г;
d
L - расстояние от дороги до координатной сетки, м;
2d
A - амплитуда (половина) колебательного возмущения травяного покрова на воздействие пешеходной дороги по урожайности, г;
2d
p - полупериод колебательного возмущения луга от дороги, м.
Пример
Объект исследования находится на территории Сосновой рощи, расположенной в восточной части города Йошкар-Олы в лесопарковой зоне. Ее площадь около 402 га, что составляет 50,2% от общей площади городских лесов. В пределах рощи перепады высот небольшие, рельеф характеризуется как ровный, с общим уклоном в сторону поймы реки Малая Кокшага. Водный режим рек характеризуется высоким весенним половодьем, наличием летней и зимней межени. Весной в период таяния снежного покрова уровень воды в реках резко повышается.
Для исследования был выбран участок пойменного луга на левой стороне реки Малая Кокшага, ограниченный с одной стороны рекой на расстоянии 10 м до нее, а с противоположной стороны - асфальтированной пешеходной дорогой на расстоянии 25 м и с боковой правой стороны - лесом на расстоянии 50 м от пойменного луга.
Сбор проб в виде срезанной травы для проведения экспериментов проводили в середине июля 2011 года.
Приборы, используемые для отбора проб:
- геодезическая мерная лента, при помощи этой ленты измеряются расстояния между центрами пробных площадок с погрешностью ±0,5 см, а также аналогично расстояния от центров крайних пробных площадок до берега, края дороги и кромки леса с погрешностью измерений ±5 см;
- весы, предназначенные для взвешивания массы пробы зеленой травы, причем принимаются электронные бытовые весы с ценой деления 1 г, то есть с погрешностью измерения массы в ±0,5 г;
- квадратная рамка с внутренним размером 0,50×0,50 м, используется для ограничения пробной площадки, причем рамка изготовлена с внутренними размерами 0,50 м с погрешностью ±0,5 мм.
Выбирается место для первой пробной площадки на первой продольной линии координатной сетки на расстоянии 10 м от реки.
На выбранную пробную площадку накладывается заранее изготовленная деревянная рамка с внутренним сечением 0,50×0,50 м и вровень с поверхностью почвы срезается весь травяной покров. Срезанная проба зеленой травы сразу же взвешивается на весах. Затем полученные данные измерения записываются в полевую тетрадь, в которой указываются номер пробной площадки, расстояние от реки, дороги и леса, измеренная масса травы в граммах и виды трав, которые произрастают на данной площадке.
Вторую площадку также располагаем уже на расстоянии 20 м относительно реки, и проводим аналогичные действия. Расстояния между площадками принимается равным 10 м.
Аналогичные действия проводятся для других пробных площадок.
Результаты взятия, взвешивания проб травы и определения видов растений.
В таблице 1 приведены результаты измерений на лугу по всем 25 пробным площадкам размерами 0,50×0,50 м.
В данном научно-техническом решении рассматриваются три биотехнические закономерности изменения массы срезанной зеленой травы:
p
1) влияние реки на участок с испытуемым травяным покровом по функции m=f(L) при изменении расстояния от реки;
d
2) влияние дороги на участок с испытуемым травяным покровом по функции m=f(L) при изменении расстояния от края асфальтовой пешеходной дороги в городском лесу;
л
3) влияние леса, расположенного сбоку, на участок с испытуемым травяным покровом по функции m=f(L) при изменении расстояния от кромки леса.
Таблица 1
Изменение массы и видового состава пробы срезанной травы от расстояний
№
Расстояние, м,
Масса
Виды травяных растений
пр.
от:
травы
пл
реки
дороги
леса
m, г
L<sub>p</sub>
L<sub>d</sub>
L<sub>л</sub>
1
10
65
90
305
Розовый осот, пырей ползучий, тысячелистник обыкновенный
2
20
55
90
200
Чертополох шиповатый, пырей ползучий, костер безостый
3
30
45
90
220
Чертополох шиповатый, тысячелистник обыкновенный, пижма обыкновенная, цикорий обыкновенный
4
40
35
90
240
Клевер луговой, тысячелистник обыкновенный, герань волосистоцветковая, пырей ползучий
5
50
25
90
225
Чертополох шиповатый, цикорий обыкновенный, костер безостый
6
10
65
80
265
Клевер луговой, тысячелистник обыкновенный, одуванчик обыкновенный
7
20
55
80
278
Чертополох шиповатый, тысячелистник обыкновенный, цикорий обыкновенный,
8
30
45
80
185
Розовый осот, герань волосистоцветковая, пырей ползучий
9
40
35
80
200
Клевер луговой, тысячелистник обыкновенный, подорожник обыкновенный, пырей ползучий
10
50
25
80
230
Пижма обыкновенная, тысячелистник обыкновенный, цикорий обыкновенный
11
10
65
70
580
Цикорий обыкновенный, тысячелистник обыкновенный, вьюнок полевой, костер безостый, пырей ползучий
12
20
55
70
490
Чертополох шиповатый, тысячелистник обыкновенный, пырей ползучий, костер безостый
13
30
45
70
390
Пижма обыкновенная, тысячелистник обыкновенный
14
40
35
70
409
Розовый осот, пырей ползучий, костер безостый
15
50
25
70
415
Тысячелистник обыкновенный, вьюнок полевой, пырей ползучий, костер безостый
16
10
65
60
410
Розовый осот, чертополох шиповатый, клевер луговой, пырей ползучий, костер безостый
17
20
55
60
280
Клевер луговой, тысячелистник обыкновенный, пырей ползучий
18
30
45
60
236
Розовый осот, зверобой обыкновенный, пырей ползучий
19
40
35
60
295
Клевер луговой, цикорий обыкновенный, одуванчик обыкновенный
20
50
25
60
300
Тысячелистник обыкновенный, пижма обыкновенная, зверобой обыкновенный
21
10
65
50
405
Розовый осот, чертополох шиповатый, костер безостый, пырей ползучий
22
20
55
50
320
Клевер луговой, тысячелистник обыкновенный, одуванчик обыкновенный
23
30
45
50
240
Одуванчик обыкновенный, пижма обыкновенная, зверобой обыкновенный, ромашка обыкновенная
24
40
35
50
305
Пижма обыкновенная, тысячелистник обыкновенный, пырей ползучий, костер безостый
25
50
25
50
300
Тысячелистник обыкновенный, пижма обыкновенная, шиповник полевой, костер безостый
На фигурах 2 и 3 приведены пространственные графики влияния расстояний на массу пробы травы. Из них видно, что наиболее волнообразно на изменение массы проб влияет стена леса.
Из-за того что продольные линии с пятью пробными площадками координатой сетки приняты параллельно берегу реки и пешеходной асфальтированной дороге, то появляются дополнительные значения расстояний и массы виртуальных проб. Очевидно, что на самой кромке берега малой реки трава не растет, поэтому здесь масса пробы равна нулю, аналогично трав не растет на дороге, поэтому здесь также масса пробы равна нулю. Однако мы не знаем массу пробы травы на кромке леса, поэтому в таблице 2 в соответствующей клетке ставим прочерк.
Таблица 2
Изменение массы и видового состава пробы срезанной травы от расстояний
№
Расстояние, м,
Зеленая
Кол-во
Виды травяных растений
пр.
от:
масса
видов
пл
реки
дороги
леса
травы
N,
L<sub>p</sub>
L<sub>d</sub>
L<sub>л</sub>
m, г
шт.
0
75
-
0
0
Кромка водной поверхности реки
1
10
65
90
305
3
Розовый осот, пырей ползучий, тысячелистник обыкновенный
2
20
55
90
200
3
Чертополох шиповатый, пырей ползучий, костер безостый
3
30
45
90
220
5
Чертополох шиповатый, тысячелистник обыкновенный, пижма обыкновенная, цикорий обыкновенный
4
40
35
90
240
4
Клевер луговой, тысячелистник обыкновенный, герань волосистоцветковая, пырей ползучий
5
50
25
90
225
3
Чертополох шиповатый, цикорий обыкновенный, костер безостый
75
0
-
0
0
Асфальтированная пешеходная дорога
0
75
-
0
0
Кромка водной поверхности реки
6
10
65
80
265
3
Клевер луговой, тысячелистник обыкновенный, одуванчик обыкновенный
7
20
55
80
278
1
Чертополох шиповатый, тысячелистник обыкновенный, цикорий обыкновенный,
8
30
45
80
185
3
Розовый осот, герань волосистоцветковая, пырей ползучий
9
40
35
80
200
5
Клевер луговой, тысячелистник обыкновенный, подорожник обыкновенный, пырей ползучий
10
50
25
80
230
3
Пижма обыкновенная, тысячелистник обыкновенный, цикорий обыкновенный
75
0
-
0
0
Асфальтированная пешеходная дорога
0
75
-
0
0
Кромка водной поверхности реки
11
10
65
70
580
5
Цикорий обыкновенный, тысячелистник обыкновенный, вьюнок полевой, костер безостый, пырей ползучий
12
20
55
70
490
4
Чертополох шиповатый, тысячелистник обыкновенный, пырей ползучий, костер безостый
13
30
45
70
390
9
Пижма обыкновенная, тысячелистник обыкновенный
14
40
35
70
409
3
Розовый осот, пырей ползучий, костер безостый
15
50
25
70
415
4
Тысячелистник обыкновенный, вьюнок полевой, пырей ползучий, костер безостый
75
0
-
0
0
Асфальтированная пешеходная дорога
0
75
-
0
0
Кромка водной поверхности реки
16
10
65
60
410
5
Розовый осот, чертополох шиповатый, клевер луговой, пырей ползучий, костер безостый
17
20
55
60
280
3
Клевер луговой, тысячелистник обыкновенный, пырей ползучий
18
30
45
60
236
3
Розовый осот, зверобой обыкновенный, пырей ползучий
19
40
35
60
295
3
Клевер луговой, цикорий обыкновенный, одуванчик обыкновенный
20
50
25
60
300
3
Тысячелистник обыкновенный, пижма обыкновенная, зверобой обыкновенный
75
0
-
0
0
Асфальтированная пешеходная дорога
0
75
-
0
0
Кромка водной поверхности реки
21
10
65
50
405
4
Розовый осот, чертополох шиповатый, костер безостый, пырей ползучий
22
20
55
50
320
3
Клевер луговой, тысячелистник обыкновенный, одуванчик обыкновенный
23
30
45
50
240
4
Одуванчик обыкновенный, пижма обыкновенная, зверобой обыкновенный, ромашка обыкновенная
24
40
35
50
305
4
Пижма обыкновенная, тысячелистник обыкновенный, пырей ползучий, костер безостый
25
50
25
50
300
4
Тысячелистник обыкновенный, пижма обыкновенная, шиповник полевой, костер безостый
75
0
-
0
0
Асфальтированная пешеходная дорога
Далее можем моделировать влияние расстояний на изменение массы проб срезанной зеленой травы.
Влияние стены леса.
Расстояние от участка испытуемого травяного покрова до леса (фиг.4) изменяется по формуле
<mrow><mi>m</mi><mo>=</mo><msub><mi>m</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>m</mi><mn>2</mn></msub><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>m</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mn>5,57834</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>5</mn></mrow></msup><msubsup><mi>L</mi><mi>л</mi><mrow><mn>4,27708</mn></mrow></msubsup><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>0,00048575</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msubsup><mi>L</mi><mi>л</mi><mrow><mn>2,00893</mn></mrow></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext></mrow>
2
1
л
1
m=Acos(πL/p-6,20437),
<mrow><msub><mi>A</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mn>2,25528</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>11</mn></mrow></msup><msubsup><mi>L</mi><mi>л</mi><mrow><mn>7,66060</mn></mrow></msubsup><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>0,044927</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msub><mi>L</mi><mi>л</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>
1
л
p=18,36035-0,0500961L,
где m - масса пробы травы с пробной площадки размерами 0,50×0,50 м, г;
1
m - детерминированное влияние леса на продуктивность луга, г;
2
m - волновое влияние леса на продуктивность луга, г;
л
L - расстояние от стены леса до координатной сетки, м;
1
A - амплитуда (половина) колебательного возмущения травяного
покрова на воздействие леса по урожайности, г;
1
p - полупериод колебательного возмущения луга, м.
Это уравнение (1) применимо ко всем луговым участкам на прибрежных луговинах реки Малая Кокшага для ориентировочных расчетов при постановке новых экспериментов на других участках реки.
По первой составляющей формулы (1) видно, что на некотором расстоянии от леса имеется максимум продуктивности травяного покрова, таким образом, лес помогает травяному покрову, но по мере приближения травы к себе понижает продуктивность из-за затенения части луга.
Амплитуда колебания имеет отрицательный знак, поэтому колебание продуктивности луга по 25 пробным площадкам является кризисным. При этом полупериод снижается, поэтому частота колебания травы на пробных площадках луга при приближении к стене леса возрастает. Иначе говоря, ближние к стене леса травяные растения испытывают сильный стресс.
Оказалось, что на остатки от модели (1) влияет расстояние от реки или расстояние от дороги. Эти факторы влияния разнонаправлены и находятся на одной линии поперек малой реки.
Влияние реки на продуктивность луга. Это дополнительное к стене леса влияние (фиг.5) определяется формулой вида
<mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mn>3</mn><mi>p</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>A</mi><mrow><mn>2</mn><mi>p</mi></mrow></msub><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>π</mi><msub><mi>L</mi><mi>p</mi></msub><mo>/</mo><msub><mi>p</mi><mrow><mn>2</mn><mi>p</mi></mrow></msub><mo>−</mo><mn>5,17479</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>A</mi><mrow><mn>2</mn><mi>p</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>35,16389</mn><msubsup><mi>L</mi><mi>p</mi><mrow><mn>1,21874</mn></mrow></msubsup><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>0,12107</mn><msub><mi>L</mi><mi>p</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
,
2p
p
p=1,20844+0,18142L
3p
где m - волновое влияние реки на продуктивность луга, г;
p
L - расстояние от берега реки до координатной сетки, м;
2p
A - амплитуда (половина) колебательного возмущения травяного покрова на воздействие реки по урожайности, г;
2p
p - полупериод колебательного возмущения луга от реки, м.
Влияние реки происходит по волновой биотехнической закономерности с позитивной адаптацией луга к водному режиму малой реки. Это видно по положительному знаку перед амплитудой. Этот водный режим успокаивает испытываемый травяной покров, на что указывает рост полупериода колебания.
Влияние дороги на продуктивность луга.
Антропогенное влияние (фиг.6) оказывается позитивным из-за отсутствия загрязнения и определяется по формуле
<mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mn>3</mn><mi>d</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>A</mi><mrow><mn>2</mn><mi>d</mi></mrow></msub><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>π</mi><msub><mi>L</mi><mi>d</mi></msub><mo>/</mo><msub><mi>p</mi><mrow><mn>2</mn><mi>d</mi></mrow></msub><mo>+</mo><mn>1,31165</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>A</mi><mrow><mn>2</mn><mi>d</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>1,95312</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>17</mn></mrow></msup><msubsup><mi>L</mi><mi>d</mi><mrow><mn>14,12696</mn></mrow></msubsup><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>0,24670</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msub><mi>L</mi><mi>d</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>
2d
d
p=89,08404-0,70767L,
3d
где m - волновое влияние дороги на продуктивность луга, г;
d
L - расстояние от дороги до координатной сетки, м;
2d
A - амплитуда (половина) колебательного возмущения травяного
покрова на воздействие пешеходной дороги по урожайности, г;
2d
p - полупериод колебательного возмущения луга от дороги, м.
Пешеходная дорога с асфальтовым покрытием дает медленный рост амплитуды до расстояния 30-35 м от края дороги из-за вытаптывания луга людьми во время отдыха или при прогулках. Люди еще не научились ценить травяной покров, и для сохранения продуктивности приходится ставить около дороги ограждение. Но жизненная сила травы очень высокая, и поэтому она старается с интенсивностью 14,12696 нарастить свою биомассу по мере удаления от края дороги. Около дороги волновая адаптация травы сильно гасится, и поэтому около края дороги период колебания огромен и равен 2×89,08404=178,16808≈178 м, но затем трава старается снизить период колебания и далее по инерции около берега реки дает сильное колебание с высокой амплитудой. Таким образом, череда полос травы разной продуктивности связана прежде всего с антропогенным торможением дороги, расположенной на расстоянии 90 м от берега реки.
Предлагаемый способ прост в практической реализации, в особенности в случаях испытаний в условиях городских лесов и лесопарков, а также на особо охраняемых территориях для изучения влияния разных природных объектов на продуктивность травяного покрова. Он позволяет узнать о поведении совокупности не менее 25 травяных проб, а через это о поведении травяного покрова прируслового луга в целом.
Свойства травы по пробам могут стать также показателями эффективной экологической оценки любого культурно-технического мероприятия, выполненного в прошлом на территории речного прируслового ландшафта и рельефа, на которой произрастает луговая трава.