Способ анализа проб травы и почвы на пойменном лугу малой реки

Изобретение относится к области ландшафтоведения, в частности к комплексному экологическому и технологическому мониторингу лесных и нелесных территорий с травяным покровом. Способ включает выделение участка пойменного луга с испытуемым травяным покровом. Затем на этом участке по течению малой реки или ее притока в характерном месте размечают створ измерений в поперечном направлении. Вдоль створа размечают не менее трех пробных площадок с каждой стороны малой реки или ее притока. После разметки измеряют расстояния от принятого начала координат на одной стороне малой реки или ее притока до центров пробных площадок. После срезки пробы травы подвергают биохимическим испытаниям. Вначале в одной точке пойменного луга берут пробу травы с пробной площадки, которая высушивается с регистрацией динамики обезвоживания в естественных условиях сушки с последующим биохимическим анализом высушенных проб травы по меньшей мере по трем химическим веществам: NH₃, К₂О и Р₂О₅. После срезания пробы травы в центре пробной площадки выкапывают шурф, а затем примерно в середине слоя почвы 5-30 см берут пробу для агрохимического анализа почвы по меньшей мере по трем родственным питанию травы химическим веществам HNO₃, К₂О и Р₂О₅, а для сопоставления концентраций химических веществ травы и почвы применяют математический метод факторного анализа. Способ позволяет повысить функциональные возможности и повысить точность сопоставления пробы почвы. 3 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к измерению параметров прируслового рельефа малых рек, биофизическому и биохимическому анализу качества травяного покрова на пробных площадках, а также качества поверхностного слоя почвы под пробными площадками на пробах почвы для агрохимического анализа, преимущественно на пойменных лугах и прибрежных лесных луговинах, и может быть использовано в комплексном экологическом и технологическом мониторинге лесных и нелесных территорий с травяным покровом.

Известны способы анализа травы и почвы по следующим методикам:

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

- по агрохимическому анализу содержание доступных для растений элементов питания в слое почвы 5-30 см: нитратный азот - по методу ЦИ-НАО (ГОСТ 26488-85): доступный калий и фосфор по методу Кирсанова (ГОСТ 26207-81).

Недостатком является несогласованность взятия проб почвы и травы в одной и той же точке на земельном участке луга, а также отсутствие привязки к параметрам прируслового рельефа биохимических показателей травы и агрохимических показателей почвы в зависимости от рельефа луга.

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

Недостатком также является несогласованность взятия проб почвы и травы в одной и той же точке на земельном участке луга. При этом в прототипе не указаны отличительные признаки процесса взятия пробы почвы относительно пробы травы на пробной площадке.

Технический результат - расширение функциональных возможностей сопоставлением результатов биохимических испытаний проб травы и агрохимического анализа проб почвы, причем для повышения точности сопоставления пробы почвы берутся непосредственно под пробой травы примерно в центре площадки и середине слоя 5-30 см.

Этот технический результат достигается тем, что способ анализа проб травы и почвы на пойменном лугу малой реки, включающий выделение участка пойменного луга с испытуемым травяным покровом, затем на этом участке по течению малой реки или ее притока в характерном месте размечают створ измерений в поперечном направлении, вдоль створа размечают не менее трех пробных площадок с каждой стороны малой реки или ее притока, после разметки измеряют расстояния от принятого начала координат на одной стороне малой реки или ее притока до центров пробных площадок, после срезки пробы травы подвергают биохимическим испытаниям, отличающийся тем, что после срезания пробы травы примерно в центре пробной площадки выкапывается шурф, а затем примерно в середине слоя почвы 5-30 см берется проба для агрохимического анализа почвы.

Для изучения влияния параметров прируслового рельефа поперек реки закладывается по крайней мере один створ измерений с не менее тремя пробными площадками с каждой стороны малой реки или ее притока, с измерением расстояния от центра левой по течению малой реки пробной площадки до других пробных площадок с переходом на правую сторону реки.

Биохимический анализ высушенных проб травы проводят по меньшей мере по трем химическим веществам NH₃, К₂О, и Р₂О₅, агрохимический анализ проводят также по меньшей мере по трем родственным питанию травы химическим веществам HNO₃, К₂О, и P₂O₅, при этом для сопоставления

концентраций химических веществ травы и почвы применяют математический метод факторного анализа, причем дополнительно к трем химическим веществам в пробах травы и почвы применяют две парные и одну троичную суммы химических веществ, полученных биохимическим и агрохимическим анализами.

Сущность технического решения заключается в том, что вначале в одной точке пойменного луга берется проба травы с пробной площадки, которая высушивается с регистрацией динамики обезвоживания в естественных условиях сушки с последующим биохимическим анализом части высушенной пробы травы, причем после срезания пробы травы примерно в середине слоя почвы 5-30 см берется проба для агрохимического анализа почвы.

Сущность технического решения заключается также в том, что для изучения влияния параметров прируслового рельефа поперек реки закладывается по крайней мере один створ измерений с не менее тремя пробными площадками с каждой стороны, с измерением расстояния от центра левой по течению малой реки пробной площадки до других пробных площадок с переходом на правую сторону реки.

Сущность технического решения заключается также и в том, что биохимический анализ высушенных проб травы проводят по меньшей мере по трем химическим веществам NH₃, К₂О и P₂O₅, агрохимический анализ проводят также по меньшей мере по трем родственным питанию травы химическим веществам HNO₃, К₂О, и P₂O₅, при этом для сопоставления концентраций химических веществ травы и почвы применяют математический метод факторного анализа.

Сущность технического решения заключается также и в том, что дополнительно к трем химическим веществам в пробах травы и почвы применяют две парные и одну троичную суммы по группам химических веществ.

Новизна технического решения заключается в том, что впервые были получены фундаментальные закономерности взаимосвязи между химическими веществами, содержащимися в почве и траве, а также биотехнические закономерности из взаимного влияния друг на друга. Кроме того, были получены закономерности влияния параметров рельефа прируслового пойменного луна на содержание химических веществ в пробах травы и почвы.

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

На фиг.1 приведена схема профиля (вертикальной структуры) пробной площадки с шурфом для взятия пробы почвы; на фиг.2 - система прямоугольных координат створа измерений поперк малой реки; на фиг.3 показан график изменения толщины слоя почвы вдоль первого створа реки Ировка от пашни до деревни с учетом волнового воздействия ширины реки и береговых склонов; на фиг.4 - то же на фиг.3, под пробными площадками для срезки проб травы; на фиг.5 показаны графики влияния толщины у слоя почвенного покрова под первым створом измерений реки биофизические показатели проб травы; на фиг.6 дан график изменения влажности проб свежесрезанной травы в зависимости от толщины почвенного покрова под пробными площадками.

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

На пробной площадке 1 (фиг.1) после срезания травы выкапывается шурф 3 для взятия пробы почвы 3 в пределах границ 4 и 5 почвы для агрохимического анализа в слое почвы 5-30 см.

Для изучения влияния параметров прируслового рельефа поперек реки закладывается, по крайней мере, один створ измерений с не менее тремя пробными площадками с каждой стороны малой реки или ее притока, с измерением расстояния от центра левой по течению малой реки пробной площадки до других пробных площадок с переходом на правую сторону реки.

Биохимический анализ высушенных проб травы проводят по меньшей мере по трем химическим веществам NH₃, K₂O и Р₂О₅, агрохимический анализ проводят также по меньшей мере по трем родственным питанию травы химическим веществам HNO₃, К₂О и P₂O₅, при этом для сопоставления концентраций химических веществ травы и почвы применяют математический метод факторного анализа, причем дополнительно к трем химическим веществам в пробах травы и почвы применяют две парные и одну троичную суммы химических веществ, полученных биохимическим и агрохимическим анализами.

Способ анализа проб травы и почвы на пойменном лугу малой реки, например на пойменном лугу в охранной зоне малой реки с пробных площадок размерами 1,00×1,00 м, выполняется следующими действиями.

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

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

Вдоль створа измерений размечают не менее трех пробных площадок с каждой стороны малой реки или ее притока, причем нумерацию пробных площадок проводят от левого берега к правому при нахождении наблюдателя лицом по течению малой реки или ее притока.

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

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

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

На пробной площадке 1 (фиг.1) после срезания травы выкапывается шурф 3 для взятия пробы почвы 3 в пределах границ 4 и 5 почвы для агрохимического анализа в слое почвы 5-30 см.

Биохимический анализ высушенных проб травы проводят по меньшей мере по трем химическим веществам NH₂, К₂О и Р₂О₅, агрохимический анализ проводят также по меньшей мере по трем родственным питанию травы химическим веществам HNO₃, К₂О и P₂O₅, при этом для сопоставления

концентраций химических веществ травы и почвы применяют математический метод факторного анализа, причем дополнительно к трем химическим веществам в пробах травы и почвы применяют две парные и одну троичную суммы химических веществ, полученных биохимическим и агрохимическим анализами.

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

Почвенный слой под пробами травы. На фиг.1 показана схема слоя почвы под шестью пробными площадками вдоль первого створа измерений поперек реки Ировка (табл.1).

Профиль слоя почвы. По таблице 1 примем профиль слоя почвы в новых координатах (фиг.1), начало которой отстоит на 60 м влево от начала координат пробных площадок для срезки проб травы (фиг.2), и в этой нулевой точке толщина слоя почвы для сравнения была измерена на пашне. Седьмая точка по таблице 1 находится около края деревни Яндемирово. Во всех точках толщина h слоя почвы до поверхности материнской породы грунта больше 30 см. Поэтому агрохимический анализ взятием проб почвы со слоя 5-30 см вполне возможен. Ранее было выявлено, что глубина сильно влияет на концентрацию питательных химических веществ. Поэтому пробы почвы рекомендуется брать примерно с середины толщины почвенного покрова, то есть на глубине 17-20 см от поверхности почвы.

На общем створе длиной 0…207 м (фиг.3) толщина слоя почвы в зависимости от расстояния по первому створу меняется по формуле

$$h=h_1+h_2,\text{ (1)}$$

h₁=34,0843exp(-0,00044655L),

h₂=Acos(πL/p+1,03299),

A=3,98587·10^-12L^7,39175exp(-0,035845L^1,08580),

p=11,3162+0,00078687L^0,66546,

где h - толщина почвенного покрова, см,

h₁ - первая составляющая, показывающая снижение толщины почвенного покрова с приближением к деревне, то есть антропогенное влияние, см,

h₂ - волновое влияние водотока реки с береговыми склонами и местом водопоя крупного рогатого скота на бывшем пастбище около деревни, см,

А - амплитуда (половина) колебательного возмущения почвенного покрова по толщине, причем максимум толщины слоя почвы появляется на месте отдыха коров и телят, см,

p - период (половина) колебательного возмущения почвенного слоя от берега малой реки к деревне на пастбище для выгула телят и бычков, причем по формуле (1) максимум нароста почвенного слоя приходится на расстоянии от кромки берега в 11,3 м, а затем период колебания возрастает, м.

Как и у рельефа, волновая составляющая толщины почвенного покрова высоко значимая. Малая речка вызывает колебательное возмущение профиля как поверхности земельных участков, так и толщины почвенного слоя на них. На максимум колебательного возмущения толщины почвы под лугом оказывает место отдыха КРС около берега малой реки.

Пробные площадки. Непосредственно под ними слой почвы меняется по толщине (фиг.4) снова по волновой функции вида

$$h=h_1+h_2,\text{ (2)}$$

h=35,6608exp(-0,0029798L^0,83855), h₂=Acos(πL/p-2,01766),

А=2,98149·10^-7L^6,50026exp(-0,15161L), p=9,36957+0,023186L.

Непосредственно под пробными площадками снижение толщины почвенного слоя происходит быстрее от левого берега к правому. Руслообразование малой реки приводит к колебательному возмущению почвы и, как следствие, урожайности травяного покрова над почвенным покровом.

Модель (2) точнее по сравнению с (1), поэтому зачастую можно проводить измерения только в пределах водозащитной полосы реки и вдоль нее.

Для выявления влияния высоты расположения площадок над урезом воды на толщину почвенного слоя шести измерений оказалось мало.

Влияние слоя почвы. Слабую детерминированную связь по биотехническому закону получили четыре параметра проб травы (фиг.5). Но с учетом волновой составляющей влияние толщины почвенного покрова на биофизические и биохимические показатели травя оказывается сильным по тесноте связи.

Таким образом, толщина почвенного слоя может стать неплохим биоиндикатором для оценки пойменного луга.

Сильную детерминированную корреляционную связь получила влажность W срезанной травы (фиг.6) по формуле биотехнического закона

$$W=0,061650h^{3,40485}\exp \left(-0,077221h^{1,110103}\right).\text{ (3)}$$

С коэффициентом корреляции 0,7697 имеется оптимум толщины почвы в 27-29 см, обеспечивающий максимальную влажность растущей травы. Малые и большие толщины почвы не удерживают почвенную влагу и поэтому не обеспечивают почвенной влагой траву. В итоге всегда существует оптимум толщины почвенного слоя.

В таблицах 2 и 3 приведены результаты биохимических испытаний проб травы и агрохимических испытаний проб почвы непосредственно под пробными площадками.

Таблица 2
Результаты агрохимического анализа почвы под пробными площадками первого створа
Расстояние по створу, L′, м	Расстояние по створу, L, m	Высота от уреза воды, H, м	Толщина слоя почвы, h, см	Кислотность почвы, рН	Содержание веществ, мг/г
Азот HNO3	Калий K2O	Фосфор P2O5
Оптимальные значения показателей почвы	6,0-7,0	30	250	320
0	-60	-	32	7.0	11.00	69	42
70	10	2.00	35	6.6	4.40	168	24
80	20	1.85	33	6.9	3.00	167	60
90	30	1.68	40	7.0	1.55	124	74
117	57	1.65	25	6.7	1.95	53	64
127	67	1.85	32	7.0	1.32	47	69
137	77	2.00	35	6.9	2.90	28	20
207	147	-	30	7.0	5.00	108	84

Таблица 3
Основные факторы свойств почвы и травы по пробным площадкам на створе
Содержание веществ в пробе почвы, мг/г	Содержание веществ в пробе травы, мг/г
Азот HNO3	Калий K2O	Фосфор P2O5	$$C{B}_{а+ф}^n$$	$$C{B}_{К+ф}^n$$	CBn	Азот NH3	Калий К2О	Фосфор P2O2	CBа+ф	CBк+ф	CB
4.40	168	24	28.40	192	196.40	0.67	6.250	1.02	1.69	7.270	7.94
3.00	167	60	63.00	227	230.00	0.31	0.125	0.33	0.64	0.455	0.77
1.55	124	74	75.55	198	199.55	0.31	13.750	0.67	0.98	14.420	14.73
1.95	53	64	65.95	117	118.95	0.2	1.250	0.13	0.38	1.380	1.63
1.32	47	69	70.32	116	117.32	0.25	5.000	0.56	0.81	5.560	5.81
2.90	28	20	22.90	48	50.90	0.20	2.500	0.20	0.40	2.700	2.90

После проведения агрохимического анализа составляют таблицы результатов биохимического и агрохимического анализа для сравнения и выявления математических отношений между факторами. Факторный анализ по данным таблицы 3 позволил выявить сильные бинарные отношения по общей формуле биотехнической закономерности.

Предлагаемый способ позволяет узнать закономерности взаимной связи между параметрами травяного и почвенного покровов по двум сторонам малой реки. По закономерностям влияния параметров рельефа прирусловой поймы на изменение химических веществ и их групп в почве можно определить также и косвенное влияние населенного пункта, пастбища и даже мест стоянок крупного рогатого скота.

1. Способ анализа проб травы и почвы на пойменном лугу малой реки, включающий выделение участка пойменного луга с испытуемым травяным покровом, затем на этом участке по течению малой реки или ее притока в характерном месте размечают створ измерений в поперечном направлении, вдоль створа размечают не менее трех пробных площадок с каждой стороны малой реки или ее притока, после разметки измеряют расстояния от принятого начала координат на одной стороне малой реки или ее притока до центров пробных площадок, после срезки пробы травы подвергают биохимическим испытаниям, отличающийся тем, что вначале в одной точке пойменного луга берут пробу травы с пробной площадки, которая высушивается с регистрацией динамики обезвоживания в естественных условиях сушки с последующим биохимическим анализом высушенных проб травы по меньшей мере по трем химическим веществам: NH₃, К₂О и Р₂О₅, после срезания пробы травы в центре пробной площадки выкапывают шурф, а затем примерно в середине слоя почвы 5-30 см берут пробу для агрохимического анализа почвы по меньшей мере по трем родственным питанию травы химическим веществам HNO₃, К₂О и Р₂О₅, а для сопоставления концентраций химических веществ травы и почвы применяют математический метод факторного анализа.

2. Способ анализа проб травы и почвы на пойменном лугу малой реки по п.1, отличающийся тем, что для изучения влияния параметров прируслового рельефа поперек реки закладывают по крайней мере один створ измерений с не менее чем тремя пробными площадками с каждой стороны малой реки или ее притока, с измерением расстояния от центра левой по течению малой реки пробной площадки до других пробных площадок с переходом на правую сторону реки.

3. Способ анализа проб травы и почвы на пойменном лугу малой реки по п.1, отличающийся тем, что дополнительно к трем химическим веществам в пробах травы и почвы применяют две парные и одну троичную суммы химических веществ, полученных биохимическим и агрохимическим анализами.