Модель запаса сырья растений брусники (Vaccinium vitis-idaea L.) в мезофильных борах европейской части России

МОДЕЛЬ ЗАПАСА СЫРЬЯ РАСТЕНИЙ БРУСНИКИ (Vaccinium vitis-idaea L.) В МЕЗОФИЛЬНЫХ БОРАХ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ

MODEL RAW MATERIAL Vaccinium vitis-idea L. STORAGE IN MESOPHILOUS BORON EUROPENS PART OF THE RUSSIA

Лебедев А.В., Ларикова Ю.С., Кондратьев М.Н.

(РГАУ – МСХА, г. Москва, РФ)

Lebedev A.V., Larikova J.S., Kondratiev M.N.

(RGAU – Moscow Timiriazev agricultural academy, Moscow, Russia)

Разработана математическая модель для оценки запасов лекарственного сырья из растений брусники в лесных фитоценозах

Elaborated mathematical models for estimate raw medicinal material from vaccinium plants in phytocenosis forests

Ключевые слова: модель, сезонная динамика, энтальпия, масса листьев,cтеблей

Keywords: modal, season dynamics, enthalpy, leaf and stem mass

Растения в результате жизнедеятельности накапливают в своих органах разнообразные органические соединения, которые, с одной стороны, оказывают существенное воздействие на рост и развитие видов в составе биогеоценоза, с другой, многие из них необходимы и полезны для человека, являясь источником лекарственных химических компонентов.

Важным этапом при сборе лекарственного сырья является адекватная оценка возможного его запаса на единице площади. В большинстве случаев запасы лекарственного сырья определяются при помощи «Методики определения запасов лекарственных растений». Чтобы произвести их определение необходимо снаряжать экспедиции и детально прорабатывать маршрут. Можно значительно упростить работу путём разработки региональных моделей роста и развития лекарственных растений, благодаря которым, вводя определенные параметры, рассчитывается теоретический запас лекарственного сырья.

Сезонную динамику роста и развития можно задать функцией, где в качестве одной из переменных выступает значение суммарной энтальпии воздуха (СЭВ). Энтальпия (кДж/кг) – количество энергии, которая содержится в единице массы воздуха. Зная сезонные изменения суммарной энтальпии, можно точно предсказать значения биометрических параметров в соответствии с календарными сроками.

Уравнение накопления массы листьев и стеблей молодых побегов брусники (на 1 м²), в общем виде, можно представить как:

m=exp(a₁+a₂*ln(E)+a₂*ln²(E)+a₃*ln³(E)+a₄ln(СК),

где а₁, а₂, а₃, а₄ – коэффициенты уравнения, E – суммарная энтальпия воздуха, кДж/кг, СК – сомкнутость крон древостоя. Значимость числовых коэффициентов уравнения оценивается с помощью t-критерия Стьюдента. По F-критерию Фишера статистически доказывается взаимосвязь между переменными. О степени надежности модели можно судить по показателю детерминации.

Вместе с тем, при первичной обработке данных изменения массы в модели учитывалась зависимость проективного покрытия брусники от сомкнутости крон сосновых древостоев. Сомкнутость крон является важным лесотаксационным показателем, который позволяет судить об уровне освещенности в фитоценозе.

Изменение массы листьев молодых побегов в зависимости от суммарной энтальпии воздуха описывается следующим уравнением:

m_л=exp(-980,464+366,296*ln(E)-45,458*ln²(E)+1,881*ln³(E)-1,025*ln(СК),

где m_л– масса листьев, г/м²; E- суммарная энтальпия воздуха, кДж/кг; СК – сомкнутость крон: t>t₀₅=2; F=124,88 при P<0,05; R²=0,958.

Рисунок 1 – Изменение массы листьев брусники (на 1 м²) в зависимости от СЭВ

Как следует из рисунка 1, наиболее интенсивное накопление массы листьев происходит в конце мая – начале июня (СЭВ в интервале от 1000 до 2000 кДж/кг). При этом можно наблюдать, что масса увеличивается при уменьшении сомкнутости крон древостоя. То есть чем больше света поступает в травянистый ярус, тем больше масса листьев брусники.

Накопление массы стеблей задается следующей функцией:

m_ст=exp(-507,781+ 187,78*ln(E)-23,032*ln²(E)+ 0,942*ln³(E) -0,287*ln(СК),

где m_л– масса листьев, г/м²; E- суммарная энтальпия воздуха, кДж/кг; СК – сомкнутость крон: t>t₀₅=2; F=107,65 при P<0,05; R²=0,943.

Рисунок 2 - Изменение массы стеблей молодых побегов брусники в зависимости от суммарной энтальпии воздуха

Профиль кривых накопления массы стеблей (рисунок 2), в целом, аналогичен динамике формирования массы листьев. На основании этого можно сделать заключение, что накопление массы различных фитоорганов брусники в сосновых борах происходит по единому принципу.

Достаточно простым способом оценки массы листьев, по нашему мнению, является использование зависимости между средней высотой побега брусники и массой листьев:

m_л=exp(0,982*ln(h)+ 0,517*ln²(h)-2,084*ln(СК),

где m_л – масса листьев, г/м², h – средняя высота побега, см, СК – сомкнутость крон древостоя: t>t₀₅=2; F= 6597,1 при P<0,05; R²=0,999.

На основании рисунка 3 можно сделать вывод, что максимальное увеличение массы наблюдается при h=5 см. Данный период в жизни растения соответствует началу лета. При сопоставлении высоты растений с величиной суммарной энтальпии воздуха, становится ясно, что к концу лета процесс увеличения высоты стеблей замедляется, также как и процесс накопления массы фитоорганов.

Рисунок 3 - Зависимость средней массы листьев (на 1 м²) от средней высоты побега

Описанные выше модели имеют важное практическое значение при организации сбора лекарственного сырья. Также возможно их использование при моделировании процессов роста и развития, продукционного процесса при выращивании брусники в искусственных условиях.

Данные модели имеют высокий уровень надежности, который доказан статистическими методами.

Список использованных источников

1. Тооминг Х.Г. Экологические принципы максимальной продуктивности растений. -Л.: Гидрометеоиздат, 1984.

2. Степень Р.А. с соавт. Органическая фракция воздушной среды сосняка- брусничника. В кн. Аллелопатия в естественных и искусственных фитоценозах.- Киев: Наукова думка, 1982. -С.124-129.