RU2600827C1

RU2600827C1 - Method of determining linear growth of sprouts of moss genus sphagnum

Info

Publication number: RU2600827C1
Application number: RU2015127116/15A
Authority: RU
Inventors: Виктор Леонидович Миронов
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2016-10-27

Abstract

FIELD: ecology.

SUBSTANCE: invention relates to ecology, specifically peat-land science. Method includes determining linear growth of sprout samples of moss genus Sphagnum and examination thereof on individual markers, from which linear increment of sprouts is measured. Individual markers used are negative geotropic bends of shoots.

EFFECT: method reduces labour input of process associated with obtaining information on linear growth of shoots, improves reliability and accuracy of measurements.

1 cl, 1 tbl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области болотоведения, экологии, лесоведения и может быть использовано в научных исследованиях и при экологических экспертизах болотных экосистем.The invention relates to the field of bog science, ecology, forest science and can be used in scientific research and environmental assessments of wetland ecosystems.

Известен способ определения линейного прироста побегов сфагновых мхов, включающий использование Г-образно изогнутых отрезков проволоки (колышков) сечением около 1 мм, длина основной части которых более 10 см, а длина отогнутой части примерно составляет 1 см.A known method for determining the linear growth of shoots of sphagnum mosses, including the use of L-shaped curved pieces of wire (pegs) with a cross section of about 1 mm, the length of the main part of which is more than 10 cm, and the length of the bent part is approximately 1 cm.

Колышки устанавливаются в дернину таким образом, чтобы их отгиб находился на уровне поверхности головок сфагновых мхов. Через определенное время исследуют, на какую величину уровень поверхности сфагнового ковра превышает положение отгиба колышка. Данная величина и является линейным приростом сфагнового ковра в данном участке. Обычно в сфагновый ковер перпендикулярно направлению роста побегов устанавливается не менее 10 колышков. Способ предназначен преимущественно для определения линейного прироста медленнорастущих сфагновых мхов, образующих плотные ковры. (Clymo R.S. The growth of Sphagnum: methods of measurement // J. Ecol. 1970. V. 58. P. 13-49).Pegs are installed in the turf so that their limb is at the level of the surface of the heads of sphagnum mosses. After a certain time, investigate how much the surface level of the sphagnum carpet exceeds the position of the peg. This value is the linear increase in the sphagnum carpet in this area. Usually, at least 10 pegs are installed in the sphagnum carpet perpendicular to the direction of shoot growth. The method is intended primarily for determining the linear growth of slowly growing sphagnum mosses, forming dense carpets. (Clymo R. S. The growth of Sphagnum: methods of measurement // J. Ecol. 1970. V. 58. P. 13-49).

Недостатком способа является его трудоемкость, обусловленная необходимостью предварительного установления маркеров в виде колышков. В силу своей специфики колышки не позволяют измерить линейный прирост отдельно взятых побегов мха, а дают информацию о приросте сфагновой дернины в месте установки колышков. Существенным недостатком данного способа является способность описанных маркеров смещаться после их установки, что искажает результаты исследований и снижает надежность и точность определения прироста сфагновой дернины. Предложенные для устранения данного недостатка модификации значительно усложняют сам способ и требуют дополнительных трудозатрат.The disadvantage of this method is its complexity, due to the need for preliminary establishment of markers in the form of pegs. Due to their specificity, the pegs do not allow measuring the linear growth of individual shoots of moss, but provide information on the growth of the sphagnum sod at the place of installation of the pegs. A significant disadvantage of this method is the ability of the described markers to shift after their installation, which distorts the research results and reduces the reliability and accuracy of determining the growth of sphagnum turf. The modifications proposed to eliminate this drawback significantly complicate the method itself and require additional labor costs.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения линейного прироста побегов сфагновых мхов, согласно которому осуществляют индивидуальную перевязку побегов путем окольцовывания нитками или тонкой проволокой непосредственно под головкой побега сфагнового мха. При выполнении перевязки делается петля, которая надевается на конкретный экземпляр сфагнового мха и фиксируется на расстоянии 1 см от верхушки побега. При этом она затягивается таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить ее надежную фиксацию в данной части побега, и, с другой стороны, не допустить повреждения или перетягивания стебля. Линейный прирост сфагнового мха за исследуемый период равен расстоянию от маркера до верхушки побега сфагнового мха за вычетом 1 см (Бегак Д.О. О приросте торфяников // Торфяное дело. 1927. №11-12. С. 300-306).Closest to the claimed is a method for determining the linear growth of shoots of sphagnum mosses, according to which the individual dressing of shoots is carried out by ringing with thread or thin wire directly under the shoot head of sphagnum moss. When ligation is performed, a loop is made, which is worn on a specific instance of sphagnum moss and fixed at a distance of 1 cm from the top of the shoot. At the same time, it is tightened in such a way as to, on the one hand, ensure its reliable fixation in this part of the shoot, and, on the other hand, to prevent damage or pulling of the stem. The linear growth of sphagnum moss for the studied period is equal to the distance from the marker to the top of the shoot of sphagnum moss minus 1 cm (Begak DO About the growth of peat bogs // Peat case. 1927. No. 11-12. P. 300-306).

Данный способ предполагает предварительную установку индивидуальных маркеров на побеги, что требует значительных трудозатрат. Он не позволяет получать информацию о периоде роста побегов, который имеет место до установки маркеров. Кроме того, в процессе роста побегов мха может наблюдаться смещение маркеров на величину более 0,5 см, что искажает результаты исследований и снижает надежность и точность измерения линейного прироста побегов. Данный способ надежно можно применять только для определения линейного прироста сфагновых мхов, произрастающих в гидрофильных и гипергидрофильных условиях болотных мочажин и мелиоративных каналов. В условиях сфагновых ковров и на повышениях микрорельефа, когда верхушки побегов мхов оказываются удалены от зеркала болотных вод, перевязки нередко вызывают замедление или прекращение их роста, провоцируют усыхание побегов, что существенно ограничивает сферу применения данного способа.This method involves the preliminary installation of individual markers on the shoots, which requires considerable labor. It does not allow obtaining information about the period of shoot growth, which takes place before the installation of markers. In addition, during the growth of shoots of moss, a shift of markers by more than 0.5 cm can be observed, which distorts the research results and reduces the reliability and accuracy of measuring the linear growth of shoots. This method can be reliably used only to determine the linear growth of sphagnum mosses that grow under hydrophilic and hyperhydrophilic conditions of bogs and drainage channels. Under conditions of sphagnum carpets and at elevations of the microrelief, when the tops of moss shoots are removed from the mirror of swamp waters, dressings often cause a slowdown or termination of their growth, provoke drying of the shoots, which significantly limits the scope of this method.

Задачей изобретения является разработка способа определения линейного прироста побегов мхов рода Sphagnum с использованием в качестве маркеров морфологических особенностей побегов, исключающих необходимость предварительного установления индивидуальных маркеров. Техническим результатом является повышение точности, надежности и сокращение трудозатрат, связанных с исследованием линейного прироста побегов.The objective of the invention is to develop a method for determining the linear growth of shoots of mosses of the genus Sphagnum using as markers morphological features of shoots, eliminating the need for preliminary identification of individual markers. The technical result is to increase the accuracy, reliability and reduce labor costs associated with the study of linear growth of shoots.

Заявленный технический результат достигается тем, что способ определения линейного прироста побегов сфагновых мхов, включающий взятие образцов, исследование побегов с индивидуальными маркерами, от которых измеряют линейный прирост побегов, согласно изобретению в качестве индивидуальных маркеров использует геотропические изгибы побегов мхов.The claimed technical result is achieved in that a method for determining the linear growth of shoots of sphagnum mosses, including taking samples, researching shoots with individual markers from which linear growth of shoots is measured, according to the invention uses geotropic bends of shoots of mosses as individual markers.

Мхи рода Sphagnum являются основными ценозообразователями и продуцентами болотных экосистем севера России. Некоторые виды играют существенную роль в процессе заболачивания лесов и являются неотъемлемыми компонентами экосистем лесных болот. Сплошной сфагновый покров охватывает примерно 1,5 млн км² бореальных и субарктических болот, то есть около 43% их площади. В Карелии хорошо развитый сфагновый покров характерен более чем для 2/3 площади болот.Mosses of the genus Sphagnum are the main coenobracers and producers of bog ecosystems in the north of Russia. Some species play a significant role in the process of swamping forests and are integral components of ecosystems of forest marshes. The continuous sphagnum cover covers about 1.5 million km ^{2 of} boreal and subarctic bogs, i.e. about 43% of their area. In Karelia, a well-developed sphagnum cover is characteristic for more than 2/3 of the swamp area.

В основу предлагаемого изобретения положена отрицательная геотропическая реакция побегов сфагновых мхов, обуславливающая возврат головок мхов к ортотропному направлению роста при их отклонении в результате механического воздействия. Следствием такого возврата является образование на стебле характерных геотропических изгибов, которые отражают само событие, вызвавшее отклонение побегов, и могут служить точкой отсчета при определении линейного прироста побегов после этого события. Примером наиболее типичного и широко распространенного механического воздействия на сфагновый покров в условиях средних и высоких широт северного полушария является давление снежного покрова. Обнаружено, что в природных условиях с началом вегетации происходит массовое образование геотропических изгибов нивального генезиса на побегах разных видов сфагновых мхов. Идентификация данных маркеров и их использование в качестве точек отсчета для определения линейного прироста побегов полностью исключает необходимость предварительного трудоемкого процесса установления индивидуальных маркеров и позволяет определять приросты побегов с того момента, когда начинается вегетация мхов, что обеспечивает снижение трудоемкости и повышение надежности и точности при определении линейного прироста побегов. Также использование данных маркеров обеспечивает расширение функциональных возможностей при проведении исследований, то есть дает возможность произвольно выбирать участки для исследования в зависимости от задач исследования, состояния сфагнового покрова и ряда других факторов на момент определения линейного прироста, в то время как использование перевязок исключает такую возможность и позволяет определять линейный прирост побегов только в тех участках, где ранее были установлены соответствующие маркеры.The basis of the invention is a negative geotropic reaction of shoots of sphagnum mosses, causing the return of the moss heads to the orthotropic direction of growth when they deviate as a result of mechanical stress. The consequence of such a return is the formation of characteristic geotropic bends on the stem, which reflect the event itself, which caused the deflection of the shoots, and can serve as a reference point in determining the linear growth of shoots after this event. An example of the most typical and widespread mechanical effect on the sphagnum cover in the middle and high latitudes of the northern hemisphere is the pressure of the snow cover. It was found that under natural conditions, with the beginning of the growing season, mass formation of geotropic bends of nival genesis occurs on the shoots of different types of sphagnum mosses. Identification of these markers and their use as reference points for determining the linear growth of shoots completely eliminates the need for a preliminary labor-intensive process of establishing individual markers and allows you to determine the growth of shoots from the moment the moss vegetation begins, which reduces labor intensity and increases reliability and accuracy in determining the linear growth of shoots. Also, the use of these markers provides an extension of the functionality during research, that is, it makes it possible to randomly select areas for research depending on the objectives of the study, the state of the sphagnum cover and a number of other factors at the time of determining linear growth, while the use of dressings eliminates this possibility allows you to determine the linear growth of shoots only in those areas where the corresponding markers were previously installed.

Практическую апробацию заявленного способа проводили на болотах Неназванное, Риттусуо, Придорожное, расположенных на юге Карелии, на примере видов-объектов Sphagnum riparium, S. obtusum, S. subsecundum, S. fallax, S. cuspidatum, S. majus.Practical testing of the claimed method was carried out in the marshes of Unnamed, Rittusuo, Pridorozhnoe, located in the south of Karelia, using the example of species-objects Sphagnum riparium, S. obtusum, S. subsecundum, S. fallax, S. cuspidatum, S. majus.

Для этого в начале мая 2014 года на однородных участках указанных болот, занятых ненарушенным сфагновым покровом, закладывали экспериментальные пробные площадки размером 30×30 см. Каждая пробная площадка делилась по диагонали на 2 равные части. В первой половине (контроль) методом перевязок производилась установка на 50 побегов соответствующих индивидуальных маркеров. При выполнении перевязки делалась петля, которая устанавливалась на конкретный экземпляр сфагнового мха и фиксировалась на расстоянии 1 см от верхушки головки. При этом она затягивалась таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить надежную фиксацию ее в данной части побега, а с другой стороны, не допустить повреждения или перетягивания стебля. Линейный прирост сфагнового мха за исследуемый период равен расстоянию от маркера до поверхности головки сфагнового мха за вычетом 1 см. Во второй половине сфагновая дернина была оставлена в естественном нетронутом состоянии для последующего сбора информации по линейному приросту побегов заявленным способом. По завершении наблюдений в начале сентября 2014 года осуществляли взятие образцов побегов мхов с обеих половин пробных площадей и проводили определение прироста побегов от места положения маркеров. В контроле - от места положения перевязок до верхушки побега за вычетом 1 см, а в опыте - от геотропического изгиба нивального генезиса до верхушки побега. Данные маркеры массово образуются с наступлением вегетационного периода в результате отрицательной геотропической реакции сфагновых мхов на их отклонение от ортотропного направления роста, вызванного механическим действием снежного покрова.To do this, in early May 2014, experimental test sites 30 × 30 cm in size were laid on homogeneous sections of the indicated swamps occupied by undisturbed sphagnum cover. Each test site was divided diagonally into 2 equal parts. In the first half (control), the dressing method was used to set the corresponding individual markers on 50 shoots. When performing ligation, a loop was made, which was installed on a specific instance of sphagnum moss and was fixed at a distance of 1 cm from the top of the head. At the same time, it was tightened in such a way as to ensure, on the one hand, its reliable fixation in this part of the shoot, and, on the other hand, to prevent damage or pulling the stem. The linear growth of sphagnum moss for the study period is equal to the distance from the marker to the surface of the head of sphagnum moss minus 1 cm. In the second half, the sphagnum sod was left in its natural untouched state for subsequent collection of information on the linear growth of shoots by the claimed method. At the end of the observations, in early September 2014, moss shoots were taken from both halves of the sample plots and the growth of shoots from the position of the markers was determined. In the control, from the position of the dressings to the top of the shoot minus 1 cm, and in the experiment, from the geotropic bending of the nival genesis to the top of the shoot. These markers are massively formed with the onset of the growing season as a result of a negative geotropic reaction of sphagnum mosses to their deviation from the orthotropic direction of growth caused by the mechanical action of the snow cover.

На фигуре 1 показан нивальный механизм генезиса геотропических изгибов и их образцы на побегах в природных условиях.The figure 1 shows the nival mechanism of the genesis of geotropic bends and their samples on shoots in natural conditions.

Данные, полученные при исследовании контрольных и опытных площадок, были обработаны при использовании стандартных приемов статистики и представлены в таблице. Анализ полученных данных показал, что количество побегов в контрольных выборках оказалось меньше изначально перевязанных, что объясняется разложением самих перевязок и их частичной потерей. Был зафиксирован единичный случай усыхания всех экземпляров контрольной выборки, вследствие чего линейный прирост S. fallax на пробной площадке болота Неназванное удалось определить только предлагаемым способом, поскольку перевязанные побеги полностью прекратили свой рост. В остальных экспериментах подобных явлений не отмечалось, поэтому для них было выполнено сравнение линейного прироста побегов, определенного указанными способами, что отражено на фигуре 2 (для каждого вида указано буквенное обозначение болота: Н - Неназванное, Р - Риттусуо, П - Придорожное. Планки погрешностей соответствуют двойному значению ошибки среднего (±2 m)).The data obtained in the study of control and experimental sites were processed using standard statistical techniques and are presented in the table. An analysis of the data showed that the number of shoots in the control samples turned out to be less than the initially bandaged ones, which is explained by the decomposition of the bandages themselves and their partial loss. A single case of drying out of all instances of the control sample was recorded, as a result of which the linear growth of S. fallax at the trial site of the swamp could not be determined only by the proposed method, since the tied shoots completely stopped their growth. In other experiments, no similar phenomena were noted, therefore, a linear growth increase of shoots determined by the indicated methods was compared for them, which is shown in Figure 2 (for each species the letter designation of the swamp is indicated: H - Unnamed, P - Rittusuo, P - Roadside. correspond to the double mean error (± 2 m)).

Коэффициент корреляции между оценками линейного прироста сфагновых мхов в опытных и контрольных выборках равен 0,98. Линейный прирост побегов, полученный предлагаемым способом, во всех выборках превышает линейный прирост, определенный методом перевязок. Превышение линейного прироста в опытных выборках, по сравнению с контрольными выборками, составляет 15,3±6,3%, при этом оно варьирует от 8,4% у S. obtusum (болото Неназванное) до 25,8% у S. riparium (болото Придорожное). Такие различия отражают принципиальную способность предлагаемого способа охватывать период ранней вегетации сфагновых мхов, что сложно на практике добиться другими способами.The correlation coefficient between estimates of the linear growth of sphagnum mosses in the experimental and control samples is 0.98. The linear growth of shoots obtained by the proposed method in all samples exceeds the linear growth determined by the dressing method. The excess of the linear increase in the experimental samples, compared with the control samples, is 15.3 ± 6.3%, while it varies from 8.4% in S. obtusum (unnamed swamp) to 25.8% in S. riparium ( Roadside swamp). Such differences reflect the fundamental ability of the proposed method to cover the period of early vegetation of sphagnum mosses, which is difficult in practice to achieve in other ways.

Дополнительно было проанализировано различие коэффициентов вариации (CV) между контрольными и опытными выборками, что отражено на фигуре 3 (в скобках для каждого вида указано буквенное обозначение болота: Н - Неназванное, Р - Риттусуо, П - Придорожное. Планки погрешностей соответствуют значению ошибки CV).In addition, the difference between the variation coefficients (CV) between the control and experimental samples was analyzed, which is reflected in Figure 3 (the parenthesis of the swamp is indicated in brackets for each species: N - Untitled, P - Rittusuo, P - Pridorozhny. Error bars correspond to the value of the CV error) .

Во всех экспериментах зафиксирован более высокий разброс значений CV в контроле по сравнению с опытом. Статистически достоверными (при P=0,95, α=0,05) такие различия являются для 5 из 8 экспериментов (на фигуре 3 отмечены *) - Sphagnum riparium, S. subsecundum на болоте Неназванное, S. majus, S. riparium на болоте Риттусуо, S. riparium на болоте Придорожное. Более высокие значения CV в контроле мы связываем с нарушением структуры сфагнового покрова, что является артефактом метода перевязок. В опыте сфагновый покров не испытывает дополнительного воздействия, обусловленного спецификой способа, что объясняет меньший разброс значений CV в выборке.In all experiments, a higher spread of CV values in the control was recorded compared with the experiment. Statistically significant (at P = 0.95, α = 0.05), such differences are for 5 out of 8 experiments (marked with * in figure 3) - Sphagnum riparium, S. subsecundum in the unnamed swamp, S. majus, S. riparium in Rittusu swamp, S. riparium in the roadside swamp. We associate higher CV values in the control with a violation of the structure of the sphagnum cover, which is an artifact of the dressing method. In the experiment, the sphagnum cover does not experience additional effects due to the specifics of the method, which explains the smaller variation in CV values in the sample.

Таким образом, приведенные экспериментальные данные показывают, что заявляемый способ позволяет оценивать прирост с самого начала вегетации побегов мхов до того момента, когда требуется получить данные по линейному приросту. Способ обеспечивает надежность и повышение точности измерения линейного прироста побегов мхов при минимальных трудозатратах, связанных с получением выборки измерений достаточного объема, что способствует его широкому использованию в научных исследованиях и различного рода экологических экспертизах.Thus, the above experimental data show that the inventive method allows to evaluate the growth from the very beginning of the growing season of shoots of mosses until the moment when it is necessary to obtain data on linear growth. The method provides reliability and improving the accuracy of measuring the linear growth of shoots of mosses with minimal labor associated with obtaining a sample of measurements of a sufficient volume, which contributes to its widespread use in scientific research and various environmental assessments.

Claims

A method for determining the linear growth of shoots of mosses of the genus Sphagnum, including sampling, the study of shoots with individual markers, from which linear growth of shoots is measured, characterized in that negative geotropic bends of shoots are used as individual markers.