Критерии обоснования кластеров при анализе перспективности интродукции ильмовых для защитного лесоразведения

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Сельскохозяйственные науки


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 631. 524:581
КРИТЕРИИ ОБОСНОВАНИЯ КЛАСТЕРОВ ПРИ АНАЛИЗЕ ПЕРСПЕКТИВНОСТИ ИНТРОДУКЦИИ ИЛЬМОВЫХ ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ЛЕСОРАЗВЕДЕНИЯ
Семенютина А. В. х, Подковыров И. Ю. 1
'-ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский агролесомелиоративный институт Волгоград, Россия
(400 062, Волгоград, пр-т Университетский, 97), e-mail: vnialmi@yandex. ru_
Дано обоснование кластеров при комплексном подходе оценки успешности введения в культуру видового и формового разнообразия рода Ulmus L. семейства ильмовые. Представлена совокупность эколого-биологических признаков, которые по группам критериев выделены в кластеры. Объединение качественных и количественных признаков в однородные группы (кластеры) базируется на теоретических предпосылках принадлежности к одной совокупности, выяснении отношений близости, особенности сравниваемых видов, в том числе типах используемых признаков (для качественных -ранги, баллы, для количественных — размеры, количество, доля, частота и др.). На их примере с учетом экологических условий произрастания приведена оценка биологического потенциала ильмовых для расширения их биоразнообразия в защитном лесоразведении Нижнего Поволжья. Введение в культуру отдельных видов ильмовых на каштановых почвах сухостепной зоны показало положительные результаты, что позволяет прогнозировать успешность повышения их биоразнообразия в защитном лесоразведении. Достоверный прогноз успешности интродукции других видов этого родового комплекса может быть получен кластерным анализом, сущность которого состоит в сравнении видов путем объединения в однородные группы. Кластеры — это «непрерывные области (некоторого) пространства с относительно высокой плотностью точек, отделенные от других таких же областей областями с относительно низкой плотностью точек». Из многообразия кластерных методов для изучения родовых комплексов растений наиболее приемлемы иерархические агломеративные методы.
Ключевые слова: критерии кластеров, интродукция, биоразнообразие, древесные виды, ильмовые, защитное лесоразведение
ELIGIBILITY CRITERIA ANALYSIS OF PROMISING CLUSTERS AT ELM INTRODUCTION TO PROTECTIVE AFFORESTATION
Semenyutina A.V. 1, Podkovyrov I.V. 1
1 GNU All-Russian Scientific-Research Institute of Agroforest Reclamation, Volgograd, Russia (400 062, Volgograd,
University Ave, 97), e-mail: vnialmi@yandex. ru_
The substantiation of the cluster with an integrated approach evaluate the success of the introduction to the culture of species diversity and tin kind of elm Ulmus L. family. Presented a set of ecological and biological characteristics, which are groups of criteria highlighted in clusters. Combining qualitative and quantitative traits in homogeneous groups (clusters) based on theoretical premises belonging to one set, clarifying the relationship of intimacy, especially of the species, including the types of signs used (for quality — grades, scores for quantitative — the size, number, percentage frequency et al.). Their example, taking into account environmental growing conditions give an estimate of the biological potential of elm to enhance their biodiversity in the Lower Volga protective afforestation. Introduction to the culture of certain types of elm chestnut soils of dry steppe zone showed positive results that allows to predict the success enhance their biodiversity in protective afforestation. Reliable prediction of success of the introduction of other species of this genus complexes can be obtained by cluster analysis, the essence of which consists in comparing the species by combining a homogeneous group. Clusters — a & quot-continuous area (a) of a relatively high dot density, are separated from other regions such as regions with relatively low dot density. "- Of a variety of clustering methods for the study of complex generic plants are best suited hierarchical agglomerative methods.
Keywords: criteria clusters, introduction, biodiversity, wood species, elm, protective afforestation.
В Нижнем Поволжье естественно произрастают два вида ильмовых: вяз гладкий (Ulmus laevis Pall.) и вяз граболистный (U. carpinifolia Rupp. ex Suckow.). Интродуцирован в Нижнем Поволжье вяз приземистый (U. pumila L.). В насаждениях также имеется ряд гибридных форм, образовавшихся в результате естественной гибридизации вяза
приземистого и граболистного. Коллекционные фонды дендрариев ВНИАЛМИ содержат искусственно созданные гибриды вяза приземистого и гадкого, а также вяз Андросова (Ш. апйто$$сми Ь^.) [2, 5, 1, 8].
Цели исследований — разработка критериев кластеров на основе анализа интродукции родового комплекса Шшш в насаждениях Нижнего Поволжья и обоснование перспективности видов для защитного лесоразведения в засушливых условиях.
Материал и методы исследований
Объектами исследований являлись различные виды Шшш, произрастающие в составе естественных, искусственных защитных насаждений Волгоградской и Астраханской областей, а также в дендрологических коллекциях ВНИАЛМИ и Богдинско-Баскунчакского заповедника. На этих объектах были заложены пробные площади с учетом состава, условий произрастания, возраста и модельного участка (табл. 1).
Таблица 1
Характеристика объектов исследований
Шифр Состав Тип леса Год посадки Квартал/ выдел Примечания
Нехаевский межхозяйственный лесхоз, Волгоградская область
Н1 10Во Д2 1965 2/4 Лесничество «Динамо»
Н2 5Во5Я Д2 1975 3/33
Нз 7Я3Во+Б Д2 1965 3/38
Н4 8Я2Во Д2 1965 3/39
Н5 4Во4Б1Кл1Яб Д2 1950 4/32
Нб 5Д5Во Д2 1950 4/38
Нт 5Д5Во Д2 1939 4/3
Н8 8Вп2Р Д2 1975 3/2 Лесничество «Новые Сормы»
Н9 7Во1Кл2Гш Д1 1965 3/13
Нижневолжская станция по селекции древесных пород ВНИАЛМИ
К1 10 В В0 1975 Лесная полоса
К2 4Д3Во3Я В1 1970 Лесная полоса
Кз 9Вгиб1Вп А0 1984 Маточно-семенное насаждение
К4 10Вгиб А1 1975
К5 5Кз5Я В1 1983 Приовражная лесная полоса
Быковский лесхоз, Волгоградская область
Б1 9Вп1Во Д0 1968 14/9 Приморское лесничество
Б2 10Вп+Во Д0 1968 14/10
Бз 10Я Д0 1981 —
Волгоградский лесхоз, Волгоградская область
В1 4Вп3Р3Я+Д Д0 1952 Государственная лесная полоса Камышин-Волгоград
В2 9Вп1Гр+Д Д0 1960
Вз 10Вп Д0 1978 Кировское лесничество
В4 10Вгиб Д0 1978 ЛСП
В5 10Вг Д0 2000 ЛСП
Вб 10Вгиб Д0 2000 ЛСП
В7 Д0 19 972 000 Архив семей и клонов
Октябрьский лесхоз, Волгоградская область
О1 10Вп Д0 | 1960 | Абганеровское лесничество
Богдинско-Баскунчакский заповедник, (Бывш. Богдинская НИА Астраханская область ГЛОС)
А1 10Вп В0 1952 Лесная полоса
А2 10Бер В0 1976 Лесная полоса
Аз 6Во4Д В0 1976 Лесная полоса
А4 10Вп В0 1958 Древесный зонт
Методика исследований базировалась на анализе литературных и ведомственных источников, собственных данных экспериментальных и полевых наблюдений. Сбор данных проводился по выделенным результативным признакам с составлением матриц сходства для каждой пары сравниваемых объектов (виды, формы, гибриды). Качественные (засухоустойчивость, зимостойкость и др.) и количественные (рост, развитие) типы признаков определялись по типовым методикам с учетом элементов биологического потенциала видов [4, 7]. Математическая обработка результатов осуществлялась в прикладных программах МБ Ехе1 и 81ай8йса с использованием малых массивов данных наблюдений, которые объединялись в однородные кластеры [1].
Результаты исследования и их обсуждение
Ильмовые обладают достаточно широкой нормой реакции к факторам среды, что позволяет им произрастать в суровых почвенно-климатических условиях. Устойчивость видов определяют лимитирующие факторы: засуха, морозы, засоление почв, графиоз. Отношение ильмовых к этим факторам определялось в вегетационных опытах и полевых исследованиях (наименьшая существенная разность для 5%-ного уровня значимости составила 3,4−11,5%). Развитие графиоза определялось в разных условиях увлажнения. На первом варианте влажность почвы поддерживалась на уровне 40% от НВ, во втором — 60% от НВ. Заражение производилось культурой гриба. Результаты опыта приведены на рисунке 1.
Наиболее устойчивыми оказались Шшт рпшНа и Шшт рпшНа х и. сагрт/оНа с преобладанием его признаков по сравнению с и. сагрт/оНа и и. aevis. Во влажных условиях болезнь развивается интенсивнее. При полевых обследованиях ильмовых насаждений в сухих условиях степи графиоз нами не обнаружен, что позволяет выращивать в этих условиях чувствительные виды. Интегральная оценка позволила ранжировать виды по устойчивости (табл. 2).
Ulmus laevis Ulmus Ulmus Ulmus pumila Ulmus pumila
carpinifolia carpinifolia х х U.
U. pumila carpinifolia
? высота сеянца, см? длина зоны поражения, см
100
20
33,6
35,9
20,6


77

73,6
21,3
16,2

72,9
75,5
76,2
Ulmus laevis Ulmus Ulmus Ulmus pumila Ulmus pumila
carpinifolia carpinifolia х х U.
U. pumila carpinifolia
? высота сеянца, см? длина зоны поражения, см
а б
Рисунок 1. Развитие графиоза у сеянцев ильмовых при влажности почвы 40% от НВ (а) и 60
% от НВ (б)
Интегральная оценка видов и гибридов ильмовых
Таблица 2
0
Систематическая группа Устойчивость, баллы Ранг
к засухе к засолению к морозу к графиозу
Ulmus pumila 3,0±0,13 3,2±0,14 0,9±0,02 4,8±0,21 4
Ulmus pumila х U. carpinifolia 3,5±0,14 3,3±0,12 3,0±0,14 4,3±0,19 1
Ulmus carpinifolia 3,8±0,13 3,5±0,15 3,0±0,13 3,4±0,14 2
Ulmus laevis 3,0±0,14 3,9±0,17 нет данных 3,1±0,13 3
Одним из наиболее известных расстояний является евклидово расстояние (табл. 3).
Таблица 3
Степень морфологического сходства у видов Шшш Ь. на основе расчета евклидовых
расстояний
Виды Штт Ь. U. laevis U. pumila U. androssowii U. carpinifolia
и. laevis 3,74
и. ритНа 4,65 3,42
и. androssowii 3,83 3,35 1,73
и. сагрт/оНа 3,79 3,32 2,18 2,88
Для обоснования критериев кластеров использовались их нормированные значения (шкалы, масштаб, измерение). Градация значений признаков определена в пределах 0−1. Размер класса по каждому критерию рассчитывался по формуле: Я=(Хтах -Хтш)/10−0,1,
где: Хтах и Хтт — максимальное и минимальное значения по каждому критерию. Границы классов выявлены минимальными и максимальными значениями каждого критерия (табл. 4).
Таблица 4
Границы классов с минимальными и максимальными значениями критериев
Индекс критери я Критерии кластеров Градации значений признаков и границы классов
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Эколого-^ Ьизиологические особенности
ВД водный дефицит листьев в период засухи, % & lt- 5 6−10 11- 15 16- 20 21- 25 26- 30 31- 35 36- 40 41- 45 & gt- 46
ВЭ состояние коллоидно-осмотических свойств протоплазмы по относительному выходу электролитов & lt- 0,5 0,6 0,1 0,11 0,15 0,16 0,20 0,21 0,25 0,26 0,30 0,31 0,35 0,36 0,40 0,41 0,45 & gt- 0,46
Таксационная характеристика
Н высота ствола, м & lt- 1 1,1- 3,5 3,6- 6,0 6,1- 8,5 8,6- 11,0 11,1 13,5 13,6 16,0 16,1 18,5 18,6 21,0 & gt- 21,1
Б диаметр ствола, см & lt- 10 10,1 14,0 14,1 18,0 18,1 22,0 22,1 26,0 26,1 30,0 30,1 34,0 34,1 38,0 38,1 42,0 & gt- 42,1
БК диаметр кроны, м & lt- 1 1,1- 3,5 3,6- 6,0 6,1- 8,5 8,6- 11,0 11,1 13,5 13,6 16,0 16,1 18,5 18,6 21,0 & gt- 21,1
П прирост побегов, см & lt- 10 11- 30 31- 50 51- 70 71- 90 91- 110 111- 130 131- 150 151- 170 & gt- 171
Репродуктивная способность
Ц число цветов (соцветий) на метр-ветку & lt- 10 11- 35 36- 60 61- 85 86- 110 111- 135 136- 160 161- 185 186- 210 & gt- 211
ЧП число плодов (соплодий) на метр-ветку & lt- 10 11- 35 36- 60 61- 85 86- 110 111- 135 136- 160 161- 185 186- 210 & gt- 211
У урожайность семян (плодов) с растения, г & lt- 10 0 101- 600 601 1100 1101 1600 1601 2101 2101 2600 3101 3600 3601 4100 4101 4600 & gt- 460 1
Д доброкачественнос ть семян, % & lt- 10 11- 20 21- 30 31- 40 41- 50 51- 60 61- 70 71- 80 81- 90 & gt- 91
Декоративность растений (по методике ВНИАЛМИ)
ФК форма кроны & lt- 8,4 8,5 16,9 17,0 25,4 25,5 33,9 34,0 42,4 42,5 50,9 51,0 59,4 59,5 67,9 68,0 76,4 & gt- 76,5
ОЛ окраска листвы в течение вегетационного периода & lt- 1 1,1- 6,0 6,1- 12,0 12,1 18,0 18,1 24,0 24,1 30,0 30,1 36,0 36,1 42,0 42,1 48,0 & gt- 48,1
ПЦ продолжительност ь цветения & lt- 1 1,1- 6,0 6,1- 12,0 12,1 18,0 18,1 24,0 24,1 30,0 30,1 36,0 36,1 42,0 42,1 48,0 & gt- 48,1
ОЦ окраска цветов & lt- 1 1,1- 6,0 6,1- 12,0 12,1 18,0 18,1 24,0 24,1 30,0 30,1 36,0 36,1 42,0 42,1 48,0 & gt- 48,1
ОП окраска плодов & lt- 1 1,1- 8,2 8,3- 15,4 15.5 22.6 22.7 29.8 29,9 37,0 37.1 44.2 44.3 51.4 51.5 58.6 & gt- 58,7
ООЛ осенняя окраска листьев & lt- 1 1,1- 4,6 4,7- 8,2 8,3- 11,8 11,9 15,5 19,1 22,7 26,3 & gt- 29,9
15,4 19,0 22,6 26,2 29,8
Комплексная оценка кластеров по критериям дает возможность анализа и выявления
интродукционного потенциала растений в новых для них условиях существования (табл. 5).
Таблица 5
Комплексная оценка видов рода Штш Ь. по критериям кластеров
Индекс критерия Виды родового комплекса Штт Ь. и их показатели по критериям кластеров
laevis pumila androssowii carpimfolia carp. var. argenteo variegata carp. var. suberosa
Эколого-физиологические особенности
ВД 0,8 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
ВЭ 0,5 0,7 0,6 0,6 0,6 0,6
Таксационная характеристика
Н 0,6 0,6 0,5 0,5 0,5 0,3
D 0,7 0,7 0,6 0,6 0,6 0,5
БК 0,6 0,5 0,5 0,5 0,5 0,4
П 0,2 0,3 0,3 0,3 0,3 0,2
Репродуктивная способность
Ц 0,8 0,9 0,7 0,9 0,8 0,5
ЧП 0,6 0,8 0,6 0,6 0,6 0,3
У 0,6 0,7 0,6 0,6 0,5 0,3
Д 0,9 0,8 0,1 0,7 0,7 0,7
Декоративность растений
ФК 0,2 0,2 0,8 0,3 0,3 0,8
ОЛ 0,1 0,1 0,1 0,1 0,4 0,1
ПЦ 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
ОЦ 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
ОП 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
ООЛ 0,6 0,2 0,4 0,5 0,3 0,3
Нижнее Поволжье отличается тяжелыми почвенно-климатическими условиями: характерны частое повторение засух, суховеев, морозных зим, недостаточное количество осадков, засоление и солонцеватость почв. Эти факторы являются причиной неудовлетворительного современного состояния древесных видов, их плохого роста и низкой долговечности. Исследованиями выявлены резервы повышения устойчивости и долговечности искусственных насаждений в регионе. Важнейшими из них являеются дифференцированное использование ассортимента деревьев и кустарников в зависимости от природных зон и лесорастительных условий региона и оценки биологического потенциала на основе кластерного метода.
Заключение
Лимитирующие факторы Нижнего Поволжья ограничивают возможности выращивания устойчивых насаждений ильмовых. Разработанные критерии кластеров для оценки устойчивости к засухе, морозу, засолению почв и графиозу позволяют дать
обоснование экотопов выращивания каждого вида. В черноземной степи необходимо применять и. aevis, в сухой степи и полупустыни — Ш. еагрШ/оМа.
Выявлено, что комплексная оценка кластеров по критериям дает возможность анализа и выявления интродукционного потенциала растений в новых для них условиях существования. Установлено, что биоразнообразие родового комплекса Штт обладает различием хозяйственно ценных свойств по устойчивости к биотическим и абиотическим факторам, долговечности, росту и развитию. Подбор ассортимента на основе разработанных критериев позволяет создавать искусственные насаждения заданной конструкции в зависимости от их целевого назначения.
С учетом кластерного метода защитные насаждения в Нижнем Поволжье рекомендуется создавать по дифференцированной технологии выращивания ВНИАЛМИ (Авторское свидетельство № 1 724 095), при этом используя оригинальный алгоритм выделения критериев кластеризации с целью выявления перспективности видов для защитного лесоразведения по следующим этапам:
1) определение признаков и отбор выборки для кластеризации по объектам-
2) выявление меры сходства между видами и объектами по выборкам кластеризации-
3) формирование групп сходных объектов на основе метода кластерного анализа-
4) обоснование критериев и проверка достоверности результатов кластерного решения.
Список литературы
1. Гитис Л. Х. Статистическая классификация и кластерный анализ/ Л. Х. Гиттис. — М.: Горная книга, 2003. — 157 с.
2. Подковыров И. Ю. Научные основы отбора видового и формового разнообразия Штт Ь. для защитных лесных насаждений Нижнего Поволжья / И. Ю. Подковыров // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. — 2014. — № 3(35). — С. 91−97.
3. Подковыров И. Ю. Обоснование подбора видового состава и структуры рекреационно-озеленительных насаждений методом кластерного анализа / И. Ю. Подковыров, А. В. Семенютина, С. С. Таран // Перспективные направления исследований в изменяющихся климатических условиях: Междунар. науч. -практ. конф. молодых ученых и специалистов, 18−19 марта 2014. — Саратов, 2014. — С. 508−513.
4. Семенютина А. В. Эффективность использования кластерного метода при анализе декоративных достоинств озеленительных насаждений. / А. В. Семенютина, И. Ю. Подковыров, С. С. Таран // Глобальный научный потенциал. — 2014. — № 7 (37). — С. 21−27.
5. Семенютина А. В. Дендрологические ресурсы для повышения биоразнообразия деградированных ландшафтов // А. В. Семенютина, И. П. Свинцов / Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия естественные и технические науки. — № 910. — 2014. — С. 33−41.
6. Семенютина А. В. Перспективность интродукции видов рода Celtis L. для обогащения лесомелиоративных комплексов / А. В. Семенютина, М. А. Цембелев // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. — 2012. — № 3(27). — С. 37−42.
7. Черных В. Л. Математические методы в лесном хозяйстве и ландшафтном строительстве / В. Л. Черных, Н. А. Власова, Н. Г. Киселёва, Д. М. Ворожцов. — Йошкар-Ола: Изд-во Поволжский гос. технологический ун-т, 2011. — 80 с.
8. Semenyutina A.V. Environmental efficiency of the cluster method of analysis of greenery objects decorative advantages / A.V. Semenyutina, I.U. Podkovyrov, V.A. Semenyutina // Life Science Journal. — 2014. — 11(12s). — P. 699−702.
Рецензенты:
Москвичев А. Ю., д.с. -х.н., профессор кафедры агроэкологии и защиты растений ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет», г. Волгоград- Кимсанбаев О. Х., д.с. -х.н., профессор кафедры садоводства, селекции и семеноводства ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет», г. Волгоград.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой