Реферат: Экология сорных растений зерновых агрофитоценозов приобской лесостепи
Реферат: Экология сорных растений зерновых агрофитоценозов приобской лесостепи
На правах рукописи
Красноперова Елена Михайловна
Экология сорных растений зерновых агрофитоценозов Приобской лесостепи
03.00.16 – Экология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Калининград - 2006
Работа выполнена в лаборатории обработки почвы государственного научного учреждения Сибирский научно-исследовательский институт земледелия и химизации сельского хозяйства СО РАСХН, в Российском государственном университете имени Иммануила Канта
Научные руководители:
доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
Синещеков Виктор Ефимович
доктор биологических наук, профессор
Еськов Евгений Константинович
Научный консультант
доктор биологических наук, профессор
Дедков Виктор Павлович
Официальные оппоненты:
доктор сельскохозяйственных наук
старший научный сотрудник
Буянкин Николай Иванович
кандидат биологических наук, доцент
Бедарева Ольга Михайловна
Ведущая организация:
Санкт-Петербургский государственный
аграрный университет
Защита состоится 19 декабря 2006 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета К 212.084.05 по адресу: 236040, Калининград, ул. Университетская, 2, ауд. 143
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета имени Иммануила Канта
Автореферат разослан 19 ноября 2006 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат биол. наук, доцент Губарева И. Ю.
Общая характеристика работы
Актуальность исследования. В условиях адаптивно-ландшафтного земледелия существенно изменяются экологические условия развития агрофитоценозов, характер и направленность взаимоотношений культурного и сорного компонентов. Недостаточные сведения об экологических и биологических особенностях сорных растений, особенно в почвозащитном земледелии, усложняют возможности прогнозирования их вредоносности в посевах, что сопровождается непредсказуемым снижением продуктивности и качества возделываемых зерновых культур. Для успешного контроля и регулирования численности сорной растительности необходимы знания основных экологических и биологических особенностей развития и распространения при почвозащитных зяблевых обработках почвы на разных уровнях химизации в условиях различного типа увлажнения вегетационного периода.
Цели и задачи исследования. Изучить особенности экологии сорных растений, их структуру, многообразие и динамику в условиях зернового агрофитоценоза лесостепи Приобья.
Основные задачи исследований:
1. проанализировать флористический состав сегетального сообщества в зерновом агрофитоценозе опытного поля;
2. выявить распределение доминантных, массовых и редких видов сорных растений, их встречаемость, морфофизиологические особенности и определить влияние на жизненное состояние при разных типах антропогенных нагрузок;
3. проанализировать пространственно-временное распределение сорных растений, их фенологические типы и ритмы в зависимости от почвозащитных приемов зяблевой обработки и уровней химической нагрузки при различных условиях увлажнения; установить динамику сегетальных сообществ, при изменении воздействия на среду в результате перехода к адаптивно-ландшафтному земледелию.
Научная новизна работы. Впервые в условиях зерновых агрофитоценозов лесостепи Приобья установлено, что при переходе к почвозащитным обработкам почвы формируются устойчивые специфические ассоциации сорных растений, не встречающиеся при глубокой отвальной обработке.
Определен флористический состав сегетального сообщества в зерновом агрофитоценозе. Выяснено, что распределение доминантных, массовых и редких видов сорных растений зависит от приемов зяблевой обработки почвы и интенсивных химических нагрузок.
Показано, что в прогнозе и регулировании численности сорных растений зернового агрофитоценоза в адаптивно-ландшафтном земледелии можно опираться на растения-диагносты, по которым определяется появление сопутствующих сорняков. Сорные растения сгруппированы по отношению к основным элементам системы земледелия зернового агрофитоценоза лесостепи Приобья.
Основные положения, защищаемые в диссертации
1. При переходе к адаптивно-ландшафтному земледелию формируются устойчивые ассоциации сорных растений, не встречающиеся при традиционной обработке почвы;
2. В прогнозе и регулировании численности сорных растений в агроценозах можно опираться на растения-диагносты, по которым определяется появление сопутствующих видов сегетальной растительности;
3. Адаптационные процессы сорных растений как ответ на антропогенное воздействие, на примере зерновых агрофитоценозов Приобской лесостепи, идут не только на уровне видов, но и на уровне сообществ.
Практическая и теоретическая значимость. Обоснована возможность надежного прогноза и эффективного регулирования численности и флористического состава сорных растений в агрофитоценозе при минимизации обработок почвы.
Выявлены растения-диагносты, по которым можно определить смену сорных сообществ в агроэкосистеме.
Результаты работы расширяют и систематизируют представления о структуре и динамике сорных сообществ, их взаимосвязях с элементами системы земледелия; экологических и биологических особенностях агрофитоценозов; позволяют рассматривать адаптационные процессы, идущие на уровне сообществ.
Экспериментальный материал диссертации положен в обоснование и разработку трёх патентов, выданных Федеральными институтом промышленной собственности Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам: «Устройство для диагностики биологической активности почвы», «Устройство для определения потенциального запаса семян сорных растений в пахотном слое почвы», «Прибор для установления и извлечения обитающих в почве тромбидиформных клещей.»
Апробация работы. Материалы диссертации были обсуждены на международных, всероссийских и региональных научных и научно-практических конференциях:
«Агрохимические аспекты повышения продуктивности сельскохозяйственных культур» (Москва, 2002); «Научное обеспечение АПК Сибири, Монголии, Казахстана, Беларуси и Башкортостана» (Абакан, 2002); «Современные проблемы земледелия и экологии» (Курск, 2002); «Обеспечение высокой экономической эффективности и экологической безопасности приемов использования удобрений и других средств химизации в агротехнологиях» (Москва, 2003); «Пути повышения эффективности АПК в условиях вступления России в ВТО», (Уфа 2003).
Публикации результатов исследования. По результатам диссертации опубликовано 17 работ, из них 8 в рецензируемых журналах, получено 3 патента.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 159 печатных страницах, состоит из введения, восьми глав, выводов, приложений и списка литературы. Содержит 19 таблиц и 17 рисунков. Список литературы включает 204 наименования, из них 61 на иностранном языке.
Благодарности. Особую благодарность автор выражает своим научным руководителям: доктору сельскохозяйственных наук В.Е. Синещекову, доктору биологических наук, профессору Е.К. Еськову за систематическое и методичное руководство и помощь в работе над диссертационной темой и за возможность использовать материалы отчетов лаборатории обработки почвы (период с 1986 по 2000 гг.)
Автор приносит благодарность академику А.Н. Власенко за всемерную поддержку и методические замечания при выполнении работы. Автор благодарит зав. сектором математического моделирования природопользования доктора биологических наук А. И. Южакова за помощь в статистической обработке материала и сотрудников лаборатории обработки почвы ГНУ СибНИИЗХим за оказанную помощь и поддержку при написании диссертационной работы.
Содержание работы
Глава 1. Природно-климатические условия лесостепи Приобья
Большая часть территории Новосибирской области расположена в пределах лесостепной зоны. Рельеф территории формируют северолесостепные плакорные земли. Они находятся на высоте 150-230 м над уровнем моря в абсолютных отметках и имеют плоский увалистый рельеф. Для данной территории характерна интенсивная овражная эрозия и широко развиты явления поверхностного смыва почв. Грунтовые воды находятся на большой глубине (10-17 м). Почвообразующие породы лессовидные, суглинистые и четвертичные отложения.
Климат Новосибирской области резко континентальный, что обуславливает значительные колебания температур воздуха в течение суток, сезонов, от года к году, яркая выраженность сезонов года, небольшое количество осадков (200-500 мм в год) и их неравномерное распределение в течение года (70% в теплое время), а также неустойчивое увлажнение территории в различные годы (Сляднев, 1968).
Средняя температура самого холодного месяца, января, - 19 - 21ºС, самого теплого, июля, +17+20ºС. Характерной особенностью является раннелетняя засуха. Абсолютный максимум + 39°С, минимум - 46°С (Орлова, 1962)
На исследуемой территории господствуют автоморфные почвы: оподзоленные, выщелоченные, обыкновенные черноземы и серые лесные, на фоне которых находятся, пятна солодей.
Новосибирская область характеризуется зональным распределением растительности – от южной тайги, лесостепи до зоны степей.
Факторами, нарушающими зональность растительности области, являются одна из величайших в мире рек – Обь – и Обское водохранилище. Все это определяет богатство растительного покрова Новосибирской области (Городецкая, 1962).
В соответствии с формами мезо- и микрорельефа, особенностями почвенно-грунтовых условий наибольшее распространение имеет интразональная растительность, отличающаяся большой пестротой и комплексностью. В современном растительном покрове сохранились отдельные участки лугов на границе меду полями и березовыми колками, а также около поселений, но они сильно видоизменены хозяйственной деятельностью человека.
Глава 2. Объекты, материал и методы исследований
В связи с целью и задачами исследований в качестве объектов изучения выделены:
1.Зерновой агрофитоценоз;
2.Основные виды сорных растений в зерновом агрофитоценозе;
3.Сообщества сорных растений.
Полевые исследования проводили в 2000-2003 годах в многофакторном стационарном опыте лаборатории обработки почвы ГНУ СибНИИЗХим в ОПХ «Элитное» Новосибирской области. Обработка и анализ собранного материала проводился с 2004 по 2006 год.
Почва опытного участка представлена выщелоченным черноземом среднесуглинистого гранулометрического состава со слабо кислой реакцией почвенного раствора (рН сол.=6.7-6.8) и содержанием в пахотном слое гумуса (по Тюрину) около 5%, общего азота (по Кьельдалю) – 0.27%, легкоподвижного фосфора (по Чирикову) – 18.5 мг/100 г почвы, обменного калия 7.0 мг/100 г почвы.
По метеорологическим показателям годы проведения исследований характеризовались: повышенной теплообеспеченностью и увлажнением (за исключением вегетационного периода 2003 года). Вегетационный период 2003 года характеризовался умеренно-дефицитным увлажнением. Тепловые ресурсы по сравнению с многолетней нормой были выше. Количество осадков весной составило 110% от нормы (75 мм), с мая по август - 48.6%, а эффективного
Стационарный опыт четырехпольного зернопарового севооборота с различными вариантами зяблевой обработки заложен в 4-х кратной повторности, размер делянки 13 м. длина 100м (1300 м2), учетной – 100 м2. Варианты обработки почвы под посевы были представлены следующими комбинациями:
1.Вспашка на 20–22 см под чистый пар и под третью культуру после пара и на 25–27 см под вторую культуру (В);
2.Безотвальная на 20-22 см под пар и под третью культуру и на 25-27 см под вторую культуру (Б);
3. Ежегодная плоскорезная обработка на 10-12 см (минимальная – М);
4. Без основной обработки (нулевая - Н) с оставлением стерни.
Методом расщепленных делянок поперек основных обработок накладывались варианты с применением химических средств: 1-без средств химизации (контроль), 2-гербициды против злаковых и двудольных сорняков, 3-удобрения N80 под вторую и N100 под третью культуру + гербициды, 4-удобрения + гербициды (комплексная химизация). По фитосанитарной обстановке применяли инсектициды, фунгициды и ретарданты.
Основные элементы технологии возделывания яровой пшеницы соответствовали принятым для зоны. Все учеты и наблюдения, а также статистическую обработку полученных данных проводили по принятым методикам, рекомендациям и ГОСТам (ГОСТ 11305-83; ГОСТ 13586-2-81; ГОСТ 1386.55-93; ГОСТ 26212-84; ГОСТ 26488-85; Серебряков, 1959; Голубев 1963; Методика и техника..., 1969; Рекомендации по методике..., 1973; Майсурян, Атабекова, 1978; Доспехов, 1985; Вадюнина, Корчагина, 1986; Методы учета и прогноз..., 1994; Определитель растений Новосибирской области, 2000; и др.).
Глава 3. Структура и формирование агрофитоценоза
Агрофитоценоз в современной экологии - многолетнее явление, объединяющее много генераций монокультуры или последовательность культур в севообороте в пределах однородного участка поля (Милащенко, 1978; Миркин, 1986, Гродзинский, 1990; Жученко, 1997).
Сорные растения рассматриваются как естественный компонент агрофитоценозов (Jauzein, 1988.) Он может оказаться полезным в силу способности активизировать биогеохимический оборот с более глубокими горизонтами почвы (Matthewes, 1978; Laske, 1989), выступать в роли пулов (запасников) минеральных удобрений (Kapeluszny, 1988), способствовать формированию системы полезных симбиотических связей с гетеротрофным блоком педофауны (Артемьева, 1982), дождевыми червями (Безбородов, Халбаева, 1990).
В современном понимании агрофитоценозы характеризуются определенным флористическим составом, структурой, взаимоотношениями растительных организмов друг с другом и окружающей средой, саморегуляцией, динамичностью и историчностью, но отличаются от естественных формаций тем, что искусственно создаются и поддерживаются только благодаря постоянным усилиям человека. Поэтому они проще по структуре, более кратковременны в своем существовании, исторические связи в них менее прочны и для поддержания своей устойчивости требуют дополнительных затрат энергии (Одум, 1986). Таким образом, агрофитоценозы представляют собой градацию переходных форм от естественных фитоценозов через растительные сообщества, близкие к ним, к посевам, наиболее отличным от естественных фитоценозов (Воробьев, 1973).
Основными структурными компонентами агрофитоценоза являются популяции культурных и сорных растений. В этой системе сегетальное сообщество наиболее устойчиво и обладает явлением равновесной биологической массы (Марков, 1972). Сорное сообщество, автономно от основной культуры за счет банка семян и банка вегетативных зачатков и проростков, состав которых обусловлен эдафически (Одум, 1986; Работнов, 1987).
Исходные параметры агрофитоценоза в значительной мере формирует человек путем выбора системы обработки почвы и высеваемых культурных растений. Б.М.Миркин (1990) считает, что «…сорняки специализировались... по их устойчивости к используемой системе борьбы с ними». После посева происходит корректировка состава агрофитоценоза в результате появления элементов саморегуляции за счет взаимоотношений растений и фитофагов.
Результаты исследования и их обсуждение
Глава 4. Основные взаимосвязи в зерновом агрофитоценозе
4.1 Установление общей фитотоксичности почвы
В оценке экологического состояния почвы в исследуемом зерновом агрофитоценозе важно определить общий исходный фон пестицидной нагрузки. За комплексный показатель мы приняли фитотоксичность – свойство загрязненной почвы подавлять прорастание семян, рост и развитие высших растений.
Известно, что наиболее восприимчивым к токсическим веществам природного и техногенного происхождения являются растения редиса (Raphanus sativus) из семейства капустных (Brassicaceae) (Вайда, 1992). О характере угнетения проростков R. sativus судили по динамике «ростового индекса» (Ri) корневой системы, гипокотиля и листовых пластинок в сравнении с контролем, (Барахтенова и др.2003).
Обнаружено, что все исследуемые образцы почвы с вариантов полевого мониторинга отличаются друг от друга по показателю ростового индекса R. sativus. Отмечено негативное влияние факторов системы зяблевой обработки почвы, азотных удобрений и системы защиты растений с долями 9.8, 21.5 и 35.6 % соответственно на общий уровень фитотоксичности почвы. При двухфакторном анализе и трехфакторном анализе зарегистрировали их совместное негативное усиленное действие.
