Delist.ru

Научные основы комплексной фитозоологической оценки состояния зернового агроценоза в почвозащитном земледелии Приобской лесостепи Западной Сибири (01.07.2007)

Автор: Красноперов Андрей Геннадьевич

- выяснить закономерности временного и пространственного размещения беспозвоночных животных в сорных сообществах зернопарового агрофитоценоза при минимизации зяблевой обработки почвы и на их основе построить имитационную математическую модель;

Научная новизна. На базе широкой сравнительной экологической характеристики ассоциаций сорных растений, ведущих групп беспозвоночной фауны и почвозащитных зяблевых обработок в сравнении с традиционной вспашкой, обнаружен характер сопряженного изменения биотических и абиотических факторов по мере уменьшения антропогенных нагрузок на почву.

Впервые дана фитозоологическая характеристика зернового агрофитоценоза в лесостепи Приобья. Раскрыты особенности их структурной организации: видовой состав беспозвоночных определяется типом сорного растительного сообщества; зависимость между численностью массовых групп беспозвоночных животных и приемов зяблевой обработки почвы в разных сорных растительных сообществах выражена в разной степени; показано, что характер антропогенного воздействия и типа сорной растительности на численность массовых групп беспозвоночных в агрофитоценозе меняются под воздействием различных гидротермических условий, то есть изменение численности беспозвоночных по градиенту интенсивности антропогенной нагрузки на почву не является определяющим.

Сформулированы методические основы определения экологических критериев сообщества сорных растений и их беспозвоночных обитателей по результатам анализа распределения их популяций в почвозащитной системе при зяблевой обработке. Известный экологический принцип смены местообитаний использован как критерий экологического сравнения и классификации видов.

Построена система экологических агрегаций видов растений и беспозвоночных животных, объединяющих генеалогически неродственные организмы в единые таксоны.

Впервые в качестве основы для экологической характеристики агрофитоценоза использована фитозоологическая зависимость от комплекса абиотических факторов, определяющих ритм функционирования агроэкосистемы в течение нескольких ротаций зернопарового севооборота и вне его при сокращении глубины зяблевой обработки до нуля. Дана оценка с фитозоологических позиций стациальных различий восьми ассоциаций сорных растений и их беспозвоночных обитателей по набору и ритмике их сезонных состояний.

Защищаемые положения: 1. Параметры агрофизического состояния почв в ассоциациях сорных растений и обитающих в них сообществ беспозвоночных в зерновом агрофитоценозе и вне его, в ходе сезонных и многолетних трендов меняются сопряжено, следуя одним и тем экологическим закономерностям.

2. Наиболее отчетливо сопряжение закономерностей смены сообщества сорных растений и их беспозвоночных обитателей проступает при уменьшении механической нагрузки на почву, вплоть до полного отказа от зяблевых обработок в зерновых севооборотах, когда сопоставляется комплекс экологических факторов, оказывающих влияние на видовое разнообразие и плотность живых организмов.

3. Существуют устойчивые сочетания видов сорных растений и беспозвоночных животных, выделенные по характеру предпочитания ими местообитаний в зернопаровом агрофитоценозе и на бессменной пшенице. Время и место их обитания зависят от степени антропогенной нагрузки на почву, формирующей необходимые этим сообществам экологические условия. Такие зависимости составляют суть фитозоологического (экологического) анализа состояния агрофитоценоза и могут использоваться для распознавания кратковременных, преходящих состояний устойчивости агрофитоценозов, их сезонных и многолетних трендов.

Теоретическая и практическая значимость. В работе обосновывается системная методика оценки экологического состояния зернопарового севооборота и бессменной пшеницы. Проанализированы имеющиеся и определены её новые принципы и понятия. Обоснованы и проиллюстрированы возможности фитозоологического метода для сравнения агротехнологических приемов на примере зяблевой обработки почвы в зерновом агрофитоценозе.

В работе нашло дальнейшее развитие перспективное в теоретическом плане эмпирическое геоботаническое обобщение Браун-Бланке (1986) по группировке наиболее сходных по распределению в сообществах видов и сообществ с наиболее сходным видовым составом (Миркин, 1989) и зоологическое «правило смены местообитаний» (Бей-Биенко, 1966; Стебаев, 1974).

Созданная система фитозоологических агрегаций может служить средством экологического мониторинга за состоянием и устойчивостью агрофитоценозов во времени и под влиянием антропогенных воздействий различной степени. Система фитозоологической оценки удобна для экспресс-оценки устойчивости агрофитоценозов в системе севооборота и вне его, а также для индикации агрофизического состояния почвы.

Экспериментальный материал и построенная на их основе имитационная математическая модель представляют сообщество почвенной мезофауны при переходе к почвозащитному земледелию на примере подземногнездящихся пчелиных как гибкую саморегулирующуюся систему.

Экспериментальный материал диссертации положен в обоснование и разработку одного авторского свидетельства на изобретение, девяти патентов, выданных Федеральным институтом промышленной собственности РФ (ФИПС) и восьми рассматриваемых в настоящее время заявок на изобретение, находящихся в стадии экспертизы по существу.

Апробация работы. Материалы диссертации были обсуждены на международных 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); «Перспективы развития производства продовольственных ресурсов и рынка продуктов питания» (Уфа, 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), «Пища, экология, качество», (Краснообск, 2003); «Повышение устойчивости и эффективности агропромышленного производства в Сибири: наука, техника, практика» (Кемерово, 2003); «Развитие земледельческой механики растениеводства» (Москва, 2003); «Использование биологических ресурсов в сельскохозяйственном производстве», (Москва, 2004); «Беспозвоночные в зоологических коллекциях зоопарков» (Москва, 2004); «Проблемы рационального использования растительных ресурсов» (Владикавказ, 2004), «Пчеловодство холодного и умеренного климата» (Москва, 2006).

Материалы диссертации внедрены в учебный процесс для студентов Сибирского университета потребительской кооперации по дисциплине «Земледелие с основами почвоведения и агрохимии», а также послужили материалами для лекций в Калининградском филиале Санкт-Петербургского государственного аграрного университета по предметам «Экология», Теоретические основы прогрессивных технологий», «Концепции современного естествознания» и «Биологической химии».

Публикация результатов исследований. Основные положения диссертации отражены в журналах «Доклады РАСХН», «Вестник РАСХН», «Аграрная наука», «Земледелие», «Сибирский экологический журнал», «Сельскохозяйственная биология», «Сибирский вестник сельскохозяйственной науки».

Всего по теме диссертации опубликовано 65 работ, из них 3 монографии и 15 изобретений.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 12 глав, выводов, списка литературы и приложений. Объем работы составляет 375 страницы, включая 72 рисунков и 66 таблиц. Список литературы включает 325 наименований, из них 101 – иностранных авторов.

2. Материалы и методы исследований

Экология беспозвоночного живого населения в сообществах сорных растений изучалась на стационаре центрального опытного поля ГНУ СибНИИЗХим в ОПХ «Элитное» Новосибирского района Новосибирской области, заложенного в 1981 году с целью изучения эффективности систем основной обработки почвы в зависимости от уровней химизации. С 1981 по 1993 год в пятипольном зернопаровом севообороте (пар-пшеница-пшеница-овес (ячмень) - пшеница, а с 1994 по 2004 год – четырехпольный зернопаровой севооборот (пар - озимая рожь – пшеница - пшеница) и поле с бессменной пшеницей (выведенное из пятипольного севооборота).

Почвенный покров стационара ГНУ СибНИИЗХим в ОПХ «Элитное» представлен среднемощным выщелоченным черноземом среднесуглинистого механического состава, содержание гумуса в слое 0-30 см около 5%, общего азота - 0,34%, валового фосфора 0,30%, подвижного фосфора по Чирикову - 29, обменного калия - 13 мг/100 г почвы, рН=6,7-6,8 (Кирюшин, Власенко, Иодко, 1991).

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.

В связи с целью и задачами исследований объектами изучения были беспозвоночные обитатели сорных растительных сообществ. Они изучались в агроценозах с бессменной пшеницей и в зернопаровом севообороте на четырех вариантах зяблевой обработки почвы.

Основные элементы технологии возделывания яровой пшеницы соответствовали общепринятым для природно-климатической зоны. Все гербологические учеты и наблюдения проводили по общепринятым методикам, рекомендациям и ГОСТам. Было использовано запатентованное «Устройство для определения потенциального запаса семян сорных растений в пахотном слое почвы» (Слесарев, Синещеков, Краснопёров и др., 2003);

Учет почвенных тромбидиформных клещей проводился стандартными методами (Гиляров, 1965), а также оригинальными запатентованными устройствами (Краснопёров, Слесарев, Синещеков и др., 2004)

Пробы для количественного учета мезофауны брали в соответствии с общепринятой в почвенной зоологии методикой (Гиляров, 1975). Фиксация представителей мезофауны с последующего определения проводилась в соответствии с общепринятыми правилами (Стриганова, 1975). Учет динамической плотности почвенной и напочвенной мезофауны осуществляли запатентованными стационарными устройствами оригинальной конструкции (Слесарев, Синещеков, Краснопёров и др., 2004)

Для определения биомассы использовали массу фиксированных особей. Пересчет на сухую массу производился по (Tskamoto, 1988). Исследования проводили в восьми ассоциациях сорной растительности зернопарового полевого севооборота и на поле с бессменной пшеницей. Предполагается, что за период исследования трех ротаций четырехпольного зернопарового севооборота комплекс почвенной мезофауны адаптировался к данным условиям существования.

Экспериментальный материал собирали по оригинальным методикам, разработанным специально для целей исследования, на которые Федеральный институт промышленной собственности выдал восемь патентов и одно авторское свидетельство на изобретение.

Определение растительного и зоологического материала проводилось сотрудниками ГНУ СибНИИЗХим совместно с автором, а также с привлечением специалистов из зоологических музеев (Новосибирск и Санкт-Петербург).

Период проведения исследований охватил все многообразие гидротермических условий. Для гидротермической характеристики места исследований принимался коэффициент увлажнения (Ку), рассчитанный по формуле В.А.Понько (1996).

Обработка фактического материала проводилась в пакете прикладной статистики «Снедекор» (Cорокин, 2004), а также в профессиональном пакете для обработки и анализа многомерной статистической информации STATISTICA 6.0 (2002).

3. Результаты исследования и обсуждение

3. Состав и экологические особенности формирования сорных

растений в зерновом агрофитоценозе

3.1 Состав сорных растений

Исследования сорных растений в зерновом агрофитоценозе показали, что сообщество состоит из 89 видов, принадлежащих 78 родам из 26 семейств. Сегетальная флора лесостепи Приобья при почвозащитной системе земледелия представлена преимущественно антропохорами (56,7%), на долю апофитов приходится 29,5 % видов Значительная часть сорных растений приходится на покрытосеменные растения (98,9 %). Преобладают виды семейств Asteraceae (22,5 %), Brassicaceae (15,7 %) и Caryophyllaceae (6,7 %). Ведущие 13 семейств включают в себя 73 вида (84,1 %). На степные и лесостепные особенности флоры указывает высокое положение родов Artemisia, Potentilia, Centaurea, Chenopodium, виды которые в основном свойственны зонам с недостаточным увлажнением. Самые крупные 11 родов содержат 25 видов (27,7 %).

Анализ ареалов показывает, что все сорные растения относятся к двум группам: голарктической и космополитной, а в пределах голарктической группы, евразийские виды составляют 45,6 % из общего числа видов, куда относятся представители семейств Asteraceae, Fabaceae, Rosaceae.

Классификация сорных растений разнообразна, наиболее важны классификации жизненных форм, или биоморф, так как знание биоморфы каждого вида позволяет прогнозировать поведение сорного растения при смене зяблевой обработки почвы. По общепринятой классификации К.Раункиера в разных вариантах опыта распределение сорных растений отражает следующую закономерность: при отвальной системе зяблевой обработки преобладают терофиты, при почвозащитной системе – гемикриптофиты. Жизненные группы в исследованном агрофитоценозе по Раункиеру представлены четырьмя группами (рис. 1).

Рис. 1 - Жизненные формы по К.Раункиеру в сравнении с отвальной системой зяблевой обработки почвы

загрузка...