Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биогеоценотическое влияние массивной тайги на агроэкосистемы сенокосов

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Биогеоценотическое влияние массивной тайги на агроэкосистемы сенокосов"

На правах рукописи

БИОГЕОДЕНОТИЧЕСКОЕ ВЛЙЙНИЕ МАССИВНОЙ ТАЙГИ НА АГРОЭКОСИСТЕМЫ СЕНОКОСОВ

03.00.16 - ЭКОЛОГИЯ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Красноярск 199?

Работа выполнена в Красноярском государственном аграрном университете

Научные руководители:

доктор биологических наук, профессор Горбачев В.Н.

кандидат технических наук, профессор, академик МИА Золотухин В.А.

Официальные оппоненты:

член-корр. РАЕН, доктор биологических наук, профессор Матвеева Р.Н.

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Ведров Н.Г.

Ведущая организация

Бурятская государственная сельскохозяйственная академия

Защита диссертации состоится ?//г/; С 1997 г. на заседании диссертационного совета Д 120. 45. 01 при Красноярском государственном аграрном университете по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира 88, КрасГАУ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан " /¿f " tf-t-ijt 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Байинцева P.M.

- 3 -ВВЕДЕНИЕ

Сибирское земледелие характеризуется тем, что во многих районах сельскохозяйственные территории (пашни, сенокосы, пастбища) расположены среди массивной тайги. Находясь в непосредственном контакте, эти две экосистемы (лес-поле) оказывают друг на друга влияние, отражающееся как на их структуре и строении, так и на многообразных функциях, в том числе и на продукционном процессе.В целях более эффективного использования территорий южной тайги под сельскохозяйственные угодья чрезвычайно важно знать, сколько мы теряем или приобретаем сельскохозяйственной продукции от соседства с лесной растительностью.

Частично эти вопросы исследуются в процессе полезащитного лесоразведения, где рассматривается влияние лесных защитных полос и их систем на продуктивность сельскохозяйственных биоценозов. Однако лесные полосы создаются искусственно, занимают ограниченную территорию, характеризуются определенным набором и размещением древесной и кустарниковой растительности, определенными конструкциями. Поэтому влияние массивной тайги на прилегающие сельскохозяйственные угодья, в отличие от лесных полос, должно иметь свои особенности.

Актуальность исследований заключается в том, что они являются первой попыткой разработать подходы к экологической оптимизации агроландшафтов Сибири с учетом средообразующей роли массивной тайги и ее влияния на продуктивность сельскохозяйственных угодий.

Цель исследований - выявить основные аспекты влияния массивной тайги на прилегающие сенокосные угодья, их структуру, строение, функционирование и продуктивность.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

1.Изучить влияние леской экосистемы на:

- микроклимат прилегающих сенокосов;

- эдафичесние условия;

- видовой состав сенокосных фитоценозов;

2.Проанализировать суммарный эффект влияния массивной тайги на продуктивность и кормовую ценность сенокосных угодий.

Работа выполнялась в Красноярском государственном аграрном университете с 1992 по 1996 гг.В работе дополнительно использовались фондовые материалы лесоустроительной экспедиции ПО "Леспро-

ект".Достоверность полученных данных обеспечена большим объемом собранного фактического материала и последующей его статистической обработкой с использованием современных методов и вычислительной техники.

На защиту выносятся:

1.Особенности влияния массивной тайги на микроклимат и эда-фические условия примыкающих сенокосов;

2.Особенности влияния массивной тайги на видовой состав и пространственную структуру сенокосных фитоценозов;

3.Особенности влияния массивной тайги на продуктивность сенокосных угодий и кормовую ценность сена;

Научная новизна работы заключается прежде всего в постановке проблемы.Как показали исследования, в результате взаимодействия экосистем лес - поле формируется экотонная полоса со специфическим микроклиматом и сравнительно более разнообразным видовым составом травяного покрова.Ее ширина лежит в пределах трех высот древостоев.Впервые для Красноярского края получены данные о влиянии массивной тайги на микроклимат, эдафические условия, фитоце-нозы и кормовую ценность сенокосных угодий.

Практическая значимость.Работа имеет непосредственный выход в практику сельского хозяйства.Полученные выводы могут быть использованы при разработке способов и приемов повышения продуктивности сенокосных угодий южной тайги.Дальнейшие исследования в этом направлении позволят определить оптимальные (с точки зрения продуктивности и кормовой ценности) размеры сенокосов, что может быть использовано при отводе лесных участков под сенокосные угодья.

Проведенные исследования являются лишь первым шагом в решении важной и сложной экономической задачи - повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий с учетом биогеоценотического влияния массивной тайги и требуют дальнейшего продолжения.

Апробация работы.Результаты исследований докладывались на 2 международных и 4 региональных конференциях (Лесосибирск, 1993; Красноярск-Предивинск, 1994; Красноярск, 1993; 1995; 1995а; Красноярск, 1996), а также отражены в 6 публикациях.

Структура работы.Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы.Содержание изложено на 147 страницах машинописного текста, включает 30 таблиц, 11 рисунков, 1 приложение. Список литературы содержит 201 наименование, из них 22 на

иностранных языках.

ГЛАВА I

ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА РАБОТ

Влияние массивной тайги на агроэкосистемы изучалось на территории Болыпемуртинского района Красноярского края. Климатические. эдафические, флористические и фитоценотические особенности этого района во многом определяются его географическим положением (на границе с Западной Сибирью) и влиянием реки Енисей.Исследования проводились в правобережной части района, который М.П. Брицы-на (1962) выделила как геоморфологический район Енисейского кряжа.

Согласно агроклиматическому районированию Красноярского края (1961), район исследований относится к прохладному агроклиматическому району, достаточно увлажненному подрайону и отличается резкой континентальностью.Сумма температур выше +10° составляет 1553°.Среднегодовая температура - -1,7°С.Вегетационный период -136 дней.По лесорастительным условиям он находится в полосе контакта подтаежного и южнотаежного высотно-поясных комплексов типов леса Средне-Сибирской лесорастительной области.Типологический фон района образуют сосновые леса (Бабинцева, Чередникова, 1983).

Луговая растительность представлена разнотравно-овсяницевы-ми, мятликово-овсяницевыми, клеверо-тимофеечными и разнотравно-ежовыми лугами, используемыми под сенокошение и выпас (Лапшина, Горбачев, Храмов, 1971).Сенокосы составляют 16,7% от общей площади сенокосных угодий района и характеризуются низкой производительностью (от 7 до 10 ц/га).

Почвенный покров исследуемого района представлен серыми лесными почвами на лессовидных карбонатных и бескарбонатных суглинках и супесях (Горбачев, 1967).Формируясь под светлохвойными и мелколиственными лесами разнотравной группы, они характеризуются хорошо развитым гумусово-аккумулятивным горизонтом Аа. достигающим нередко 25-30 см. В целом профиль типа: Ао - А1 - А^гСАгАз.) -А2В - В - С.

По запасам органического вещества и потенциальному плодородию серые лесные почвы относятся к хорошо обеспеченным (Горбачев, Попова, 1992).Запасы гумуса в них в полутораметровой толще составляют 120-122 т/га, а в оптимальных условиях они могут дости-

гать 160-185 т/га, т.е. эти почвы могут быть использованы под очаговое земледелие.

Основными отраслями сельского хозяйства в районе исследований являются мясо-молочное скотоводство, овцеводство, зерновое хозяйство и овощеводство.

ГЛАВА II

ОБЪЕКТЫ РАБОТ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

В качестве объектов исследований были выбраны естественный и искусственный сенокосы, окруженные сосновыми древостоями. Участки располагались в 3 км на юго-восток от с. Посольное (10 км вниз по течению Енисея от п.Предивинск), на третьей надпойменной террасе Енисея.

Первый опытный участок представляет естественный сенокос, площадью 3 га.Такой размер участков наиболее характерен для лесных сенокосов.Травяной покров слагают клеверно-разнотравные группировки. Видовой состав насчитывает 42 вида травянистых растений и два вида мхов.Доминантом ценоза является клевер луговой или красный (Trifolium pratense), содоминанты - клевер полевой или белый СТ. repens), Черноголовка обыкновенная (Prunella vulgaris), нивяник обыкновенный (Leucanthemum vulgare), тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium) и хвощ полевой (Equisetum arvense). В вертикальном строении ценоза выделено 4 яруса растительности.

Второй участок, площадью 40 га, является многолетним искусственным сенокосом, на котором подсеяна овсяница луговая (Festuca pratense).Всего здесь выделено 24 вида растений.Они образуют трехъярусный фитоценоз.

На обоих сенокосах исследовалось влияние стен леса, примыкающих к участкам с кшой стороны. На естественном- это сосняк раз-нотравно-зеленомошный, на искусственном - сосняк разнотрав-но-осочковый.Исследования проводились в течение вегетационных периодов 1992-1996 гг., в основном стационарными методами.

Микроклимат изучался по методикам "Гидрометеослужбы", на временных метеопунктах, размещенных на разных расстояниях от стен леса (от 5 до 60 м).В качестве контроля использовались данные, полученные на сенокосах вне зон влияния леса, а также под пологом леса, на расстоянии 30 м вглубь от его кромки.

При изучении фитоценозов применялись методики Л.Г. Раменско-го, 1938, 1971; Т.Н. Вуториной, 1963; А.И. Василевича, 1969, Н. Ellenberg , 1950 и др.Модельные площадки размерам 1 м2 располагались вдоль трансект, рендомизированно, с интервалом 5 м и характеризовали наиболее типичные по качественно-количественному составу травостоя части сенокоса.

Качество сена определялось по бонитировочной шкале И.В.Ларина (Ларин и др., 1990) и по ГОСТ 4808-87, химический состав -спектральным анализом.

Примыкающие к сенокосам древостой таксировались в соответствии с Инструкцией по проведению лесоустроительных работ (1995).

При изучении структуры, объемной массы, температуры и влажности почв использовались общепринятые методы (Вадюнина, Корчагина, 1973, 1986). Обменные катионы, кислотность и общий гумус почв определялись спектральным анализом образцов в центральной аналитической лаборатории КрасГАУ на компьютеризированной инфракрасной аналитической системе PSCO/ISI IBM-PC 4250.

Статистическая обработка массовых данных проводилась по Б.А.Доспехову (1985) и М.Л. Дворецкому (1951), в вычислительном центре КрасГАУ.

ГЛАВА III СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

В структуре растительного покрова Земли доминирующая роль принадлежит лесам, масса органического вещества которых превышает массу органического вещества травянистой растительности в 5-10 раз (В.В.Протопопов, 1975). В соответствии с этим леса оказывают большое и разнообразное влияние как непосредственно на занимаемые ими участки земной поверхности и атмосферы, . так и на прилегающие пространства, в т.ч. и на сельскохозяйственные территории.

Многие стороны полезного влияния лесов на окружающую среду в той или иной мере изучены отечественными и зарубежными учеными (Тольский А.П., 1903, 1938; Нестеров Н.С., 1908; Оболенский В.Н., 1926; Рутковский В.И., 1936, 1948, 1956; Селянинов Г.Т., 1937; Фальковский П.Н., 1939; Рихтер Г.Д., 1945; Молчанов A.A., 1947, 1960, 1968, 1973; Костин С.И., 1948; Высоцкий Г.Н., 1950; Дроздов O.A., 1950;Калинин Г.П., 1950; Саложникова С.А., 195О; Архипова Е.П., 1954; Протопопов В.В., 1959а, 19596, 1962,1970,1975,

1983; Гейгер Р., 1960; Рахманов В.В., 1962; 1984; Чубинский С.М., 1965; Васильев П.В., 1974; Паулюкявичус Г.Б., 1978, 1989; Исаченко А.Г., 1980; Ратае Р.Ф.,1980; Воронков,1984; Грибов, 1996 и ДР.).

В настоящее время площади сельскохозяйственных территорий Сибири прирастают за счет лесов подзоны южной тайги.В связи с этим пашни, сенокосы и пастбища перемежаются различными по структуре и размерам (а, следовательно, и по средообразующей роли) участками массивной тайги.Находясь в непосредственном контакте эти две экосистемы (лес-поле) оказывают друг на друга влияние, отражающееся как на их структуре и строении, так и на многообразных функциях, в том числе и на продукционном процессе. Поэтому экологическая оптимизация агроландшафта, в том числе и повышение продуктивности всех его компонентов, является жизненно важным направлением исследований, обеспечивающим их актуальность для народного хозяйства (Вудрюнас, 1971; Эрингис, 1964, 1975; Эрингис и др., 1968, 1971, 1973, 1975; Пакальнис, 1971, 1975; Пакальнис и др., 1969, 1973, 1975; Паулюкявичус, 1969, 1972; Вумблаускис, 1973; Исаченко, 1980; Кайрокштис, 1982, Ратае, 19786, 1979; Паулюкявичус, 1989; Вис1г1ипа5, 1967, РеЬгиПз. 1977).

Следует отметить, что по отдельным аспектам влияния леса на прилегающие сельскохозяйственные территории имеются многочисленные публикации, которые касаются, в основном, европейской части бывшего СССР. В Сибири эти вопросы остаются слабоизученными.

ГЛАВА IV

ВЛИЯНИЕ ЛЕСА НА МИКРОКЛИМАТ ПРИЛЕГАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЙ

Анализ полученных данных позволил установить, что расстояние от ближайшей стены леса при прочих равных условиях оказывает заметное влияние на температурный режим сенокосов.Чем дальше от кромки леса проводились измерения, тем выше была средняя температура воздуха; наиболее стабильные температурные условия зафиксированы на расстоянии 5 м от стен леса.Колебания температур здесь минимальные, как у поверхности почвы, так и на высоте 30 см.В целом, в пятиметровой зоне вдоль стены леса наблюдается наиболее прохладный микроклимат.Под пологом леса в периоды проведения наблюдений температура устанавливалась всегда выше, чем в приопушеч-ной пятиметровой полосе, но ниже, чем на сенокосе.

Поздневесенний заморозок на небольшом естественном сенокосе был почти в три раза слабее и короче, чем на открытом пространстве большого искусственного сенокоса. Близость леса оказывала влияние на величину и продолжительность заморозка. Если на расстоянии 15 м от леса отмечался заморозок -3°С, то в 40 м от леса он достигал -3,5°, а в 5 м от леса и в лесу температура даже не опускалась до 0°.

Близость леса оказывает значительное влияние на дневной ход относительной влажности воздуха сенокосов.График изменения влажности в лесу наиболее плавный, с наименьшей амплитудой колебаний. По мере удаления от леса амплитуда колебаний влажности увеличивается, перепады между ее значениями возрастают.В утренние часы из-за обильной росы на траве сенокоса показатели относительной влажности воздуха отличаются от контроля незначительно, но по мере прогревания воздуха влажность на поле убывает быстрее, чем под пологом леса, и в течение всего остального светового дня относительная влажность на сенокосах оказывается значительно ниже.

На естественном сенокосе во все периоды проведения наблюдений влажность воздуха была выше,чем на искусственном, в среднем на 8%, что наложило свой отпечаток на формирование травостоя.На естественном сенокосе, даже в засушливый (1993) год наблюдений трава не пострадала, тогда как в центральной части искусственного сенокоса "сгорела".

Юисная стена леса способствовала формированию сходных условий освещения сенокосов.Благодаря более интенсивной освещенности центральных частей, растения на них быстрее проходят физиологические фазы развития, раньше вступают в цветение и плодоношение, чем растения экотонной полосы.

Решающими факторами в распределении и перераспределении жидких и твердых атмосферных осадков оказались расстояние до стен леса и ветер.На открытом пространстве искусственного сенокоса ветер сильнее, поэтому осадки переносятся на большее расстояние. Влияние леса на жидкие осадки достаточно четко прослеживается на полосе шириной до 30 м.Наибольшее количество осадков по сравнению с контролем выпало на искусственном сенокосе, в 15 м от стены леса, а на естественном - в 5 м.Под пологом леса, примыкающего к искусственному сенокосу, осадков выпало на 5% меньше, чем на контроле естественного сенокоса.Это объясняется различиями це-нотических особенностей контрольных участков, в том числе их го-

ризонтального и вертикального строения.

Минимальная толщина снежного покрова отмечена под пологом леса.В центре сенокосов она одинакова, отличия возрастают по мере приближения к лесу, при этом плотность снежного покрова варьирует несущественно (от 5 до 10%). Определение потенциальных запасов влаги в толще снега показывает, что меньше всего влаги получает лес (контроль), искусственный сенокос на 17% больше, а естественный - на 25%. Распределение влаги по территории искусственного сенокоса менее равномерное и колеблется в зависимости от расстояния до стены леса в пределах 4 - 33% по сравнению с контролем.

Таким образом, в полосе контакта лесной и сенокосной экосистем устанавливается зона переходного микроклимата, в которой распределение климатических показателей зависит от расстояния до стен леса.

Результаты корреляционного анализа позволяют сделать вывод, что наиболее существенное влияние оказывает лес на распределение твердых осадков, а также на температуру воздуха и корнеобитаемого слоя почвы. Наиболее четко это влияние прослеживается на искусственном сенокосе, где коэффициенты корреляции по высоте снежного покрова, его плотности и запасам влаги составляли соответственно 0,94; 0,53; 0,76. На естественном сенокосе эти связи были примерно в два раза слабее и прослеживались менее четко.

Зависимость температуры воздуха от расстояния до стен леса характеризовалась умеренной связью, причем на естественном сенокосе более тесная связь (г=0,57) прослеживалась в начале вегетационного периода, а на искусственном (г=0,64) - в конце.

ГЛАВА V

ВЛИЯНИЕ ЛЕСА НА ЭДАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ СЕНОКОСОВ

Как показали исследования, оба изучаемых сенокоса и прилегающие к ним лесные участки расположены на серых лесных среднеопод-золенных почвах. Особенности их морфологии обусловлены характером растительного покрова, материнскими породами и хозяйственной деятельностью человека. Структура почв комковато-зернистая, что обеспечивает оптимальные условия водного, воздушного и теплового режима, т.е. эти почвы можно отнести к агрономически ценным.

Наиболее существенные различия наблюдаются в верхних почвенных горизонтах.В частности, под пологом леса верхний горизонт

представлен лесной подстилкой (т.е. органо-минеральный), а в почвах сенокосов - дерновым гумусовым горизонтом, который на естественном сенокосе оказался более мощным. В строении почвенного профиля искусственного сенокоса выделяется плужная подошва, расположенная на глубине вспашки.

Имеющиеся различия в макроструктуре почв связаны с процессом хозяйственного использования участков. Почвы естественного сенокоса отличаются лучшей оструктуренностью, т.к. здесь, в отличие от искусственного сенокоса, не используются сельскохозяйственные машины, а сено скашивается вручную. Коэффициенты структурности и водопрочности почв естественного сенокоса почти в два раза выше, чем искусственного (соответственно 4.63 и 539,44 против 2,05 и 285,10). Низкая водопрочность почв искусственного сенокоса свидетельствует о пониженной устойчивости к водной эрозии и необходимости применения обработки, препятствующей развитию этого процесса.

По физико-химическим свойствам почвы изучаемых сенокосов и прилегающих к ним лесных участков очень близки. Некоторые различия наблюдаются в их кислотности, которая имеет наиболее низкие показатели на искусственном сенокосе. В целом лес оказывает влияние на реакцию почв сенокосов в сторону их подкисления. Это может неблагоприятно отразиться на растительности, т.к. большинство ценных кормовых трав предпочитают нейтральные или слабокислые почвы. Дальнейшее повышение кислотности может привести к смене ботанической структуры растительного покрова в сторону преобладания сорных видов.

Анализ корреляционных связей между расстоянием до стены леса и физико-химическими свойствами почв выявил, что на обоих сенокосах лес умеренно влияет на содержание гумуса (г=0,4б; г=0,33) и значительно - на реакцию среды (г=0,57; г=0,69). На естественном сенокосе существенная связь отмечена между расстоянием до опушки леса и рН солевой вытяжки (г=0,70); на искусственном такая связь практически отсутствует.

При исследовании изменений физических свойств почв и содержания химических веществ с глубиной, установлена высокая степень корреляции между глубиной и запасом вещества в почве. Например, запасы гумуса на всех изучаемых объектах связаны с глубиной тесной связью, приближающейся к функциональной (г=0,91; г=0,92; г=0,94). На сенокосах рН НеО и рН КС1 почв также тесно связаны с

Таблица 1

Показатели питательной ценности трав, % на абсолютно сухую массу (числитель - естественный сенокос, знаменатель - искусственный)

Расстояние до леса Нитраты Крахмал Каротин, мг/кг Протеин Сахар Клетчатка Жир Витамин мг\кг

1 2 3 4 5 6 7 8 9

ЗЛАКИ

5 271,19 1,24 12,65 7,81 3,35 35,33 2,61 13,71

401,65 1,20 12,85 7,07 3,71 37,22 2,33 21,90

10 271,16 1,24 13,82 7,27 3,34 35,94 1,69 16,48

330,87 1,23 12,53 6,88 3,94 37,37 2,08 20,61

20 341,16 1,26 15,00 8,32 3,30 36,80 1,20 18,50

403,03 1,28 11,40 8,16 3,61 39,21 2,53 24,89

50 - - - - - - - -

214,77 1,09 10,93 5,70 4,03 39,24 2,26 19,21

БОБОВЫЕ

5 316,09 1,12 14,11 15,47 3,21 36,21 2,49 9,27

429,85 1,00 11,32 16,07 3,21 36,96 2,15 14,14

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 288,05 1,17 8,17 13,51 3,47 36,75 2,61 9,08

396,74 1,02 10,57 15,14 3,18 37,07 2,02 15,44

20 268,88 1,10 5,20 13,00 3,50 38,00 2,60 10,88

384,86 1,03 6,46 14,86 3,33 38,43 2,02 14,22

50 - - - - - - - -

304,59 0,98 5,71 14,23 3,57 38,01 1,71 12,95

РАЗ Н 0 Т Р А В Ь Е

5 212,78 0,81 23,63 12,40 2,88 35,74 1,61 9,09

229,66 1,15 17,10 15,16 2,91 34,71 1,66 15,55

10 233,24 0,85 26,10 12,16 2,97 37,02 1,78 5,16

216,80 1,15 17,64 12,47 3,00 33,87 1,71 17,12

20 412,36 0,70 27,10 15,03 2,78 32,12 1,88 2,07

403,28 1,05 18,32 17,18 2,90 38,76 1,74 13,61

50 - - - - - - - -

261,69 1,20 9,90 12,81 3,30 36,82 2,42 19,54

глубиной (г=0,78-0,87), но менее тесно, чем под пологом леса (г=0,93). Степень достоверности почвенных исследований лежит в пределах 95-99Х и значительно превосходит уровень климатических и фитоценотических исследований.

Изучение температурных условий в почвах сенокосов показало, что максимальные амплитуды суточных температур наблюдаются на поверхности почв. Их абсолютные значения увеличиваются по мере удаления от стены леса. На поверхности почвы естественного сенокоса амплитуда колебания температур в среднем на 4,6° выше, чем на контроле, искусственного - на 5,6°. В верхнем Ю-см слое почв естественного сенокоса средние температуры на 2,6° превышают контроль, на искусственном - на 2,9°. Колебания температур в 30-см слое почвы естественного сенокоса превышают аналогичные показатели для контроля весной на 2,0°, летом - на 2,2°, осенью - на 2,4°. На искусственном сенокосе различия с контролем составляют, соответственно, 3,1°; 2,5°; 2,3°С* В целом, колебания температур на искусственном сенокосе примерно в 1,5 раза выше, чем на естественном.

Граница максимальных температур почвы перемещается в зависимости от времени года. Весной на всех глубинах она проходит на расстоянии 50 м от стены леса, летом и осенью приближается до 30-40 м. Абсолютные значения максимальных температур определялись расстоянием до стены леса и всегда были выше на искусственном сенокосе. На разных глубинах максимальные температуры устанавливались в разное время суток: в лесных почвах на глубинах 25 и 30 см к 19.00 часам, а в верхних слоях к 17.00. По мере удаления от стен леса почвы прогревались быстрей, в результате чего максимальные температуры на глубине 30 см устанавливались здесь к 17.00 часам, а в верхних слоях к 15.00.

Анализ корреляционных связей показал, что в начале вегетационного периода с влиянием леса более тесно связаны температурные условия почв на глубине 30 см (для естественного сенокоса г=0,64; для искусственного - г=0,53), в середине и в конце вегетации - в поверхностном Ю-см слое (соответственно, для естественного г=0,85; и г=0,75, для искусственного - г=0,71 и г=0,57). В целом, температура почв естественного сенокоса подвержена более сильному влиянию прилегающих стен леса, чем искусственного.

Таким образом, в почвах естественного сенокоса под влиянием леса формируется температурный режим, более благоприятный для

роста и развития травянистых растений, чем на искусственном.

Исследования режима влажности почв сенокосных угодий проводились в годы с различным количеством осадков, что отразилось на распределении влаги по почвенным горизонтам в течение вегетационных периодов.

Результаты статистической обработки полученных данных свидетельствуют о том, что между расстоянием до стены леса и запасом влаги в почве существует корреляционная связь. Ее теснота колеблется в значительных пределах. Наиболее высокий коэффициент корреляции (г=0,96) получен в весенний период наблюдений на естественном сенокосе. На искусственном сенокосе в это время года отмечено слабое влияние леса на влагозапасы в почве (г=0,22). В середине вегетационного периода эти показатели для обоих сенокосов выравниваются и характеризуют умеренную связь (г=0,54; г=0,50), которая к осени практически исчезает. Направление связи всегда отрицательное, т.е. удаление от стен леса во все времена года вызывает в почвах уменьшение запасов влаги. Поэтому в почвах небольшого по размерам естественного сенокоса влаги всегда больше, чем на искусственном.

В целом, проведенные исследования позволили выявить некоторые тенденции влияния массивной тайги на эдафические условия примыкающих сенокосов.

ГЛАВА VI

ВЛИЯНИЕ ЛЕСА НА СЕНОКОСНЫЕ ШТОЦЕНОЗЫ

Луга - своеобразный тип растительности, существенно отличающийся от всех других типов.Исследователи подчеркивают их молодость и вторичный характер формирования.В качестве основных свойств луговых сообществ приводятся: господство мезофитов в травостое, образование дернины, превышение подземной биомассы над надземной, слабая средообразующая роль, глубокая реакция на изменения среды и др. (Работнов, 1957, 1962, 1965, 1983; Раменский, 1971; Куркин, 1976, Ронгинская, 1988).

Луговые сообщества изучаемого района повсеместно перемежаются участками массивной тайги и постоянно испытывают ее многообразное влияние. В частности, близость леса влияет на распределение травостоя по территории сенокосов.Самая высокая плотность

стояния растений и проективное покрытие (100%) сосредоточены широкой полосой (около 10 м), примыкающей к стене леса.Видовой состав здесь наиболее представителен.В среднем 24 вида растений на 1 м2 на естественном и 9 видов на искусственном сенокосе.Растительный покров составляют злаки с примесью бобовых и разнотравья.

На контрольных площадках под пологом леса рядом с естественным сенокосом насчитывалось 8 видов травянистых растений, вблизи искусственного - 10.

По мере удаления от стен леса из видового состава травянистой растительности постепенно исчезают ценные в питательном отношении мезофильные злаки: Festuka pratensis, Agrostls alba, Bromus inermis, Elytrlgla repens, Phleum pratense, Poa pratensis, Dacty-11s glomerata, Calamagrostis epigeios, Milium effusum и др. , а также гигрофиты: Carex macroura и Juncus compressus, мягкие и сочные стебли которых после высыхания не дают значительного веса. Одновременно появляются новые виды разнотравья, имеющие черты ксероморфности: Echium vulgare. Centaurea skabiosa, Leucanthemum vulgare, Achillea millefolium и др., грубые стебли которых ухудшают качество сена, но увеличивают его массу на единице площади. На естественном сенокосе наибольшая фитомасса отмечена на расстоянии 10 м от стен леса, а на искусственном - в непосредственной близости от него.

Статистический анализ полученных данных показал, что между расстоянием до стены леса и общим количеством видов растений существует корреляционная связь, теснота которой на искусственном сенокосе по годам наблюдений выражается величинами коэффициентов корреляции от 0,5? до 0,86, на естественном - от 0,83 до 0,98.

Стабильность уменьшения видового разнообразия травостоя по мере удаления от стены леса подтверждается также величиной коэффициента Сьеренсена (<1).

Независимо от погодных условий экспериментальных лет, влияние леса на фитомассу сенокосов проявлялось неизменно в сторону ее увеличения.По сравнению с предыдущим период созревания кормовых трав 1993 года был более сухим, что отразилось на общем снижении продуктивности сенокосных угодий.Во влажные 1992 и 1994 гг. теснота связи между расстоянием до стен леса и общей надземной биомассой растительности на обоих сенокосах была средней и различалась незначительно (r=0,34; г=0,46 - на естественном сенокосе, г=0,44; г=0,56 - на искусственном).В 1993 году количество сформи-

решавшейся биомассы находилось в тесной зависимости от удаленности стены леса как на естественном, так и на искусственном сенокосах (коэффициенты корреляции соответственно 0,99 и 0,72).

Корреляционный анализ выявил также тесную связь между участием злаков в общей биомассе естественного сенокоса и удаленностью стены леса (коэффициенты корреляции по годам наблюдений составили: 0,95; 0.96 и 0,95).На искусственном сенокосе эта связь была тесной только в засушливый год наблюдений (г=0,91), во влажные годы она колебалась от слабой до умеренной (г=0,36; г=0,60).При анализе тесноты связи между участием бобовых в составе травостоя и расстоянием до стены леса на обоих сенокосах обнаружена слабая связь в засушливый год наблюдений (г=0,34 и г=0,50), во влажные годы на естественном сенокосе она выражалась г=0,87 и г=0,85, на искусственном г=0,55 и г=0,78.

На естественном сенокосе участие разнотравья в общей биомассе тесно связано с влиянием леса.Эта связь выражается коэффициентами корреляции от 0,96 до 0,98.На искусственном сенокосе существенной связи между этими показателями не обнаружено.

Тем не менее на искусственном сенокосе в засушливый год падение урожайности было менее резким, чем на естественном.Это дает основания сделать заключение о хозяйственной эффективности проведенного мероприятия по улучшению сенокоса - подсеву многолетних трав.По сравнению с естественным сенокосом урожай здесь был выше в среднем в 1,6 раза.

Зколого-ценотический анализ видового состава травостоя позволил установить, что в сложении сенокосных угодий наряду с луговыми принимают участие 33% лесных и лугово-лесных видов, т.е. стены леса являются источником видового разнообразия ценных кормовых трав.

Общепризнанно, что питательность кормов-определяется условиями роста трав (климатическими, эдафическими, и т.д.). Формирование изучаемых фитоценозов происходит в различных экологических условиях. В частности, на естественном сенокосе складывается более мягкий микроклимат.Здесь, независимо от времени года, выше среднедневные температуры воздуха и его относительная влажность, меньше амплитуда колебаний температур в корнеобитаемом слое почвы. Высота снежного покрова меньше, чем на искусственном, но большая плотность снега обеспечивает повышенный запас потенциальной влаги. Отмеченные различия в условиях роста трав влияют на

все основные показатели их питательности: протеин, клетчатку, крахмал, сахар, жир, каротин, витамин С, нитраты (табл. 1).

В группе злаковых трав естественного сенокоса по мере удаления от стен леса увеличивается содержание нитратов, крахмала, каротина, протеина, клетчатки и витамина С, а содержание сахара и жиров соответственно снижается.В группе бобовых повышается содержание клетчатки, сахара, жиров и витамина С, а в группе разнотравья - нитратов, каротина, протеина, Сахаров и жиров.

На искусственном сенокосе в группе злаковых трав с увеличением расстояния до стены леса повышается содержание клетчатки и Сахаров, остальные показатели кормовой ценности снижаются. Аналогичным образом сказывается влияние леса и на кормовой ценности бобовых, а разнотравье характеризуется некоторой потерей каротина и протеина на фоне повышения других показателей питательности сена.

О кормовой ценности растений объективно свидетельствует их поедаемость. В частности, крупный рогатый скот лучше поедает злаки и бобовые, мезофильную и гигрофильную растительность, т.е. сено с естественного сенокоса является предпочитаемым кормом. Злаковое сено с искусственного сенокоса поедается коровами плохо, тем более, что убирается оно поздно, уже загрубевшим.

Как показали исследования, минеральная ценность сена определяется многими факторами, в том числе видовым составом растений, типом почвы, фазой и технологией уборки и др.

Роль леса в формировании химического состава растений и его количественной структуры многообразна и выражается большим диапазоном коэффициентов корреляции Сот 0,99 до 0,11).Содержание Са в различных группах растений практически не связано с влиянием леса, но коэффициенты корреляции, характеризующие эту связь на искусственном сенокосе колеблются от 0,46 (по группе злаков) до 0,11 (по группе бобовых).На естественном сенокосе связи не наблюдалось.

Более существенно влияет лес на содержание Р и Ме в злаках естественного сенокоса (соответственно г=0,99 и г=0,48), а также в бобовых искусственного (соответственно г=0,60 и г=0,68).Содержание серы во всех хозяйственных группах трав подвержено заметному влиянию леса более существенному на естественном сенокосе (г=0,68; г=0,66), менее существенное у злаков искусственного сенокоса (г=0,63).

Близость леса накладывает заметный отпечаток на содержание К в группе злаков естественного сенокоса (г=0,97); содержание С1 и Ыа - в группе бобовых искусственного сенокоса (соответственно г=0,69 и г=0,90).

При определении качества сена по ГОСТу было выявлено, что на естественном сенокосе сено более питательное (табл. 2), несмотря на худший (в кормовом отношении) видовой состав травостоя.

Таблица 2

Определение качества сена по ГОСТ 4808-87

Наименование показателя Нормы для сена

сеяного злакового естественных сенокосов

к л а с с ы

1 2 3 1 2 3

Массовая доля в сухом веществе сырого протеина по ГОСТу, не менее: 13 10 8 11 9 7

по наблюдениям: - 11 - 12 - -

Питательность 1 кг сухого вещества: обменной энер гии, МДж\кг, не менее: 8,9 8,5 8,2 8,9 8.5 7,9

по наблюдениям: 7,9 8,2

или кормовых единиц, не менее:

0,64 0,58 0,54 0,64 0,58 0,50

по наблюдениям: 0,50 0,54

Снижение качества сена на искусственном сенокосе вызвано повышенным содержанием клетчатки.Улучшить питательную ценность сена можно проводя скашивание трав в более ранние периоды вегетации растений.

Из группы ядовитых и вредных трав в сене естественного сенокоса встречаются лютик едкий и хвощ полевой, а на искусственном сенокосе - хвощ лесной.Однако в современной литературе сведения об этих травах крайне противоречивы и однозначно наличие их в сене не может являться причиной ухудшения его качества.

Необходимо отметить, что на изучаемых сенокосах весной и осенью производится выпас скота.Неравномерное удобрение отражается на показателях химического состава и корректирует зависимости содержания химических веществ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Леса играют существенную роль в формировании и продукционном процессе прилегающих сельскохозяйственных угодий. Их влияние многообразно и зависит не только от характеристик лесного массива (породного состава, строения, структуры), но и от особенностей смежных агроэкосистем. в данном случае - размера сенокосов, степени и характера их освоенности человеком. Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы:

- В результате непосредственного контакта двух экосистем -лесной и сенокоса - между ними устанавливается зона переходного микроклимата. Ширина экотонной полосы зафиксирована в пределах ЗН древостоя. Наиболее резкие изменения микроклиматических показателей отмечены на расстоянии 5 м от стены леса. Лес оказывает смягчающее действие на микроклиматические характеристики сенокосов, создавая более благоприятные условия для роста ценных кормовых трав и обеспечивая прибавку урожая в среднем в 1,3 раза.

- Лесная экосистема выполняет водорегулирующую роль и положительно влияет на гидротермику почв. Она служит источником гумуса. Его содержание в почвах сенокосов уменьшается по мере удаления от стен леса. К отрицательным факторам влияния леса можно отнести дополнительное подкисление почв сенокосов, тогда как большинство ценных кормовых растений предпочитает почвы нейтральные.

- Видовой состав фитоценозов сенокосных угодий сохраняется и обогащается лесной экосистемой. В сложении изучаемых сенокосов, наряду с луговыми, принимают участие 33% лесных и переходных видов растений. На территории экотонной полосы видовой состав фитоценозов в несколько раз представительнее, чем под пологом леса.

Влияние леса обусловливает четкое распределение хозяйственных групп растений по территории сенокосов и влияет на качество сена. Ближе к лесу располагаются мезофильные злаки и бобовые, удаление от его стен приводит к появлению в составе фитоценоза малоценных грубых трав, разнотравья и сорняков. Экологические условия роста, в том числе и влияние стены леса, определяют все ос-

новные показатели питательности растений: протеин, клетчатку, крахмал, сахар, жир, каротин, витамин С, нитраты. От них зависит также содержание в травах химических элементов: Р, Са, Мдг, С1, N3, К, Б.

Питательность сена (в условных кормовых единицах) на естественном сенокосе несколько выше, чем на искусственном. Искусственный сенокос скашивается в более поздние сроки, что приводит к накоплению в сене клетчатки. Повысить качество сена и снизить содержание в нем клетчатки можно проводя более раннее скашивание.

Соседство лесной экосистемы способствует формированию на территории сенокосов комплекса растений, где наряду с видами высокого кормового достоинства присутствуют виды малоценные в кормовом отношении, но способные улучшать у животных аппетит, а также обладающие лекарственным и молокогонным действием.

Таким образом, лесная экосистема при взаимодействии с агроз-косистемой сенокоса выступает как мощный средообразующий фактор, контролирующий продукционный процесс и определяющий продуктивность сенокосных угодий. Экологически устойчивое лесопользование и оптимальная организация агроландшафта с учетом средообразующей роли леса гарантирует стабильную продуктивность агроценозов будущего. Сведения подобного характера, в связи со спецификой сибирского сельскохозяйственного производства могут быть использованы при разработке зональных систем ведения сельского хозяйства и, в частности, при формировании сельскохозяйственного ландшафта.

Проведенные исследования являются лишь первым шагом в решении важной и сложной экономической задачи - повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий с учетом биогеоценотического влияния массивной тайги и требуют дальнейшего продолжения.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1.Титова Е.В.Биогеоценотическое влияние массивной тайги на продуктивность сенокосных угодий//Материалы международной конференции "Эколого-социальные проблемы центральной Сибири (на примере Ангаро- Енисейского региона)", 10-16 августа 1993 г., Лесоси-бирск: 1993, С. 51-53

2.Горбачев В.Н., Титова Е.В.Возможности исполь зования почвенного покрова южной тайги для очагового земледелия//Тез. науч. конф. "Наука - сельскохозяйственному производству", Красноярск:

1993, С. 98 - 99.

3.Титова Е.В.Влияние леса на питательную ценность сена//Ме-тодические аспекты экспериментальной работы в исследованиях агрономического профиля:Материалы регион, науч. конференции, КрасГАУ, Красноярск, 1995, С. 21-22.

4.Титова Е.В.Влияние лесов на прилегающие агроэкосисте-мы//Наука - сельскохозяйственному производству: Тезисы науч. конф., КрасГАУ, Красноярск, 1995, С. 69-71.

5.Титова Е.В.Влияние лесных экосистем на продуктивность сенокосных угодий//Вестник Красноярского государственного аграрного университета, Выпуск 2, Красноярск: КрасГАУ, 1997, С. 50-52

6.Tltova E.V. Sustainable forestry and the development of forests - the quarantee of an inorease In productivity on agricultural lands of the southern taiga//Materlals of international Ecoforestry Workshop, Krasnoyarsk, 19 Sept 1994, p. 81-87.