Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологическая трансформация сорной растительности лесополос в травостои зонального типа методом агростепей

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Экологическая трансформация сорной растительности лесополос в травостои зонального типа методом агростепей"

На правах рукописи

Дудченко Людмила Вадимовна

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ СОРНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ЛЕСОПОЛОС В ТРАВОСТОИ ЗОНАЛЬНОГО ТИПА МЕТОДОМ АГРОСТЕПЕЙ

03.02.08 - экология (биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 4 ФЕВ 2013

005049761

Ростов-на-Дону - 2013

005049761

Работа выполнена в Ставропольском научно-исследовательском институте сельского хозяйства Россельхозакадемии

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Дзыбов Джантемир Сосренович

Официальные оппоненты: Акатов Валерий Владимирович

доктор биологических наук, профессор профессор кафедры экологии и защиты окружающей среды Майкопского государственного технологического университета

Федяева Валентина Васильевна

кандидат биологических наук, доцент,

зав. кафедрой ботаники Южного федерального университета

Защита диссертации состоится 28 февраля 2013 г. в 17.00 на заседании диссертационного совета Д 212.208.32 по биологическим наукам при Южном федеральном университете (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Б.Садовая, 105, ЮФУ, e-mail: denisova777@inbox.ru, факс: (863)263-87-23).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южного федерального университета (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148).

Автореферат разослан « » января 2013 года и размещен в сети Интернет на сайте ЮФУ www.sfedu.ru и на сайте Минобрнауки России www.vak.ed.gov.ru

Ведущая организация:

Ставропольский государственный аграрный университет

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

Денисова Т.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования обусловлена необходимостью подавления сегетальных сорняков и их зарослей в полезащитных лесных полосах биологическим способом, исключающим механические и химические средства борьбы, способствующим оптимизации экологической ситуации и ресурсосбережению в агроландшафтах.

Постоянным функционирующим поставщиком семян и плодов вредных и карантинных сорняков в пашню являются полезащитные лесные полосы. Травяный покров лесополос формируется полностью из пашенных антропофитов - однолетников, двулетников и многолетников, активно плодоносящих и ежегодно засоряющих культурные фитоценозы сплошного и пропашного типа. До настоящего времени борьба с видами и зарослями сорняков проводится техногенными средствами - многократной культивацией или с помощью гербицидов, чреватыми эколого-экономическими издержками.

Исследования показали реальную возможность эффективного подавления сорных видов растений и их группировок в лесополосах биологическим путем - созданием в приземном ярусе агростепного покрова.

Цель и задачи исследования. Цель работы - экологическая трансформация сорной растительности лесополос в травостои зонального типа методом агростепей. Задачи исследования:

1. Провести сравнительный эколого-экономический и природоохранный анализ эффективности борьбы с сорняками лесополос, существующими и новым биологическим способом — агростепным методом.

2. Изучить флористические и фитоценотические показатели сорных травостоев в покрове существующих разновозрастных полезащитных лесополос.

3. Исследовать по годам динамику изменения состава и сложения агростепного проти-восорнякового покрова в двурядной тополевой лесополосе, выявить устойчивость в покрове культурных (сортовых) трав, добавленных в агростепную смесь семян.

4. Разработать предложения производству по использованию оптимальных вариантов подавления сорной растительности биологическим способом - посредством агростепного покрова.

5. Определить основные этапы технологии создания противосорнякового агростепного покрова лесополосы.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Восстановительная сукцессия в существующих покровных травостоях лесополос протекает весьма замедленно, задерживаясь на сорно-разнотравной и корневищных ста-

3

днях, вплоть до времени гибели древостоев из Robinia pseudoacacia, Gleditsia triacan-thos, Fraxinus excelsior, Populus nigra, Armeniaca vulgaris, Elaegnus angustifolius и др., вследствие слабой, разновременной миграции в них семян степных доминантов: Festuca valesiaca, Koeleria cristata, Agropyron pectinatum и других сопутствующих им видов зональной (целинной) флоры.

2. Современные способы борьбы с сорняками лесополос - многократная культивация междурядий в течение пяти-шести лет или обработка гербицидами экологически эффективны лишь в годы их применения, энергозатратны и вредны. После чего сеге-тальная флора вновь возобновляется из их почвенного запаса семян, конкурируя биологически с редкими стихийными мигрантами целинных растений, засоряя ежегодно прилегающие к насаждениям поля сельскохозяйственных культур.

3. Агростепной покров из нескольких десятков видов дикорастущей степной флоры, це-нотически подавляет конкурентно слабые особи сорняков в течение четырех-пяти лет, выполняя в дальнейшем природоохранную роль в агроландшафте. При тщательной предпосевной подготовке почвы эффективность биологической борьбы с сорняками агростепным покровом может быть достигнута в течение трех лет.

Объект и предмет исследований представлены в главе 3.

Научная новизна работы. Впервые разработан и предложен биологический способ ускоренного подавления полевых сорняков и их зарослей в лесных полосах путем создания самоподдерживающегося, долголетнего агростепного покрова, отличающегося высокой эко-лого-экономической эффективностью.

Практическая ценность работы. Агростепной метод борьбы с сорной флорой и ее группировками под лесными полосами может заменить традиционные агротехнические и химические способы с экономией средств на сумму от 5 до 22 тыс. руб./га. Толерантная против огня и долголетняя агростепь может функционировать как постоянный противоэрозион-ный фактор в агроландшафте, и даже в случае гибели деревьев и кустарников лесополосы от старения или пожаров. Очевидна также экологическая, природоохранная значимость данного биологического метода, реализация которого на практике повысит биологизацию агроланд-шафтов, оптимизирует среду обитания животного мира, включая редкие виды растений, полезную энтомофауну и наземно гнездящуюся орнитофауну.

Личный вклад автора. В течение 6 лет осуществлены свыше 17 геоботанических экспедиций в 4 географические зоны Центрального Предкавказья и изучены флористические и фитоценотические показатели сорных травостоев в покрове разновозрастных полезащитных лесополос. Учеты, наблюдения и анализ результатов исследований растительного покрова в экспериментальной полезащитной лесополосе выполнены лично автором в динамике в те-

4

чение 5 лет. Тема, цель, задачи, объекты, методы определены автором совместно с научным руководителем.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях и совещаниях: Межрегиональной научной конференции «О состоянии и перспективах развития особо охраняемых природных территорий и проблеме деградации (опустынивания) земель», ст. Вешенская (2005). "Экологические аспекты развития растительных сообществ в Ботанических садах ЮФО", Краснодар (2008), международной научной конференции "Теоретические и прикладные проблемы использования, сохранения и восстановления биологического разнообразия травяных экосистем", Михайловск (2010 г.), на ежегодных отчетных сессиях Ставропольского НИИСХ Россельхозакадемии, г. Михайловск (2006-2011 гг.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 работ, в том числе 4 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК для защиты кандидатских и докторских диссертаций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 162 страницах. Состоит из введения, 5 глав, выводов и рекомендаций производству, списка литературы. Содержит 24 таблицы, 25 рисунков и 8 приложений. Список литературы содержит 122 источника, в том числе 6 на иностранных языках.

Конкурсная поддержка исследования. Данное исследование является частью тематического плана научно-исследовательских работ ГНУ Ставропольского научно-исследовательского института сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук, задание 04.017.03.01, регистрационный номер 15070.5025003468.06.8.003.3.

Благодарности. Автор выражает свою признательность и благодарность за помощь в постановке задач и обсуждении полученных результатов своему научному руководителю -д.б.н., профессору Дзыбову Джантемиру Сосреновичу, сотрудникам отдела полевого и лугового кормопроизводства, лаборатории агропочвоведения, лаборатории агрохимии и лаборатории обработки почв ГНУ Ставропольского НИИСХ в проведении исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ

Степное лесоразведение, начатое при Петре I более 300 лет назад, ставило целью смягчить последствия засухи и суховеев, часто повторяющиеся в южных губерниях России и наносившие значительный урон урожаю сельскохозяйственных культур. К настоящему времени в стране сложилась устойчивая система полезащитных лесных полос. Борьба с сорняками

5

в процессе формирования лесонасаждений стала при этом актуальной проблемой. Сорные растения опережают в росте и развитии молодые особи деревьев и кустарников, становясь постоянными конкурентами за влагу и элементы питания, засоряя ежегодно окружающие поля в течение всего периода функционирования древостоев.

В настоящее время борьба с сорняками ведется большей частью культивацией и с помощью гербицидов и нельзя признать эту систему особо продвинувшейся. Как и 60 лет тому назад операцию механизированной обработки междурядий и закраек лесополос осуществляют культивацией междурядий в сочетании с частичной ручной прополкой в рядах деревьев и кустарников. С биологической точки зрения механизацию уходных работ нельзя считать безупречной, так как при этом нередки массовые повреждения стволовой части, а иногда и корневой системы сеянцев и саженцев. Химический вид ухода стал пропагандироваться и применяться в основном с начала 70-х годов XX века. Не отрицая истребительной значимости гербицидов, следует указать и на некоторые существенные отрицательные последствия их применения, такие как: экологический вред, наносимый окружающей среде; вред, наносимый полезной энтомофауне и человеку; нарушается экологическая чистота сельхозкультур на прилегающих к насаждениям полей; не исключалается гибель самих древесных растений. В этом способе указанные негативные свойства сохраняются и в настоящее время;

В итоге эти приемы проводятся в течение первых пяти-шести лет жизни лесополос, что обусловливает существенные экономические и экологические издержки, при этом сорняки, после прекращения уходных работ, активно возобновляются.

ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ

Ставропольская возвышенность, в пределах которой осуществлено данное исследование, является базовой ландшафтной единицей в регионе. Она расположена в центральной и западной частях края и вытянута в направлении, параллельном Главному Кавказскому хребту. Она отличается разнообразием горных, почвообразующих пород и ярусностью строения рельефа, неоднородным растительным и почвенным покровом. Территория экспериментального участка на полигоне «Агроландшафт» находится в зоне неустойчивого увлажнения, его почвенный покров представлен обыкновенным черноземом, частично деградированным, вследствие дефляции и водной эрозии.

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Данное исследование предваряется материалами экспедиционного геоботанического

обследования в растительных зонах Ставропольского края - полупустыне, сухой, разнотрав-

6

но-дерновиннозлаковой степи с целью изучения особенностей приземного покрова разновозрастных лесополос, получения сравнительных данных по их флоре и группировкам. Выявлено, что травяный покров полезащитных лесных полос формируется и функционирует под пологом древесных: Acerplatanoides*, Acer tataricum, Armeniaca vulgaris, Elaegnus orientalis, Fraxinus excelsior, Gleditsia triacanthos, Populus nigra, Robinia pseudoacacia на долю которых приходится до 70-80 %. Второй древесный ярус создается кустарниками: Amorpha fru-ticosa, Caragana frutex, Cotinus coggygria. Lonicera tatarica, Salix caspica, Salix purpurea, Swida australis и некоторыми др.

Экспериментальная часть работы выполнена на опытном полигоне "Агроландшафт" Ставропольского научно-исследовательского института Российской академии сельскохозяйственных наук. Территория полигона находится в зоне неустойчивого увлажнения, его почвенный покров представлен обыкновенным черноземом, частично деградированным, вследствие дефляции и водной эрозии. Мощность почвенного покрова опытного участка 71 см, содержание гумуса в слое 0-30 см - 3,7 %, запас К2 О в пределах почвенного профиля 246,7 мг/кг, Рг 05- 11,3 мг/кг, среда слабо щелочная (pH =8).

Объект опыта - двурядная лесополоса в возрасте двух лет из тополя черного - Populus nigra. Высота особей саженцев в момент закладки опыта (19.04.06 г.) равнялась, в среднем, 2,7 м. Ширина междурядий лесополосы и, соответственно, делянок - 2,5 м, длина делянок -9 м, повторность четырехкратная. Общая площадь варианта 90 м2, опыта в целом 450 м2. Посевной материал вносился вручную поверхностным разбрасыванием смеси семян по вариантам с последующим прикатыванием [Основы систем земледелия..., 2005]. Опыт включал пять вариантов:

1. Самозарастание (контроль)

2. Агростепь (контроль)

3. Культурные травы

4. Агростепь + культурные травы

5. Агростепь + редкие виды

Расположение делянок в пространстве систематическое. Графическая схема опыта по Доспехову (1985):

12345 12345 12345 12345 В данном исследовании были проведены следующие учеты и наблюдения:

1. Геоботаническое описание видового богатства травостоев разного состава и сложения: целинных, залежного типа под лесополосами, экспериментальных - на

*) Латинские названия растений -по С.К. Черепанову (1995)

площадках 100 и 0,25 м2 проводились с уметом всей флоры (списочно) с обозначением обилия каждого вида растения по шкале О. Друде [Ярошенко, 1969; Лавренко, 1951; Миркин, 1985; Работнов, 1987];

2. Определение проективного и истинного покрытия [Дзыбов, 1979];

3. Ботанический весовой анализ травостоя [Методика опытных работ..., 1961];

4. Описания разрезов и лабораторные анализы почв [Рекомендации по методике проведения наблюдений ..., 1973];

5. Таксационные замеры модельных деревьев тополя черного- Populus nigra [Чернышева, 1972; Анучин, 1982];

6. Изучение сорной флоры и ее группировок в пределах лесополосы [Дзыбов, 1986].

7. Методика степного противосорнякового покрова в двурядной тополевой лесополосе, которая включает: 1) подготовку почвы междурядий лесополосы обычными способами; 2) заготовку степной посевной травосмеси среди целины-донора, которая осуществляется комбайнированием; 3) поверхностным посевом агростепной травосмеси по взрыхленной почве; 4) боронованием, с целью равномерного распределения семян в междурядье лесополосы и прикатыванием посева для усиления контакта семян с почвой (Дзыбов, 2001).

Для выполнения исследований были применены три метода: стационарный, экспедиционный и камеральный. Полученные данные обрабатывались статистически [Доспехов, 1979,1985; Ушкаренко, 1988] при помощи компьютерных программ Statistica, CXSTAT.

ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ СТИХИЙНОЙ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ СУКЦЕССИИ (ДЕМУТАЦИИ) ТРАВЯНОГО ПОКРОВА ЛЕСОПОЛОС В РАЗЛИЧНЫХ ПРИРОДНЫХ ЗОНАХ ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРЕДКАВКАЗЬЯ

Выявлены черты отличия стихийной восстановительной сукцессии (демутации) на открытой залежи и в травяных покровах под разновозрастными лесополосами. Демутационный процесс на открытой залежи протекает в условиях максимальной освещенности и относительной свободы доступа семян и плодов из близлежащих целинно-степных экосистем. Исходная стадия сукцессии при этом начинается с прорастания зачатков большого разнообразия агрессивных сегетальных сорняков из их почвенного запаса [Миркин, Розенберг,1978; Дзыбов, 2010]. На этой стадии наиболее характерны пашенные сорняки с обилием Soc -Сор:

Ajliga genevensis- Echinochloa crusgalii-

Живучка женевская Куриное просо обыкновенное

Ambrosia artemisiifolia- Echium vulgare-

Амброзия полыннолистная Синяк обыкновенный

Anisantha tectorum Fumaria schleicheri-

Анизанта кровельная Дымянка Шлейхера

Capsella bursa-pastoris- Hypericum perforatum-

Пастушья сумка Зверобой продырявленный

Centaurea cyanus- Lactuca serriola-

Василек синий Латук компасный

Chenopodium album- Lamium purpureum-

Марь белая Яснотка пурпурная

Chorispora tenella- Papaver dubium-

Хориспора нежная Мак сомнительный

Cirsium incanum- Portulaca oleracea-

Бодяк седой Портулак овощной

Convolvulus arvensis- Senecio vernalis-

Вьюнок полевой Крестовник весенний

Лишь к 30-45 годам демутации растительность на открытой залежи приобретает по флористическому составу и сложению черты, сходные с зональной степью, включая с обилием Бос - Сор виды:

Amoria ambigua-

Клевер сходный

Bromopsis riparia-

Кострец береговой

Centaurea orientalis-

Василек восточный

Dianthus ruprechtii-

Гвоздика Рупрехта

Festuca rupicola-

Овсяница скальная

Festuca valesiaca-

Овсяница валлисская

Phlomoides tuberosa-

Фломоидес (Зопник) клубненосный

Onobrychis arenaria-Эспарцет песчаный Poterium polygamum-Черноголовник многбрачный Securigera varia-Вязель пестрый Thalictrum minus-Василистник малый Tragopogon dasyrhynchus-Козлобородник опушенноносый Trifolium medium-Клевер средний Trifolium pretense-Кпевер луговой

Galium ruthenicum-Подмаренник русский Geranium sanguineum-Герань кровяно-красная Koeleria cristata-Келерия стройная

Veronica teucrium-Вероника широколистная Veronica spicata-Вероника колосистая Vicia tenuifolia-Горошек тонколистный

К 60-85 годам демутации открытая залежная экосистема становится трудно отличимой от целины. О том, что это все же залежь - свидетельствует присутствие в покрове конкурентно сильных видов антропофитов: Artemisia austriaca, Melilotus officinalis. Salvia tescqui-cola, Salvia verticillata, Securigera varia, Vicia angustifolia и некоторые другие.

Экотоп лесополосы и его приземный, травяный покров функционируют в существенно иных абиотических и биотических условиях: 1) торможения процесса испарения влаги в тени; 2) неоднородности боковой освещенности солнечными лучами; 3) затрудненности смены сорняков последующими волнами диаспор целинных растений в силу барьерной роли древостоев; 4) отсутствия вблизи естественных доноров плодов и семян степных растений, так как лесополосы окружены массивами пашни; 5) ослабленности факторов переноса зачатков степной флоры - ветра, воды и малочисленной фауны - потенциального фактора транспортировки семян и плодов.

Этими причинами обусловлено торможение вторичной восстановительной сукцессии приземного покрова лесополос, по сравнению с открытой залежью. Об этом свидетельствуют, многочисленные материалы геоботанических описаний, полученные в данном исследовании во всех основных природных зонах Центрального Предкавказья. Выявлено, что в разновозрастных лесополосах в возрасте 40-60 и более лет восстановительный процесс протекает лишь до пырейной стадии из Elytrigia repens.

В 10 пунктах были проведены геоботанические описания покрова разновозрастных полезащитных лесонасаждений. Укажем флористические и ценотические особенности естественной демутации приземного травостоя разновозрастных лесополос в двух пунктах Арз-гирского района (п.п. 3-4).

В покрове 30-летней лесополосы преобладали исключительно сорняки: Anisantha tecto-rum, Cannabis ruderalis, Centaurea diffusa, Galium aparine и др. В целом же в обоих пунктах приземный ярус травостоя на 95 % состоял из сорняков и лишь один вид - Роа angustifolia, который будучи ползуче-корневищным чаще тяготеет к нарушенным местообитаниям, представлял степную флору. В пункте 3 выявлен Cannabis ruderalis с высоким обилием, опасным для здоровья людей.

Травяный ярус лесополосы, описанный в пункте 4 лесополосы, сформировавшийся в течение 40 лет, состоит в основном из сорных видов. Покров находился на пырейной стадии (Elytrigia repens) и имел покрытие поверхности почвы: проективное 100 %, истинное - 5,1 %, асс. Elytrigia repens+ Galium aparine+ Poa angustifolia, 1 яр. покрова. - 75 см, 2 яр. - 50, 3 яр. - 15 см. Флора покрова 30-ти и 40-летних лесополос почти полностью состоит из пашенных сорняков - стадии начального этапа демутации (табл. 1).

Таблица 1

Состав и обилие травяных видов в покрове разновозрастных лесополос из Gleditsia triacan-thos. Robiniapseudoacasia, Caraganafrutex в полупустынной зоне на 100 м2 учетной площади

Виды Пункт 3 19.06 Пункт 4 18.06 сорные степные

обилие фено-фаза обилие фено-фаза

1 2 3 4 5 6 7

Злаки

Anisantha tectorum сорЗ пл - - + -

Bromus secalinus sp2 кол - - + -

Elytrigia repens - - SOC цв + -

Poa angustifolia - - sp3 пл - +

Бобовые - - - - - -

Vicia villosa - - sp3 отцв + -

Разнотравье - - - - - -

Alcea rugosa - - spl бут + -

Calystegia sepium - - sp3 вег + -

Cannabis ruderalis сорЗ цв - - + -

Capsella bursa-pastoris - - sol пл + -

Centaurea diffusa sp3 бут - - + -

Chenopodium álbum sp2 вег sol вег +

Chenopodium hybridum spl вег - - + -

Consolida regalis spl отцв - - + -

Convolvulus arvensis sp3 цв sp2 ЦВ +

Galium aparine cop2 пл сорЗ пл +

Lactuca serriola sp2 бут - - + -

Lamium amplexicaule sp3 вег - - + -

Продолжение таблицы

1 2 3 4 5 6 7

Onopordon acanthium sp2 бут - — + —

Polygonum aviculare sp3 бут - — + -

Salvia aethiopis sp2 бут - — + -

Всего видов 20 14 9 19 1

Пункт 3 Лесополоса из Robinia pseudoacacia (19.06.2009).

Расстояние в ряду — 0,6 м Полнота 0,5 Высота - 8,5 м

Освещенность покрова - 50 % Ветвление с высоты - 1,3 м Диаметр на высоте 130 см - 20-27 см Проективное покрытие 100 %. асс. Anisantha tectorum + Cannabis ruderalis + Galium aparine. I яр. - 130 см, 2 яр. - 60 см.

Возраст — 30 лет Ориентация — СЮ Полоса - трехрядная Порода - Robinia pseudoacacia Ширина полосы -12 м Междурядье - 3,5 м

Пункт 4 Лесополоса из Robinia pseudoacacia, Gleditsia triacanthos, Caragana frutex (18.06.2009).

Возраст - 40 лет Ориентация - ВЗ Полоса - трехрядная асс. Robinia pseudoacacia+ Gleditsia triacanthos+ Caragana frutex Ширина полосы -12 м Междурядье -3 м Расстояние в ряду — 0,8 м

Полнота - 0,5 Высота древостоя: 1 яр. - 8 м, 2 яр. - 6, 3 яр. -5 м Освещенность покрова - 50 % Ветвление с высоты - 0,7 м Диаметр на высоте 130 см: Robinia pseudoacasia - 6-10 см, Gleditsia triacanthos - 35-40 см Caragana frutex - 8 см

Исследования показали, что, несмотря на несходство абиотических условий, разнообразие пород деревьев и кустарников, традиционно используемых для создания полезащитных лесных полос (Acer platanoides, Fraxinus excelsior, Gleditsia triacanthos, Populus nigra,

Quercus robur, Robinia pseudoacacia) и многих других, демутационный процесс в травяном

12

покрове во всех почвенно-растительных зонах Центрального Предкавказья протекает сходно:

1) вплоть до старения и гибели древесных, травостой под ними остается сорным; 2) флористическое сходство приземных покровов между пунктами исследования в пределах одной природной зоны всегда низкое - не превышает 32 %, что свидетельствует в значительном видовом разнообразии антропофитов; 3) сорные травы в покрове, в течение всего периода жизни древесных, оказываются донорами семян и плодов - засорителей посевов сельхозкультур, включая злостные и даже карантинные, опасные для здоровья человека, виды: Ambrosia artemisiifolia, Anisantha tectorum, Bromus japonicus, Cannabis ruderalis, Centaurea cya-nus. Centaurea diffusa, Cirsium incanum, Convolvulus arvensis, Elytrigia repens, Galium aparine и др.

Таким образом, существующие способы истребления сегетальных сорняков в лесополосах не в полной мере решают данную проблему, хотя и продолжается их широкое применение лесхозами. Между тем идея биологического способа подавления антропофитов в агро-ландшафте вообще и под насаждениями в частности, оставаясь наиболее эффективной, требует проведения соответствующих экспериментальных работ.

ГЛАВА 5 ПОДАВЛЕНИЕ СОРНЯКОВ И ИХ ГРУППИРОВОК ПОД ТОПОЛЕВОЙ ЛЕСОПОЛОСОЙ МЕТОДОМ АГРОСТЕПЕЙ

5.1 Флоро-ценотические и конкурентные особенности агростепного ценоза

Полевой эксперимент по созданию противосорнякового покрова был заложен в молодой двурядной тополевой лесополосе на экспериментальном полигоне "Агроландшафт" Ставропольского научно-исследовательского института Россельхозакадемии.

Опыт включал варианты:

1. Самозарастание (контроль)

2. Агростепь

3. Культурные травы (эспарцет песчаный + клевер луговой сорт Наследник + овсяница луговая Ставропольская 20 + кострец безостый Ставропольский 31)

4. Агростепь + культурные травы

5. Агростепь + редкие виды (ковыль красивейший, ковыль узколистный, пион тонколи-

стный, горицвет весенний, ирис низкий, ирис ненастоящий)

Данная схема эксперимента была предназначена для выявления эффективности разных типов фитоценозов в конкурентном подавлении сорной флоры под молодой лесополосой, в

13

сравнении с традиционным самозарастанием, имеющем место в настоящее время во всех регионах России. Вместе с тем ставилась задача - ввести под древесный полог, наряду с агро-степью, вариант с редкими видами растений дикорастущей флоры для биологизации и охраны редких растений под пологом древостоя, а также обычный агроценоз из сортовых многолетних трав, как для возможного получения хозяйственно - ценной продукции сена, так и для подавления сорной растительности.

В год закладки опыта особи Populus nigra характеризовались рядом таксономических параметров. Замеры, проведенные в середине лета, показали, что высота модельных деревьев (w-ЗО) колебалась незначительно - от 2,6 до 2,9. Донор многовидовой степной посевной травосмеси, для создания агростепного покрова под лесополосой, был представлен ассоциацией: Festuca valesiaca + Bromopsis riparia + "разнотравье".

Флористическое богатство этого исходного семенника на 100 м2 учетной площади равнялось 47 видам, в том числе: злаков и осок - 9(19,1 %), бобовых - 3(6,4), "разнотравье"-35(74,5 %). Спектр жизненных циклов был представлен многолетниками - 41 вид (87,2 %), двулетниками - 3(6,4), однолетниками - 3 (6,4%). Рассмотрим результаты исследования в первый и пятый годы жизни покрова, контрастные по основным показателям.

В первый год жизни покровные травостои в вариантах были представлены следующими группировками. В первый год жизни растительные сообщества характеризовались господством сегетальных сорняков из их запаса в бывшей пашне. Из всех участков сорняками был наиболее богат вариант "Самозарастание". Во всех остальных, наряду с сорняками, присутствовали в фазе вегетации и некоторые виды зональной степи (табл. 2).

Флористическая насыщенность на 0,25 м2 колебалась по вариантам от 6 до 13 видов. Встречаемость, равную 100 % имели во всех вариантах такие злостные сорняки, как: Ambrosia artemisiifolia, Chenopodium album. Convolvulus arvensis и некоторые другие. Во всех вариантах с разным уровнем встречаемости отмечены: Arenaria serpyllifolia, Amaranthus retroflexus, Capsella bursa-pastoris, Conyza canadensis. Echinochloa crusgalli, Setaria pumila и ряд других. Из видов сорняков с минимальной встречаемостью, равной 10-20 %, были выявлены: Avenafatua, Descurainia sophia, Elytrigia repens, Lactuca serriola, Symphytum officinale и другие. Таким образом, особенности видовой насыщенности и встречаемости сорных растений в первый год жизни травяного покрова лесополосы, свидетельствуют о: 1) высоком их биоразнообразии; 2) отсутствии какой-либо упорядоченности в распределении сорняков по вариантам опыта; 3) ограниченной численности "сквозных " для всех вариантов видов растений - антропофитов; 4) низкой ценотической замкнутости травостоев. Результаты исследований показали, что в первый год сживания между собой видов покровного ценоза явно пре-

обладают представители сегетальной флоры, на долю которой приходится 74 %. При этом целинные виды трав занимают 26 % (рис. 1).

Таблица 2

Растительные группировки приземного яруса тополевой лесополосы в первый год жизни

(2006 г.)

Варианты Группировки покрова Ярусность, см Покрытие, %

проективное истинное

1. Самозарастание Ambrosia artemisiifolia+ Amaranthus retroflexas+ Cirsium arvense 1 -60 II-40 III-20 90 2,7±0,2

2. Агростепь Ambrosia artemisiifolia+ Chenopodium álbum + Festuca valesiaca I-50 II-30 70 3,6±0,9

3. Культурные травы Ambrosia artemisiifolia+ Trifolium(copm) + Onobrychis arenaria I-50 II-30 70 5,0±0,4

4. Агростепь+ культурные травы Ambrosia artemisiifolia+ Trifolium(copm.) + Festuca valesiaca I-50 II-30 70 5,4±0,2

5. Агростепь + редкие виды Ambrosia artemisiifolia+ Lactuca serriola+ Poterium polygamum I-50 II-30 70 4,5±0,4

НСРо.5 1,4

сорные степные

Рис. 1. Долевое участие сегетальных и целинно-степных видов растений в первый год сложения ценозов в варианте "Агростепь" (2006 г.)

Пятый год жизни агроэкосистемы характеризовался рядом существенных изменений, как в покровных травостоях, так и древостоя [Дудченко, 2012]. В травяном покрове лесополосы изменения происходили одновременно с изменениями таксационных показателей Рори-lus nigra, особи которого к этому времени достигли высоты 3,7 м и заметно возросшую густоту крон.

По сравнению с предыдущими годами жизни покровов, в варианте "Самозарастание", который оставался сорным и на пятом году жизни, произошла смена двух доминантов: господствующее положение в нем заняли вместо Anisantha tectorum и Ambrosia artemisiifolia— Achillea nobilis и Senecio vernalis, соответственно. Из культурных трав выпал Onobrychis arenaria. В варианте "Агростепь + культурные травы" повысилась злаковость группировки, вместо Galium ruthenicum стала преобладать Festuca pratensis, а в варианте "Агростепь + редкие виды", наоборот, Festuca pratensis сменилась на Galium ruthenicum. Возросла ценоти-ческая замкнутость в варианте "Агростепь", вследствие замены стержнекорневого вида на степной дерновинный злак: Galium ruthenicum на Koeleria cristata.

Увеличились показатели проективного покрытия в агростепных вариантах до 100 %, а истинного покрытия - в пределах 4,3-5,8 %. В вариантах "Самозарастание" и "Культурные травы" эти данные были значительно ниже. Все покровные травостои имели ярусность, равную трем (табл. 3). Следует отметить, что стабилизаторами складывающихся покровных группировок растений на пятом году жизни древесно-степного ценоза, как и на близлежащих зональных целинах является Festuca pratensis. Festuca valesiaca, Galium ruthenicum, Koeleria cristata, Poterium polygamum и др.

Этот факт убеждает в том, что покровные травостои в вариантах с агростепной основой станут наиболее эффективными в подавлении полевых сорняков в лесополосах. Демутаци-онный процесс протекает в сторону сближения агростепных вариантов с исходным целинным семенником - донором, что подтверждается также увеличением доли целинно-степных видов флоры, численность видов которой возросла за пять лет в варианте "Агростепь"- с 26 до 84 % (рис. 2).

Таблица 3

Растительные группировки приземного яруса тополевой лесополосы в пятилетнем возрасте (2010 г.)

Варианты Группировки Ярусность, CM Покрытие, %

проективное истинное

1 .Самозарастание Achillea nobilis + Convolvulus arvensis + Senecio vernalis 1- 80 II - 55 III-30 80 3,1+0,4

2.Агростепь Festuca valesiaca + Galium ruthenicum + Koeleria cristata I -65 11-30 III -15 100 4,4+0,5

3.Культурные травы Bromopsis inermis (сорт.) + Achillea nobilis + Convolvulus arvense I- 150 II-60 III-10 65 2,8±0,2

4.Агростепь+ культурные травы Festuca valesiaca + Galium ruthenicum + Festuca pratensis ! - 120 11-60 III -30 100 4,3±0,7

5. Агростепь + редкие виды Festuca valesiaca + Galium ruthenicum + Poterium polygamum I -65 II -35 III - 15 100 5,8+0,6

НСРо.5 1Л

Рис. 2. Долевое участие сегетальных и целинно - степных видов растений в варианте "Агростепь" в возрасте пяти лет (2010 г.)

К пятому году жизни в агростепном варианте цвели и плодоносили 89 % видов целин-но-степной флоры - гарантия устойчивого функционирования покрова в последующие годы, обеспечения высокой ценотической замкнутости против внедрения сорняков в агростепной покров (табл. 4).

Таблица 4

Феноспекгр видов растений агростепных вариантов

Варианты Феноспектры Всего в генеративной фазе

вег. бут. зацв. цв. отцв. пл.

Агростепь 11,4 6,8 - 20,4 15,9 45,5 88,6

Агростепь + культурные травы 7,9 2,6 - 18,4 13,2 57,9 92,1

Агростепь + редкие виды растений 23,2 4,7 2,3 20,9 11,6 37,3 76,8

В возрастном диапозоне от одного до пяти лет уменьшилась численность видов сорняков. Например, из группы сорных видов, присутствовавших в травяном покрове первого года жизни, к пятому году выпали (были подавлены ценоцидным эффектом агростепи):

Adonis flammea- Centaurea cyanus-

Горицвет правильный Василек восточный

Aegylops cylindrica Consolida regalis-

Эгилопс цилиндрический Живокость великолепная

Alopecurus myosuroides- Conyza canadensis-

Лисохвост мышехвостниковый Кониза нанадская

Alopecurus pratensis- Descurainia sophia

Лисохвост луговой Дескурайния Софии

Alyssum calycinum- Erodium cicutarium

Бурачок чашечный Журавельник цикутовый

Ambrosia artemisiifolia- Erysimum aureum

Амброзия полыннолистная Желтушник золотистый

Anisantha tectorum- Galium aparine-

Анизанта кровельная Подмаренник цепкий

Artemisia scoparia- Lactuca serriola-

Полынь метельчатая Латук компасный

Avena fatua- Lithospermum officinale-

Овсюг пустой Воробейник лекарственный

Barbarea arcuata- Melampyrum arvense-

Сурепка обыкновенная Марьяник полевой

Bromus arvensis- Papaver dubium-

Костер полевой Мак сомнительный

Bromus japonicus-Костер японский

Rumex acetosa-Щавель кислый Rumex euxinus-

Capsella bursa-pastoris-Пастушья сумка

Щавель клубневой

Данный факт - свидетельство возрастающей замкнутости агростепных вариантов в процессе пятилетней демутации, а также конкурентной слабости указанных антропофитов в борьбе за экологические ресурсы с целинно-степной флорой агростепи. Существенный вклад в повышение плотности травостоя при этом внесли дерновины Festuca valesiaca, количество которых в агростепных вариантах колебалось от 60 до 80 шт./0,25 м2, со средним показателем их диаметра, равном 3,8 см. Покров из культурных трав в пятилетнем возрасте вырождается и заменяется сорняками, так как противосорняковая роль травостоев в варианте "Культурные травы" ограничена временем (три-четыре года). Агростепные варианты покрова экспериментальной лесополосы, начиная со второго года жизни, становятся источником пополнения запаса семян степных растений в экотопе древостоя.

5.2. Корневые системы травяных видов и деревьев в двурядной тополевой лесополосе

Изучение корневых систем Populus nigra и травяного покрова траншейным способом выявило, что максимальный объем корней травяных растений сосредоточен в пределах глубины 0-40 см от поверхности почвы, глубже их роль ослабевает. Господство корневой системы Populus nigra начинается с глубины 50 см, то есть корни двух жизненных форм - деревьев и трав в процессе потребления влаги и элементов питания оказываются достаточно разграниченными по вертикали почвенного разреза. Уровень конкуренции между этими двумя жизненными формами растений оказывается минимальной.

В самозарастающих экосистемах конкурентная напряженность остается весьма высокой в течение всей жизни полезащитных насаждений. Производственным лесополосам сопутствуют высокорослые сорные травы, с глубоко проникающими в почву подземными органами (Cirsium incanum, Convolvulus arvensis, Sonchus arvensis), имеющие корни длиной от 2 до 6 м.

5.3. Эколого-экономическая и природоохранная оценка биологического способа борьбы с сорняками лесополос методом агростепей

Почвозащитные лесные полосы в процессе функционирования являются каркасом, стабилизирующим экологическую ситуацию в агроландшафтах.В связи с этим становится целесообразной минимизация необходимых уходных работ, связанных с обработкой междурядий насаждений, применения технических средств в процессе борьбы с сорняками в их приземном ярусе. Необходимость тщательной борьбы с сорняками сопряжена с большими затратами труда и финансовыми издержками, расходуемыми на создание лесонасаждений в целом. Так, на разовую культивацию одного гектара пашни против сорняков требуется 100 руб. В лесополосах в течение сезона необходимо провести пять культиваций, на что затраты составят 500 руб./га. В течение пяти лет на её проведение в расчете на 1 га затрачивается 25 тыс. рублей. Собственно, данная операция за пять лет ее применения далеко не исчерпывает потенциала сорняков в пахотном слое. Опыт применения гербицидов против сорняков в производственных условиях показывает, что на 1 га обрабатываемой территории требуется в среднем 200 руб. в современных ценах при норме 4 л на га и двукратной обработке в сезон. Несложный расчет показывает, что на обработку гербицидами одного га площади лесополосы в течение пяти лет затраты составляют 8 тыс. руб. На первый взгляд подавление сорняков посредством гербицидов может показаться более приемлемым способом в связи с относительно низкими затратами на 1 га, но анализ ситуации свидетельствует о серьёзных последствиях химического загрязнения не только экосистемы лесополосы, но и прилегающей пашни с различными сельскохозяйственными культурами. Более того, каждый случай применения химических обработок в агроландшафте, в том числе и в лесополосах всегда имеет последствием массовую гибель фауны: пернатых, насекомых-опылителей и др. К сожалению, в настоящее время эти издержки лишь констатируются, но каких-либо расчетов, выполненных на системной основе, не существует.

С учетом этого может быть предложен экологически комфортный и экономически целесообразный травостой степного типа - альтернативы длительно существующей сорной растительности в лесонасаждениях, имеющий ряд таких преимуществ:

1. агростепной противосорняковый покров лесополосы закладывается один раз;

2. цена одного га при этом составляет в условиях неустойчивого увлажнения 3 тыс. рублей;

3. новый прием является экологически чистым;

4. методу агростепей не свойственны негативные эколого-экономические черты

приемов культивации и обработки гербицидами сорняков под лесополосами.

20

выводы

1. Вторичная восстановительная сукцессия в покрове 20-60-летних лесополос в полупустыне, сухой, разнотравно-дерновиннозлаковой и луговой степи протекает медленно, задерживаясь к концу жизни насаждений на сорно-"бурьянистой" и корневищной стадиях, флористическое сходство которых с зональными целинами не превышает 32 %, что обусловлено слабым поступлением семян и плодов степных растений под полог древостоев, до конца жизни оставаясь источником зачатков многих сорняков: Ambrosia artemisiifolia L„ Anisantha tectorum (L.) Nevski, Centaurea cyanus £., Cirsium incanum (G.S. Gmel.) Fisch., Elytrigia repens (L.) Nevski и др.

2. Существующие способы борьбы с сорной флорой в лесополосах - культивация междурядий и обработка гербицидами в первые пять лет никогда не достигают ожидаемой цели из-за непродолжительности применения, энергоемки и экологически вредны. После прекращения уходных работ сорняки вновь занимают эконишу приземного яруса, благодаря почвенному запасу их семян, накопленному в предыдущие годы.

3. Варианты покровных травостоев лесополосы первого года жизни в опыте характеризуются господством пашенных сорняков - Amaranthus retroflexus L., Ambrosia artemisiifolia L., Chenopodium album L., Cirsium arvense (L.) Scop., Lactuca serriola L. и др.

4. В возрасте пяти лет агростепные покровные травостои дифференцируются на устойчивые микрогруппировки из видов степной флоры: Bromopsis inermis (Leyss.j Holufc, Centaurea orientalis L., Festuca valesiaca Gaudin, Galium ruthenicum Willd., Onobrychis arenaria (Kit.) DC., Phleum phleoides (L.) Karst., Securigera varia (L.) Lassen, Scabiosa ochroleuca L. и др. Вариант "Самозарастание" при этом полностью состоит из сеге-тальных сорняков - Cirsium incanum. Convolvulus arvensis, Elytrigia repens и др., покров из культурных трав в пятилетнем возрасте деградируется в сорный ценоз залежного типа.

5. Переход от механического и химического приемов борьбы с сорняками лесополос на биологический способ с помощью метода агростепей, способствует оздоровлению фитоландшафтной ситуации, улучшению охраны природы, снижению затрат, что является основанием рекомендовать применение данного, нового способа борьбы с сорняками в полезащитных лесных насаждениях.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Наряду с традиционными способами борьбы с сорной флорой в молодых полезащитных лесополосах целесообразно использовать новое биологическое средство - метод агро-степей, отличающийся экологической комфортностью, высокой экономической и природоохранной значимостью.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Дудченко Л.В. Новый биологический способ борьбы с сорными растениями и их группировками в полезащитных лесных насаждениях //Аграрный вестник Урала. 2010. №4(70). С. 78-81.

2. Дзыбов Д.С., Дудченко Л.В. Способ биологической борьбы с сорной растительностью в лесных полосах // Патент на изобретение 2010. № 2390983.

3. Дудченко Л.В. К оптимизации фитосанитарного состояния приземного яруса защитных лесонасаждений в аграландшафте //Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2012. №1(34). С. 133-136.

4. Дудченко Л.В. Эффективный способ подавления сорных растений в полезащитных лесных насаждениях //Достижение науки и техники. 2012. № 7. С. 37-38.

Публикации в других изданиях:

1. Дудченко Л.В. Эффективный способ создания защитных зон вокруг особо охраняемых природных территорий // Материалы межрегиональной научно-практической конференции «О состоянии и перспективах развития особо охраняемых природных территорий и проблеме борьбы с деградацией (опустыниванием) земель, ст. Вешен-ская, 2005. С. 45-48.

2. Дзыбов Д.С., Лапенко Н.Г., Дружинин В.А., Дудченко Л.В. Геоботанический очерк степной растительности Грачевского района Ставропольского края // сб. научн. труд. Ставрополь, 2006. С.41-45.

3. Дзыбов Д.С., Дудченко Л.В., Дудченко И.С. Интродукция разнотравно-дерновиннозлаковой степи в техногенный каменистый почвогрунт // Эволюционные экологические аспекты интродукции растений на современных этапах (вопросы теории и практики). Первая научн.-практич. конф. Краснодар, 2007. С.155-163.

4. Дудченко Л.В. О повышении биоразнообразия и устойчивости дендрологических насаждений нового типа в зоне неустойчивого увлажнения Ставрополья // Научн. конф. Краснодар, 2008. С. 92-98.

5. Дудченко Л.В. Агростепной метод борьбы с зарослями сорных растений в полезащитных лесных насаждениях // Теоретические и прикладные проблемы использования, сохранения и восстановления биологического разнообразия травяных систем. Межд. научн. конф. Ставрополь, 2010. С. 161 - 164.

Сдано в набор 22.11.2012 г. Подписано в печать 22.11.2012 г. Заказ № 56. Тираж 100 экз. Формат 60*84 1/16. Печ. Лист 1,0. Усл. печ. л. 1,0 Копировально-множительный отдел Южного федерального университета. 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Большая Садовая, 105, тел (863) 218-40-02

Для заметок

Для заметок

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Дудченко, Людмила Вадимовна, Ростов-на-Дону

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СТАВРОПОЛЬСКИЙ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

04201354119 Направах рукописи

Дудченко Людмила Вадимовна

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ СОРНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ЛЕСОПОЛОС В ТРАВОСТОИ ЗОНАЛЬНОГО ТИПА МЕТОДОМ АГРОСТЕПЕЙ

03.02.08 - экология (биологические науки)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Д. С. Дзыбов

Ростов-на-Дону 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................................................4

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ..............................................................................8

1.1 История развития лесонасаждений..............................................................................................................8

1.2 Приемы борьбы с сорняками в покрове лесополос............................................................9

ГЛАВА 2 ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ......................................................................................................................16

2.1 Природно-климатические условия региона и района проведения исследований........................................................................................................................................................................................16

2.2 Особенности почвенного покрова экспериментального участка............27

2.3 Антропогенная история района исследований................................................................29

ГЛАВА 3 МЕТОДИКА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ..................................31

3.1 Методика проведения геоботанических исследований........................................31

3.2 Методика создания степного противосорнякового покрова в дву-рядной тополевой лесополосе................................................................................................................................35

ГЛАВА 4 ОСОБЕННОСТИ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ СУКЦЕССИИ (ДЕМУТАЦИИ) ТРАВЯНОГО ПОКРОВА ЛЕСОПОЛОС В РАЗЛИЧНЫХ ПРИРОДНЫХ ЗОНАХ ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРЕДКАВКАЗЬЯ..............41

4.1 Особенности демутации на залежи....................................................................................................41

4.2 Отличительные черты демутации травяного покрова в полезащитных лесонасаждениях..........................................................................................................................................................46

4.3 Геоботаническая характеристика травяного покрова разновозрастных лесополос природных зон Центрального Предкавказья......................................48

4.4 Анализ существующих способов борьбы с сорняками в полезащитных лесных полосах......................................................................................................................................................77

ГЛАВА 5 ПОДАВЛЕНИЕ СОРНЯКОВ И ИХ ГРУППИРОВОК ПОД

ЛЕСОПОЛОСАМИ МЕТОДОМ АГРОСТЕПЕЙ..........................................................................81

5.1 Флоро-ценотические и конкурентные особенности агростепного ценоза - аналога естественной растительности....................................................................................81

5.2 Корневые системы травяных видов и деревьев в двурядной экспериментальной тополевой лесополосе..............................................................................................................108

5.3 Микрогруппировки покровных ценозов двурядной тополевой лесополосы.................................................................................................. 112

5.4 Эколого-экономическая и природоохранная оценка биологического способа борьбы с сорняками лесополос методом агростепей............. 120

ВЫВОДЫ................................................................................................................................................................................................................122

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.......................................................

СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ......................................................................................124

ПРИЛОЖЕНИЯ..........................................................................................................................................................................................135

ВВЕДЕНИЕ

Постоянным негативным фактором агроландшафтов остается их засоренность, обусловленная проникновением в пашню и агроценозы десятков и сотен представителей сегетальной флоры. До настоящего времени борьба с видами и зарослями сорняков проводится техногенными средствами - многократной культивацией или с помощью гербицидов, чреватыми эколого-экономическими издержками. В процессе борьбы с сорняками на полях, повторяющейся из года в год с одной и той же интенсивностью, нередко упускается важный вопрос об источниках поступления их семян на поля. Выявлено, что таким постоянно функционирующим поставщиком семян и плодов вредных и карантинных сорняков в пашню являются полезащитные лесные полосы. Травяной покров лесополос формируется полностью из пашенных антропофитов - однолетников и многолетников, активно плодоносящих и ежегодно засоряющих культурные фитоценозы сплошного и пропашного типа. Исследования показали реальную возможность эффективного подавления сорных видов растений и их группировок в лесополосах биологическим путем - созданием под ними агростепного покрова. Вопросам решения этой проблемы посвящено данное диссертационное исследование.

Актуальность работы обусловлена необходимостью подавления сеге-тальных сорняков и их зарослей в полезащитных лесных полосах биологическим способом, исключающим механические и химические средства борьбы, способствующим оптимизации экологической ситуации и ресурсосбережению в агроландшафтах.

Цель и задачи исследования - экологическая трансформация сорной растительности лесополос в травостои зонального типа методом агростепей.

Задачи исследования: 1. Провести сравнительный эколого-экономический и природоохранный анализ эффективности борьбы с сорняками лесополос, существующими и новым биологическим способом - агростепным методом.

2. Изучить флористические и фитоценотические показатели сорных травостоев в покрове существующих разновозрастных полезащитных лесополос.

3. Исследовать по годам динамику изменения состава и сложения агро-степного противосорнякового покрова в двурядной тополевой лесополосе, выявить устойчивость в покрове культурных (сортовых) трав, добавленных в агростепную смесь семян.

4. Разработать предложения производству по использованию оптимальных вариантов подавления сорной растительности биологическим способом - посредством агростепного покрова.

5. Определить основные этапы технологии создания противосорнякового агростепного покрова лесополосы.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Восстановительная сукцессия в существующих покровных травостоях лесополос протекает весьма замедленно, задерживаясь на сорно-разнотравной и корневищных стадиях, вплоть до времени гибели дре-востоев из Robinia pseudoaccicia, Gleditsia triacanthos, Frcixinus excelsior, Populus nigra, Armeniaca vulgaris, Elaegnus angustifolius и др., вследствие слабой, разновременной миграции в них семян степных доминан-тов: Festuca valesiaca Koeleria cristata, Agropyron pectinatum и других сопутствующих им видов зональной (целинной) флоры.

2. Современные способы борьбы с сорняками лесополос - многократная культивация междурядий в течение пяти-шести лет или обработка гербицидами экологически эффективны лишь в годы их применения, энергозатратны и вредны. После чего сегетальная флора вновь возобновляется из их почвенного запаса семян, конкурируя биологически с редкими стихийными мигрантами целинных растений, засоряя ежегодно прилегающие к насаждениям поля сельскохозяйственных культур.

3. Агростепной покров из нескольких десятков видов дикорастущей степной флоры, ценотически подавляет конкурентно слабые особи

сорняков в течение четырех-пяти лет, выполняя в дальнейшем природоохранную роль в arpo ландшафте. При тщательной предпосевной подготовке почвы эффективность биологической борьбы с сорняками агростепным покровом может быть достигнута в течение трех лет.

Объект и предмет исследования. Сорная флора и растительность разновозрастных лесополос степной зоны Центрального Предкавказья, двуряд-ная экспериментальная лесная полоса из тополя черного - Populus nigra с агростепным противосорняковым покровом, разнотравно - дерновиннозла-ковая степь - донор сложной посевной естественной смеси семян для формирования приземного травяного яруса.

Научная новизна работы. Впервые разработан и предложен биологический способ ускоренного подавления полевых сорняков и их зарослей в лесных полосах путем создания самоподдерживающегося, неограниченно долголетнего агростепного покрова, отличающегося высокой эколого-экономической эффективностью.

Практическая ценность работы. Агростепной метод борьбы с сорной флорой и ее группировками под лесными полосами может заменить традиционные агротехнические и химические способы с экономией средств на сумму от 5 до 22 тыс. руб./га. Толерантная против огня, и неограниченно долголетняя агростепь при этом, будет функционировать как постоянный противоэрозионный фактор в агроландшафте, даже в случае гибели деревьев и кустарников лесополосы от старения или пожаров. Очевидна, также экологическая, природоохранная значимость данного биологического метода, реализация которого на практике повысит биологизацию агроландшафтов, оптимизирует среду обитания животного мира, включая редкие виды растений, полезную энтомофауну и наземно гнездящуюся орнитофауну.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях и совещаниях: Межрегиональной научной конференции «О состоянии и перспективах развития особо охраняемых природных территорий и проблеме деградации (опустынивания) зе-

мель», ст. Вешенская (2005). «Экологические аспекты развития растительных сообществ в Ботанических садах ЮФО». Краснодар (2008), международной научной конференции «Теоретические и прикладные проблемы использования, сохранения и восстановления биологического разнообразия травяных экосистем» Михайловск (2010 г.), на ежегодных отчетных сессиях Ставропольского НИИСХ Россельхозакадемии. г. Михайловск (2006-2011 гг.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 работ, в том числе 4 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ для защиты кандидатских и докторских диссертаций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 161 страницах. Состоит из введения, 5 глав, выводов и рекомендаций производству, списка литературы. Содержит 24 таблицы и 25 рисунков и 8 приложений. Список литературы содержит 122 источника, в том числе 6 на иностранных языках.

Связь работы с научными программами. Данное исследование является частью тематического плана научно-исследовательских работ ГНУ Ставропольского научно-исследовательского института сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук, задание 04.017.03.01, регистрационный номер 15070.5025003468.06.8.003.3.

Благодарности. Автор выражает свою признательность и благодарность за помощь в постановке задач и обсуждении полученных результатов своему научному руководителю - д.б.н., профессору, заведующему отдела кормопроизводства, Джантемиру Сосреновичу Дзыбову, сотрудникам отдела полевого и лугового кормопроизводства, лаборатории агропочвоведения, лаборатории агрохимии и лаборатории обработки почв ГНУ Ставропольского НИИСХ в проведении исследований.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ

1.1. История лесоразведения

История лесоразведения в засушливой степной зоне России насчитывает более 300 лет. Ее временной отсчет начинается с 1696 г., когда Петр I издал указ о закладке дубовой рощи посевом желудей в урочище «Большая Черепаха» близ г. Таганрога в области Войска Донского. Систематические засухи и суховеи в южных губерниях страны, сопровождавшиеся гибелью посевов сельскохозяйственных культур и голодом, обусловили необходимость безотлагательного решения задачи создания полезащитных лесонасаждений. Этими работами был призван руководить учрежденный в 1798 г. Лесной департамент. В 1808 г. был открыт первый лесной институт России - Русское научное лесничество (Блохин, Блохина, 1998). Идея о защите полей от суховеев лесными полосами впервые была высказана в 1767 г. выдающимся русским агрономом, лесоводом и общественным деятелем XVIII в. А.Т. Болотовым. Он положил начало учению о земледелии и связывал успехи полевого хозяйства с лесными полосами (Бессарабов, 1963). К зачинателям защитного лесоразведения в России относятся также отец и сын Шатиловы, которые за 70 лет (1821-1891) в своем имении «Моховое» Тульской губернии вырастили свыше 400 га массивных и полезащитных лесных насаждений. Первые посадки древесных растений в степной зоне осуществил в 1809 г. энтузиаст -лесовод В.Я. Ломиновский в Полтавской губернии. В дальнейшем полезащитное лесоразведение становится на научную основу. Всех выдающихся лесоведов и почвоведов России занимала мысль о том, как противостоять неблагоприятным условиям в южной степи. Работы по созданию насаждений на Северном Кавказе были начаты в 30-е годы XIX века. Мероприятия проводились с целью осуществления эффективных приемов борьбы с засухой, эрозией почв, смягчения неблагоприятных климатических условий, способствуя повышению урожайности земледельческих районов. В экспедициях под руководством выдающегося почвоведа и фитомелиоратора степной зоны

В.В. Докучаева принимали активное участие многие талантливые ученые -В.Н. Дейч, Н.М. Сибирцев, К.Д. Глинка, Г.И. Танфильев, Г.Н. Высоцкий, Г.Н. Морозов. Исследования велись во всех южных губерниях, но особенно интенсивно в Воронежской, Полтавской. План преобразования природы степей основывался на теоретических разработках В.В. Докучаева, Т.А. Косты-чева, В.Р. Вильямса, Г.И. Танфильева и ряда других исследователей (Агролесомелиорация, 1991). Вполне естественно, что на начальном этапе становления агролесомелиорации как направления, многие вопросы оставались недостаточно выясненными, допускались ошибки, как в подборе подходящих древесных пород, так и по уходу за насаждениями (Танфильев, 1973; Лобанов, 2009). В настоящее время одни из них разрешены вполне удовлетворительно (районирование деревьев и кустарников, структура и оптимальное соотношение пород в групповых посадках, борьба с вредителями и болезнями и т.д.). Среди других актуальных задач, борьба с сорняками в лесополосах остается не до конца решенной. Одно стало ясным: «Лес в степи без ухода не создать» (Ключников, Маттис, 1969, с.)). В уходных работах большая роль отводилась борьбе с полевыми сорняками, их группировками во вновь формирующихся лесополосах (Степанов, Ломакин, 1974; Кретинин, Штеба, 2008). Сорняки наносят большой вред особенно молодым насаждениям, которые являются опасными конкурентами за почвенную влагу. Корни сорняков в первые годы роста уходят глубже, чем у древесных растений. Например, корни осота достигают 4-6 м, а выонка полевого 2-4 м. По данным академика Мальцева А.И., злостный сорняк - бодяк полевой извлекает за год из 1 га почвы 138 кг азота, 31 кг фосфорной кислоты и 167 кг калия (Ключников, Маттис, 1969).

1.2. Приемы борьбы с сорняками в покрове лесополос

Существует значительный объем научных публикаций, посвященных борьбе с сорно-полевой флорой в приземном ярусе лесополос. Они включают

научные и научно-практические разработки, которые могут быть сведены к трём основным приемам: 1) ручная прополка; 2) механизированная борьба -культивацией междурядий и приопушечной части - закраек; 3) уничтожение гербицидами.

На начальном этапе уход за вновь заложенными лесополосами до достижения возраста 5-6 лет был ручным - мотыжным. Считалось, что в степной зоне этот прием неизбежен, а так как полезащитные лесополосы предназначались большей частью для засушливых районов, то и объемы затрачиваемых средств при этом оказывались внушительными, из которых на междурядную обработку уходило до 50-55% от общего количества издержек. Ряд авторов, ссылаясь на исследования Н.Е. Декатова и Я.М. Величко, указывает, что затраты ручного труда на этих работах достигают 70-80% от общего объема вложений в этап (Ключников, 1962). Отмеченные особенности ручного ухода за древостоями полос, должны быть дополнены очень существенным фактом, заключающимся в том, что эта операция имеет лишь временный эффект, так как запас семян сорняков в пашне практически неисчерпаем. Доказательство тому - ежегодные частые меры борьбы с сегетальной флорой, повторяющиеся в земледелии столетья и тысячелетья. Не менее существенно и то, что в конечном итоге после прекращения ручного ухода сорняки остаются постоянными спутниками насаждений. Активный ручной уход за лесопосадками продолжался вплоть до 40-60 гг. XX века.

Механизированный вид ухода - наиболее прогрессивный, в свое время перешел из питомников лесхозов и лесничеств. К настоящему времени нельзя признать особо продвинувшейся систему механизированной обработки междурядий и закраек лесополос. Как и 50-70 лет тому назад эту операцию до 6-летнего возраста посадок осуществляют культивацией междурядий в сочетании с частичной ручной прополкой в рядах деревьев и кустарников. Большей частью культивация междурядий проводилась и проводится навесными орудиями - культиваторами марки KJIT-4,5 Б. Эта операция в первый год жизни применяется не менее четырех раз, во второй год - трижды, тр�