Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Толерантность растений к гидротермическому режиму и его значение для оптимизации условий их культивирования

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Толерантность растений к гидротермическому режиму и его значение для оптимизации условий их культивирования"

Котова Наталья Петровна

ТОЛЕРАНТНОСТЬ РАСТЕНИЙ К ГИДРОТЕРМИЧЕСКОМУ РЕЖИМУ И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ УСЛОВИЙ ИХ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ

Специальность 03.02.08 - Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2.7 ОКТ 2011

БРЯНСК, 2011

4858213

Работа выполнена на кафедре биологии и экологии Балашовского института (филиала) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Саратовского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского»

Научный руководитель: доктор биологических наук,

профессор Любимов Валерий Борисович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Ториков Владимир Ефимович

кандидат биологических наук, доцент Архицкий Андрей Георгиевич

Ведущая организация: ФГОУ ВПО Пензенский государственный университет

Защита диссертации состоится 14 ноября 2011 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.020.03 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Брянском государственном университете им. академика И. Г. Петровского» по адресу: 241036, г. Брянск, ул. Бежицкая, 14, информационный центр БГУ (общежитие №4) Телефон (4832) 66-65-38. Факс (4832) 66-63-53. E-mail: bryanskgu@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянского государственного университета им. академика И. Г. Петровского

Автореферат разослан «14» октября 20011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, кандидат биологический наук,

Э. М. Величкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Экологические проблемы особенно остро стоят в засушливых регионах страны, наиболее подверженных эрозионным процессам, способствующим развитию опустынивания и экологического кризиса. Чаще других засушливые регионы подвержены действию атмосферной и почвенной засухи, приводящих к потере урожая сельскохозяйственных, овощных, лесных и плодово-ягодных культур. Засуха, высокие температуры, пыльные бури, напряженный ветровой режим отрицательно сказываются и на состояние насаждений, составляющих озеленение городов и населенных пунктов, что в целом отрицательно сказывается на окружающей человека среде и его здоровье. Для решения целого ряда вопросов, связанных с размножением и выращиванием растений, повышением их продуктивности, декоративности большое значение имеет разработка научно-обоснованных рекомендаций, направленных на моделирование оптимальных условий для их роста и развития. Решению этой проблеме и посвящены исследования по теме диссертации.

Объект исследования - древесные и травянистые растения. Исследовалась их толерантность к высоким, низким температурам и дефициту влаги.

Цель исследования - разработка теоретически обоснованных и экспериментально проверенных рекомендаций, направленных на оптимизацию условий для размножения, выращивания и содержания в культуре растений, с использованием прогрессивных и апробированных технологий, позволяющих моделирование оптимального гидротермического режима.

Задачи исследования:

1- уточнить видовой состав природных и антропогенных экосистем Балашовского и Аркадакского районов Саратовской области;

2- определить толерантность растений к высоким и низким температурам атмосферного воздуха;

3- изучить толерантность растений к дефициту влаги в почве;

4- определить целесообразность применения гидротермического режима, как основы для разработки агротехники размножения и содержания растений;

5- разработать научно-обоснованные рекомендации, направленные на оптимизацию процессов размножения, выращивания и содержания растений, с использованием прогрессивных технологий.

Исследования проводились в период с 2002 по 2011 гг. в Саратовской области (стационарные в Балашовском и Аркадакском районах) в Балашовском институте (филиале) федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Саратовского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского» в соответствии с научно-исследовательской кафедральной темой: «Природные и рукотворные экосистемы Прихоперья, их состояние и пути улучшения».

Основные положения, выносимые на защиту:

- высокие температуры атмосферного воздуха не являются причиной гибели растений, а лишь способствуют усилению дефицита влаги в почве, что губительно для всходов и ювенильных растений;

- дифференцировать виды по степени их жароустойчивости не представляется возможным;

- при водообеспечении почвы не ниже 75% от полевой влагоемкости (ПВ), экстремальные температуры атмосферного воздуха в районе исследований не выходят за пределы валентности вида, а лишь активизируют рост и развитие;

- основными, лимитирующими интродукцию экологическими факторами, являются абсолютный минимум температуры и дефицит влаги, отрицательное влияние первого невозможно нейтрализовать антропогенно, нейтрализация второго возможна за счет внедрения прогрессивных технологий и, прежде всего, методов орошения, что позволяет моделировать оптимальный гидротермический режим для роста и развития растений;

- внедрение рекомендаций с использованием контейнерного метода выращивания, с подпитывающим через дренаж увлажнением, гидроизолированных посевных чеков и капельного орошения позволит моделировать и поддерживать оптимальный для роста и развития растений гидротермический режим.

Научная новизна:

- определена толерантность ряда покрытосеменных и голосеменных растений к температурному режиму и дефициту влаги в почве;

выявлена необоснованность применения показателя «жароустойчивости», основанного на определении летальной температуры для листьев в водяной бане;

- высокие температуры при влажности почвы не ниже 75% от её ПВ, обеспечивают активный рост и развитие растений;

- длительный дефицит влаги в почве, ниже 70% от её ПВ сопровождается угнетением и снижением продуктивности растений;

- для проведения лабораторных исследований и в практике выращивания посадочного материала предложено использование модифицированного контейнерного метода, обеспечивающего подпитывающее стабильное увлажнение.

Практическая значимость. Внедрение научно-обоснованных рекомендаций будет способствовать повышению устойчивости, долголетия, продуктивности и эффективности создаваемых насаждений.

Личный вклад. Автором диссертации самостоятельно разработаны программа и определены методы и проведены лабораторные, и полевые исследования, осуществлен сбор, обработка и анализ материалов, обоснованы теоретические положения диссертационной работы, выводы и рекомендации. Опубликованные работы написаны автором или при его участии.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на: науч.-прак. конф. молодых учёных: «Актуальные проблемы науки и образования» - Балашов, 2003; межвуз. науч.- прак. конф.: «Структура, состояние и охрана экосистем Прихоперья» - Балашов, 2003, 2007; 4 Всерос. Internet- конф.: «Проблемы экологии в современном мире» - Тамбов, 2007; Междунар. науч. - прак. конф.: «Экологическая безопасность региона» -Брянск 2008, 2009, 2010; Междунар. науч.- прак. конф.: «Современные проблемы оптимизации зональных и нарушенных земель» - Воронеж, 2009; Междунар. научно-прак. конф.: «Трансграничное сотрудничество в области экологической безопасности окружающей среды» - Гомель, 2011.

Достоверность результатов обеспечена многолетними комплексными исследованиями, проведенными современными методами и статистической обработкой данных с использованием компьютерной программы Microsoft Excel 2007.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 работ, в т.ч. три в журналах, включенных в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из общей характеристики работы, 5 разделов, выводов, списка литературы, представленного 231 источником, в том числе 205 - отечественных и 26 -иностранных работ и приложения, включающего три таблицы. Общий объем диссертации составляет 221 страницу в компьютерном варианте, включает 27 таблиц и 53 рисунка.

1 ИЗУЧЕННОСТЬ ВОПРОСОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

В современном градостроительстве и благоустройстве населенных мест весьма важная роль отводится созданию насаждений [Рубаник, Черкасов, 1971; Колесников, 1974; Рубцов, 1974; Спиглазов, 1977; Шутов, 1977; Белостоцкий, 1979; Горышина, 1979; Холявко, Глоба - Михайленко, 1980; Лихачев, 1982; Бобринев, 1987; Реймерс, 1990; Акимов, Хаскин, 1998; Любимов, 2009]. Для решения этой проблемы, особенно в засушливых районах, характеризующихся бедностью флор древесными растениями, требуется интродукция новых видов. Теории интродукции посвящены работы многих ученых [Русанов, 1950,1974; Культиасов, 1953; Кормшшцын, 1969, 1977; Андреев, 1984; Лапин, 1984; Головкин, 1986]. Для обоснования перспективности вида необходимо изучение его толерантности к абиотическим факторам [Альтергот, 1976, 1978; Тропин, Ведерников, Крангауз, 1980; Харченко, 1981; Смирнов, 1985; Петровская - Баранова, 1983; Харченко, Кулагина, 2005]. В Саратовской области вопросами создания насаждений занимался ряд исследователей [Сокольская, 1993; Арестова, 1996; Лебедев, 1996; Воскресенский, Демин, Макарцева, 1997; Балина, 2001; Кабанина, 2005; Михайлов, 2005; Назаров, 2006; Семенова, 2007; Вишневская, 2007; Любимов, 1997, 2000; 2009; Ломадзе, 2009]. Анализ опубликованных работ позволяет сделать заключение о перспективности

исследований, направленных на разработку методов, обеспечивающих оптимальный режим обеспечения влагой интродуцентов.

2 ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Саратовская область расположена на Юго - Востоке Европейской равнины - в Нижнем Поволжье, вытянута с Запада на Восток и расположена между 49°48' - 52°49' северной широты и 42°30' - 50°47' восточной долготы. Ее площадь составляет 100,2 тыс. км2. Волгой делится на Правобережье и Заволжье. На Западе области Окско-Донская, в Заволжье - Сыртовая равнина. Юго - Восток занят Прикаспийской низменностью. В области 80% территории степь, 15% - лесостепь и 5% - полупустыня. Черноземы занимают 52%, темно-каштановые и каштановые почвы 34%, светло-каштановые -около 5%, встречаются пески и солонцы. Леса занимают около 6%. Климат континентальный. Средняя температура января на Ю.-3.-10°С, на С.-В. - 11°, июля - на С.-З. +20°С, на Ю.-В. +24°С. Осадков на С.-З. выпадает 450 - 500, на Ю.-В. 200-250 мм/год. Продолжительность вегетационного периода на Севере составляет 150-195, на Юге - 205-218 суток.

Таблица 2.1 - Средние значения метеоданных в районе г. Саратова _за 20 лет (1989-2009 гг. - Широта 51.5, Долгота 46)

Показатели/ месяцы I II III IV V VI VII VIH IX X XI XII

Cp.Mec.t°C возд. -8,3 -8,7 -3,2 8,11 16,3 21,3 23,5 21,5 15,2 7,23 -1,6 -7,43

Min t°C воздуха 12,2 -13,0 -7,0 3,43 10,7 15,9 18,4 16,7 10,9 4,09 -4,1 -10,9

Max t°С воздуха -4,8 -4,7 0,5 12,3 20,7 25,6 27,6 25,3 18,8 10,3 0,8 407

Ср. мес. кол-во осадков (мм) 6.S 6,4 7,4 11,4 15,7 22,4 25,0 23,1 17,6 13,3 9,4 7,2

Cp.t°C повер. земли -9,5 -9,8 -4,0 8,76 18,1 23,3 25,6 23,4 16,2 7,22 -2,1 -8,5

Min (t°C) повср. земли 14,4 -15,2 -9,1 1,1Ъ 9,0 14,3 17,0 15,3 9,48 2,72 -53 -12,9

Max (t°C) повер. земли -5,1 -4,5 1.2 16,8 27,4 32,3 34,9 32,4 24,1 12,6 1,1 -4,33

Отн. влаж. (%) S3,8 82,7 79 59,6 44,1 45,3 45,1 45,9 52,9 67,9 79 82,2

Следует отметить, что Max. t°C зарегистрирована в 2010 г. и составила +40°С в районе г. Балашова и + 42,5°С южнее г. Саратова. Средняя сумма температур выше +10° С составляет 2500- 2700° [Воскресенский, Демин, Макарцева, 1997; Доклад о состоянии окружающей ..., 2000-2009; Метеостатистика для Саратовской...., 2010,2011; http//Saratov-meteo. ги].

3 ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЙ Объектом исследований являются древесные и травянистые растения. Задачей исследования: уточнение видового состава

интродуцентов; адаптация растений к температурному режиму и дефициту влаги; перспективность использования при размножении и выращивании растений контейнерного метода с постоянным подпитывающим через дренаж увлажнением, посевных гидроизолированных чеков и капельного орошения; разработка практических рекомендаций, направленных на оптимизацию процессов размножения и выращивания растений.

Методы исследований: уточнение видового состава осуществлялось маршрутным методом; фенонаблюдения - по методике ГБС АНСССР [Александрова, Булыгин, 1975]; жароустойчивость - методами К. А. Ахматова, В. П. Тарабрина и Ф. Ф. Мацкова [Мацков, 1936; Ахматов, 1972; Тарабрин, 1969]; зимостойкость - по семибалльной шкале [Древесные растения ..., 1976]; влажность почвы - термостатным методом [Общесоюзная инструкция по почвенным..., 1973]. Растения для определения их толерантности к высоким температурам и дефициту влаги выращивались в микро гидроизолированных чеках и модифицированных контейнерах.

Гидроизолированные посевные чеки. Посев семян (Ligitstrum vulgare L„ Tilia platyphyllos Scop, и Т. cordata Mill, Coíoneaster lucidus Schlecht.) осуществлялся в посевной гидроизолированный чек с подпитывающим через дренаж увлажнением (опыт) и в открытый грунт (контроль) по методике, предложенной В.Б. Любимовым [Любимов, 2002]. Регистрировался расход воды в опыте и контроле, количество поливов - в контроле, норма полива, выход растений с единицы площади и их размер.

Метод выращивания посадочного материала с закрытыми корневыми системами. За основу были приняты рекомендации по выращиванию растений с закрытыми корневыми системами [Ершов, 1971; Шутов, 1977; Белостоцкий, 1979; Турина, Любимов, 1982]. В эксперимент были включены: Quercus robur L„ Ligustrum vulgare L., Tilia platyphyllos Scop. и Т. cordata Mill, Cotoneaster lucidus Schlecht., Sorbus aucuparia L. Из числа голосеменных - Pinns sylvestris L..

Метод капельного орошения. За основу взят метод, предложенный Украинским НИИ орошаемого садоводства [Конганбаева, Любимов, 1982]. Изучалось влияние капельного орошения на рост и развитие посадочного материала древесных растений, выращенных в посевном отделении питомника (Ligustrum vulgare L., Tilia platyphyllos Scop, и Т. cordata Mill. , Coíoneaster lucidus Schlecht.). Определялись нормы и сроки поливов, динамика сезонного роста и развития растений. Результаты обрабатывались методом математической статистики [Зайцев, 1984; Любимов, 2010]. Рекомендации разрабатывались на основе анализа фактического материала и собственных исследований по размножению и выращиванию растений в условиях оптимального гидротермического режима с применением контейнерного метода, посевных гидроизолированных чеков, капельного орошения и туманообразующих устройств.

s

Объем исследований. Фенонаблюдения проводились ежегодно за 30 видами. Жароустойчивость изучена у 26 - травянистых, 20 - древесных, 4-овощных и 3 видов комнатных растений, а морозоустойчивость - у 196 видов. Для ювенильных растений ряда видов определен оптимальный гидротермический режим и влажность завядания. Установлена перспективность использования посевных гидроизолированных чеков, контейнерного метода и капельного орошения для оптимизации условий : выращивания растений. Проведено 1860 фенонаблюдений, обработано 280 образцов почвы, составлено и обработано 270 вариационных рядов.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 4.1 Экобиологическая характеристика озеленительного ассортимента урбанизированных территорий Саратовской области 4.1.1 Видовой состав интродуцентов и его география

В озеленительном ассортименте и ботанических экспозициях интродукционных центров Саратовской области насчитывается 196, а по опубликованным источникам - 199 видов (Балина, 2001; Кабанина, 2005). Нами не зарегистрировано два вида из сем. Tamaricaceae Lindl, и Populus berolinensis Dipp. В конце прошлого века было начато размножение для введения новых видов Catalpa bignonioides Walt., Quercus robur L. (овальная форма), отобранная в природных местообитаниях (Ломадзе, 2009). На экспериментальных участках БИ(Ф)СГУ выращивается также Mahonia aquifolium (Pursh) Nutt., Q. rubra L. и Forsythia europaea Deg. et Bald. Представительство видов и родов в семействах дендрофлоры отражено в табл. 4.1 и на рис 4.1

Таблица 4.1 - Количество видов и родов в семействах озеленительного _ассортимента территории Саратовской области _

Семейства Кол-во Семейства Кол-во

родов видов родов видов

1 .Cupressaceae F. Neger 4 8 15. Hippocastanaceae Torr, et Gray. 1 1

2. Pinaceae Lindl. 6 17 16. Juglandaceae Lindl. 1 4

3. Taxaceae L. 1 1 17. Menispermaceae D C. 1 1

4. Aceraceae Lindl. 1 7 18. Moraceae D C. 1 1

5. Anacardiaceae Lindl. 2 2 19. Oleaceae Lindl. 4 9

6. Berberidaceae Torr. Et Gray 2 4 20. Rhamnaceae R. Br. 2 2

7. Betulaceae С. A. Agardh. 5 16 21. Rosaceae Juss. 17 50

8. Bignoniaceae Pers. 1 1 22. Rutaceae Juss. 2 2

9. Caprifoliaceae Vent. 5 14 23. Salicaceae Lindl. 2 10

10. Celastraceae Lindl. 1 2 24. Saxifragaceae DC. 3 10

11. Cornaceae Link. 1 4 25. Tamaricaceae Lindl. 1 0

12. Elaeagnaceae L. 3 4 26. Tiliaceae Juss. 1 3

13. Leguminosae Juss. 6 9 27. Ulmaceae Mirb. 2 5

14. Fagaceae A. Br. 1 5 28. Vitaceae Lindl. 1 1

Большинство видов (164), входящих в озеленительный ассортимент региона перспективны для их широкого введения в культуру, 32 - требуют дальнейших испытаний по определению их морозоустойчивости.

200

150

100

Рисунок 4. 1 - Распределение, культивируемых в Саратовской области видов по степени их внедрения в озеленение Категория вида: 1- всего видов 2 - широко введенные в озеленение; 3 встречающиеся единично, но заслуживающие широкого внедрения в озеленение; 4 требующие дальнейшего изучения.

В табл. 4.2 отражена степень внедрения видов, составляющих озеленительный ассортимент в Балашовском и Аркадакском районах.

Таблица 4.2 - Степень внедрения интродуцентов в озеленение Балашовского и Аркадакского районов (2010 г.)

Район Степень внедрения вид ов в озеленение (шт.)

всего широко ср. степень единично

Балашовский 96 20 44 32

Аркадакский 74 18 34 22

Наиболее перспективными источниками для интродукции в Саратовскую область являются: Циркумбореальная, Восточноазиатская, Атлантическо - Североамериканская и Ирано - Туранская флористические области, входящие в Голарктическое царство (Тахтаджян, 1978).

Таблица 4.3 - Представительство географических источников в видовом составе _озеленительногно ассортимента Саратовской области_

Флоры % введенных в озеленение видов

Средняя, Центральная, Западная и Малая Азия IX,8

Сев. Америка 14,2

Европа 36,4

Сибирь, Д. В. и Приморье 20.1

Китай, Корея, Япония 10,5

Перспективными являются провинции, характеризующиеся аридностью и континентальностью климата, а в провинциях виды с обширным ареалом. В табл. 4.3 представлена родина видового состава, успешно интродуцированного в Саратовскую область. Следует отметить, что в условиях Саратовской области, дефицит влаги, это один из двух

важнейших лимитирующих факторов, выходящих за пределы толерантности интродуцентов, что видно из сравнения гидротермического режима и величины гидротермического коэффициента (ГТК), характерного для ареала вида, величина которого изменяется для разных видов от 12 до 14. В сравнении с ГТК района интродукции - от3-4 - на юге области и до 10-в северо-западной её части.

4.1. 2 Сезонное развитие интродуцентов

Сезонное развитие растений подчинено действию природных факторов. В ответных реакциях особей популяции вида проявляется степень соответствия силы воздействия факторов среды, его экологическому спектру. Наблюдения за ростом и развитием особей на фоне погодных условий позволяют получить информацию, необходимую для разработки агротехники, обеспечивающей оптимальные условия для роста и развития интродуцентов. В течение девяти лет с 2002 по 2010 гг. изучалась фенология у 30 наиболее распространенных видов на фоне погодных условий (рис.4.2, 4.3). Это виды насаждений парка им. Куйбышева (г. Балашов), а также виды озеленительного ассортимента городов и населенных пунктов Балашовского и Аркадакского районов: Acer negundo L., A. platanoides L., A. tataricum L., Berberís vulgaris L., Betula pubescens Ehrh., Lonicerae tatarica L., Symphoricarpos albus (L.) Blake, Elaeagnus angustifolia L., Caragana arborescens Lam., Robinia pseudoacacia L., Aesculus hippocastanum L., Fraxinus lanceolata Borckh., Syringa vulgaris L., Cotoneaster htcidus Schlecht., Crataegus sanguínea Pall., Rosa majalis Heirm., Sorbiis aucuparia L., Populus balsamifera L., P. nigra L. , P. italica (Du Roi) Moench, Salix alba L., Tilia cordata Mill., T. platyphyllos Scop.; U. pinnato-ramosa Dieck., Thuja occidentalis L., Picea excelsa Link., P. canadensis Britt., P. pungens Engelm., Pinas silvestris L. и Pseudotsuga menziesii (Mirb) Franco. На большей части территории Саратовской области засушливый период наблюдается с середины апреля и до первой декады октября, а полузасушливый - с начала апреля и до третьей декады октября (рис.4.2).

30

Рисунок 4.2 - Средние значения метеоданных (засушливая часть Саратовской области, 2000-2009) В районе города Балашова стабильно засушливый период отсутствует, а полузасушливый наблюдается с начала мая и до начала октября (рис.4.3).

20 10 О -10 -20

Рисунок 4.3 - Средние значения метеоданных (Балашовский район, 2000-2009 гг.) Условные обозначения: А- Среднемесячная (г°С; Б- Среднемесячное количество осадков (мм) 10°= 20 мм; В- Среднемесячное количество осадков (мм) 10°= 30 мм; Г-Среднемесячная относ, влажн. 10° = 30%; По оси абсцисс - месяцы. По оси ординат Г°С.

Если высокие температуры в пределах региона изменяются всего лишь в 0,2- 0,3 раза, то количество осадков - в два и более раза, что определяет актуальность исследований по разработке методов, способствующих оптимизации режима увлажнения для растений. Почки у разных видов растений начинают набухать в конце марта - первой половине апреля (табл. 4.4). Период облиствения - апрель - май. Начало цветения у четырех видов, в.ч. у A. negundo L. зарегистрировано в конце апреля, а у восемнадцати видов, в т.ч., Р. nigra L„ S. alba f. vitellina pendula hört, L. tatarica L. - в разных числах мая.

Таблица 4.4 - Сезонное развитие древесно-кустарниковой флоры

Начало Облиствение Цветение Плодоношение Листопад

набуха- распус- вызре- начало конец начало конец нача- коне

ния кание вание ло Ц

почек почек листьев

J 2 3 4 5 6 7 8 9

Покрытосеменные -наиболее ранние сроки

1 21. III 1. ГУ j 26. IY I 18.1Y | 16.Y 28.Y I 14.YI I 22. IX 8.X I

наиболее поздние сроки

| 22. IY 27.IY | 27. Y | 20.YI | 7.YII 12.X I 27.X I 17.X 11.X I I

Голосеменные -наиболее ранние

( 7.IY I I2.YII | 3.Y 19. Y | 14.IX 1 4.X |

наиболее поздние

27.ГУ

12.1Х

12.Y

29.Y

5.XI

26.Х1 |

У 8 видов, например, Т. platyphyllos Scop., R. pseudoacacia L. - в разных числах июня. Период плодоношения, как и цветения, значительно растянут, и зависит от биологии вида, способов распространения семян и

Большинство культивируемых растений испытывают дефицит влаги. Засуха повторяется каждые три - четыре года. 30

плодов. Например, период плодоношения С. arborescens Lam. - в июне -июле, L. latarica L. - в августе, В. vulgaris L. - в сентябре, A. negundo L. - в октябре. Листопад в октябре - ноябре. Период листопада варьирует у одних и тех же видов в зависимости от степени обеспеченности влагой. В насаждениях с систематическим орошением, листопад наступает позднее, а вегетация длиннее на 17-20 дней. Такие насаждения отличаются декоративностью, отсутствием суховершинности, летнего листопада и падения тургора в листьях и вегетирующих побегах.

ФЕНОГРАММА

I Ш I IY 1 Y | ~ YI I УД | УШ 1 IX 1 X | XI I

наиболее ранние сроки

наиболее поздние сроки

Условные обозначения:

1 -начало набухания почек-1. . Ш) 4-период плодоношения-1

2-период облиствения- I ИЗ 5-период листопада- 1

3-период цветения - ШШШШШ!! 6- период вегетации- !

Рисунок 4 4 - Фенограмма покрытосеменных древесных растений в условиях Балашовского и Аркадакского районов (2002 по 2010 гг.)

Хвойных в озеленении - 0,3 %. Более 45% насаждений области требуют реконструкции и прежде всего замены старых особей. Для повышения устойчивости, декоративности и оздоровительного эффекта насаждений, необходим регулярный уход, борьба с вредителями и болезнями. Целесообразно широкое внедрение хвойных экзотов, красивоцветущих кустарников и видов-долгожителей, обладающих устойчивостью к ветровалу, снежным бурям, например, представителей из рода Quercus L.

Фенологические наблюдения важны для проектирования и устройства садов и парков, создания декоративных биогрупп, прогноза урожая плодов и семян и планирования сроков их сбора.

4.1.3 Адаптация растений к высоким температурам

Летальная температура для листьев определялась у 15 видов из числа покрытосеменных древесных и 5 видов - голосеменных растений (табл.4. 5).

Летальные температуры для листьев заключены в пределах от +49,5 до 50,3° с амплитудой 0,8®. Достоверность исследований на 95% доверительном уровне не вызывает сомнений, так как Р < 5%, a t>3. Показатель толерантности листьев к высокой температуре незначительно (доли градуса) увеличивается от начала вегетации и к августу были получены результаты с амплитудой меньшей, чем весной и ближе к +50°С. Min t° гибели листьев составила +49,6°С, a max +50, 4°С, что подтверждается работами других исследователей (Любимов, Кабанина, Михайлов, 2004; Любимов, 2002,

2009). Изучена также летальная температура у 26 видов из 13 сем. травянистых растений: Stellaria media L., Polygonum aviculare L., Cannabis ruderalis, Chenopodium album L„ Amaranthus retroflexus L„ Capsella bursapastoris (L.) Medik, Lactuca campestris, Matricaria perforate Merat, M. suaveolens (Pursh) Buchenau, Sonchus arvensis L„ Taraxacum officinale Wigg.s.L, Artemisia absinthium L, A. vulgaris, Elytrigia repens (L.) Nevski, Rumex crispus L, Lupinus polyphylus Lindl., Anethum graveolens L„ Solanum nigrum L., Plantago major L., Cyclachaena xanthiifolia (Nutt.) Frese, Achillea millefolium L., Tanacetum vulgare L„ Cichorium intybus L„ Ambrosia trífida L, Urtika urens.

Таблица 4.5 - Температура гибели листьев и хвои древесных растений, введенных в озеленение Балашовского и Аркадакского районов (ср. знач., 2003- 2006 гг.)

Название вида M±m,t° С a Cv t P

S. alba L. 49,9±0,2 0,89 1,79 249 0,4

A. negunda L. 49,9±0,2 0,89 1,79 249 0,4

A. platanoides L. 50,3±0,2 0,9 1,78 251,5 0,39

U. laevi.s Pall. 50,3±0,3 1,34 2,7 168 0,59

О. robur L. 50,1±0,2 0,89 1,77 250 0,39

R. pseudoacacia L. 49,7±0,2 0,89 1,77 248 0,4

P. trémula L. 49,8±0,3 1,34 2,69 166 0,6

P. nigra L. 49,5±0,3 1,34 2,7 165 0,6

C. vulgaris Mill. 50,2±0,2 0,89 1,77 251 0,39

P. racemosa (Lam.) Gilib. 50,3±0,3 1,34 2,7 168 0,59

S. aucuparia L. 50,2±0,2 0,89 1,77 251 0,39

R. canina L. 50.3±0,3 1,34 Z,7 168 0,59

L. tatarica L. 50,2±0,3 1,34 2,7 168 0,59

S. vulgaris L. 50,1±0,3 1,34 2,7 167 0,59

T. cordata Milt. 50,2±0,2 0,89 1,7 251 0,39

T. occidentalis L. 50,3±0,3 1,34 2,7 168 0,59

P. pungens Engelm. 50,3±0,3 1,34 2,7 168 0,59

P. abies (L.) Karst. 50,1 ±0,3 1,34 2,7 167 0,59

P. menziesii (Mirb.) Franco 50±0,2 0,89 1,7 250,5 0,4

P. sylvestris L. 50,3±0,3 1,34 2,7 168 0,59

Величина температуры гибели у травянистых растений, как и у древесных, в независимости от их видовой принадлежности и естественного местообитания (степные участки, лесные фитоценозы) составляет от + 49,5° С до +50,4° С. В 2009 и 2010 гг. было изучено влияние температуры водяной бани на проростки овощных культур и ювенильные растения древесных растений (табл. 4.6).

Таблица 4.6 - Летальная температура для всходов древесных растений, комнатных и

огородных культур

Вид +4S - +49 +50- +51

огурцы - сорт «Надежда» угнетенное состояние гибель

редис - сорт «Ребел» угнетенное состояние гибель

Проростки клена остролистного угнетенное состояние гибель

Однолетние растения клена остролистного угнетенное состояние гибель

Комнатные культуры:

хлорофитум хохолковый (Chlorophytum composum Bäk.) - Сем. Liliaceae угнетенное состояние гибель

зебрины (традисканции) висячей ( Zebrina pendula Schnizl.) Сем. Commelinaceae - Каммелиновые угнетенное состояние гибель

Сеткрезии пурпурной - Setcreasea purpurea Boom -Сем. Commelinaceae - Каммелиновые угнетенное состояние гибель

С целью выяснения влияние солнечной радиации на температуру поверхности почвы определена 10 с в районе исследования в самые жаркие периоды на почве и на высоте 15 см над почвой, на высоте сосредоточения основной массы травянистых растений (табл.4.7).

Максимальная температура на поверхности почвы и на высоте основной массы травяных растений (0-15 см), значительно ниже летальной температуры, зарегистрированной для растений разных возрастов и жизненных форм.

Таблица 4.7 - Зависимость температуры воздуха от высоты над уровнем почвы

На поверхности почвы / на высоте 15 см (10О В ремя, часы

9 11 13

Открытое место 24/28 26/30 27/31

В тени насаждения 23/26 25/28 26/30

7 -V--»• V V V** д V л л 1д у^лпич'« О

почвы нагревается значительно выше +50 С, что приводит к гибели всходов древесных растений. Травянистые растения эфемеры и эфемероиды, обладая коротким периодом вегетации, экстремальный период высоких температур и засухи переносят: первые (однолетние) - в виде семян, у вторых (многолетних) надземная часть погибает, но сохраняются корневища, клубни и луковицы [Любимов, 2009]. Для сопоставления результатов, отраженных в табл.4.7, приведем многолетние данные, полученные для засушливого района, южнее г. Саратова (табл.4.8).

Показатели/ месяцы I II III IV V VI VU VIII IX X XI XII

Мах t°C воздуха -4,S -4,7 0,5 12,3 20,7 25,6 17,6 25,3 18,8 10,3 0,8 -4,07

Ср.{"С повер. земли -9,5 -9,8 -4,0 S,76 18,1 23,3 25,6 23,4 16,2 7,22 -2,1 -8,5

Min (t°C) повер. земли -14 -15,2 -9,1 1,70 9,0 w 17,0 15,3 9,48 2,72 -53 -12,9

Мах (t° С) повер. земли -5,1 -4,5 1.2 16,S 27,4 32,3 34,9 32,4 24,1 12,6 1,1 -4,33

3,9° выше, чем в районе исследований. Максимальная не является губительной даже для проростков и растений ювенильного возраста. К

высоким температурам атмосферного воздуха и его сухости растения адаптировались, путем эволюции механизмов гомеостаза и, прежде всего, обеспечивающих оптимальный водный баланс.

4.1.4 Адаптация растений к низким температурам

Морозоустойчивость и зимостойкость интродуцентов

Если амплитуда высоких температур атмосферного воздуха в разных природных зонах не превышает 10 - 12°, то низких, чрезвычайно велика -около 90°. Толерантность растений к недостатку тепла, неодинакова и зависит от температурного режима, характерного для ареала вида, что важно при определении его перспективности для интродукции в тот или иной регион. Защитить древесные растения в открытом грунте от низких зимних температур не представляется возможным. Отбор видов следует проводить в соответствии с законом минимума и, прежде всего, сравнивая минимальные температуры в районе интродукции с районом естественного обитания вида. Наши наблюдения за результатами перезимовки видов показали, что все, вошедшие в ассортимент 196 видов характеризуются высокой морозоустойчивостью и зимостойкостью.

4.1.5 Адаптация растений к дефициту влаги

В процессе исследований установлено, что в жестких условиях, особенно на юге области, габитус, форма ствола, скученность побегов не соответствуют экобиологическим особенностям интродуцента. Растения раньше стареют, теряют декоративность. Вместе с тем, особи тех же видов, не испытывающие дефицита влаги, сохраняют нормальный рост и развитие, габшус, декоративность и устойчивость (табл. 4.9). Все особи, в независимости от вида, в условиях ежегодного высокого и стабильного увлажнения значительно превышают по высоте и диаметру особи тех же видов, находящиеся в условиях дефицита влаги.

Таблица 4.9 - Зависимость высоты и диаметра ствола у древесных _растений от влажности почвы _

Год % от ПВ Воз- Габитус растений, М±щ

май июль сентябрь раст Г Мм) <Нсм)

Асег пе£ип<Зо Ь

2005 77 76 75 23 12.5±0.3 29.2±4.1

2005 72 70 71 23 8.9±0.4 19.3±2,1

2006 75 75 76 24 12.8±0.45 30.3±2,4

2006 69 66 71 24 9,1±0.35 20.1±3,2

2007 77 76 76 25 13.2±0.5 32.2±3,1

2007 70 72 74 25 9.3±0,4 21.1±2,3

Ргахтиз 1алсео1аГа ВогскЬ.

2005 76 75 76 22 13.2±0,4 32.0±4,3

2005 70 65 69 22 8,7±0,4 19.0±4,1

2006 77 75 75 23 13,5±0.35 33.4±4,5

2006 67 69 72 23 9.6±0.32 20.3±3,9

2007 73 74 76 24 13.8±0.26 33.8±4,2

2007 70 71 71 24 9.9±0.31 21.0±3,4

Продолжение табл. 4.9

Tilia cordata Mill.

2005 77 76 76 23 11, 5±0,6 27,4±3,8

2005 66 66 67 23 8,6±0,45 17,6±3,3

2006 75 78 77 24 11, 8±0,44 28,4±4,1

2006 68 64 65 24 9,0±0,32 18,2±3,9

2007 78 75 77 25 12,3±0,49 30,1±3,6

2007 67 66 70 25 9,3±0,41 21,2±3,5

Достоверность исследований на 95% доверительном уровне не вызывает сомнений (Р< 5%, а 1>3). Ежегодно, в июле - августе, у растений, содержащихся в условиях дефицита воды, наблюдалось расцвечивание и частичное сбрасывание листьев. Исследования продолжены в 2010 г. Опыт проведен в: Аркадакском районе 15 августа 2010 г. (в 15 часов) -температура атмосферного воздуха на высоте груди составляла +зб°С (на поверхности почвы - +33°С, на глубине 20 си - +21°с,); в Балашовском районе 16 августа (в 15 часов), температура атмосферного воздуха на высоте груди составляла +35°С (на поверхности ПОЧВЫ -+33°с, на глубине 20 см - +22°е.). Температура на поверхности почвы, в дневные часы, не превышала в самые жаркие дни августа +зз°С. В корнеобитаемом горизонте (на глубине 20 см) температура почвы в самый жаркий период августа 2010 г. не превышала +23°с. Таким образом температура на поверхности почвы и в приземном слое атмосферного воздуха была значительно ниже летальной температуры для растений. Изучена и абсолютная влажность почвы (табл. 4.10). С глубиной абсолютная влажность почвы повышается с 6,7% до 11,8 %. Здесь следует отметить, что у многих 1-2-летних древесных растений корневые системы уходят в более глубокие слои почвы, в более увлажненные горизонты, что обеспечивает их сохранение.

Таблица 4.10 - Абсолютная влажность почвы (август 2010 г.)

Глубина образца, см Абсолютная влажность почвы, %

Аркадакский район Балашовский район

0-5 "6,7 6,7

10-15 8,6 7,4

20-25 10,6 11,8

Приведем годичный прирост за 2010 год у 1 и 2 - лет. сеянцев Quercus rubra L. и 2 - лет. сеянцев Mahonia aquifolium (Pursh) М/«.(табл.11). В результате исследований получены основные параметры, дающие довольно полное представление о М±ш, заслуживающие доверие на 95% доверительном уровне.

Таблица 4.11- Высота 1-2 летних растений (Балашов - 16 августа 20X0 г.)

Вид M±m, см a2 a V t P L N

Q. rubra L.-1 лет 8,»±0,19 1,18 1,1 12,2 46,4 2,16 32

Q. rubraL.-2лет 20,9±0,48 7,44 2,73 13,1 43 2,3 32

Mahonia aquifolium (Pursh) Nutt.-2 лет 18,87±0,3 2,69 1,64 13,8 40,9 2,44 32

Несмотря на экстремальные погодные условия, рост растений в середине августа 2010 г. продолжался. Вегетирующие побеги и листья у включенных в эксперимент видов небыли повреждены высокими температурами, и падения тургора не наблюдалось.

Первого мая 2010 г. был заложен опыт по определению толерантности проростков и однолетних растений Acer platanoides L. к дефициту влаги. Растения содержались в посевных гидроизолированных чеках с постоянным подпитывающим через дренаж увлажнением. В результате отмечено, что

как проростки, так и однолетние растения A. platanoides L. нормально растут и развиваются при влажности почвы не менее 70-75% от ПВ.

Начало падения тургора у проростков зарегистрировано 7 мая, при снижении влажности почвы до 59,6% от ПВ, а у однолетних растений - 6 мая, при снижении влажности почвы до 66,6% от ПВ. Частичная гибель проростков зарегистрирована 8 мая (влажность почвы - 48,2% от ПВ), а однолетних растений - 7 мая, при влажности почвы 52,3% от ПВ. Дальнейшее снижение влажности почвы привело к 100% гибели, как проростков, так и однолетних растений.

В августе 2010 г. был проведен лабораторный опыт по определению влажности завядания (ВЗ) методом вегетационных миниатюр для проростков Physocarpus opulifolius (L.) Maxim, и Acer platanoides L. Растения успешно развивались при температуре от +26° С до +32°С. ВЗ зарегистрирована при абсолютной влажности почвы 11,6% - 26 августа, при температуре +26°С. При этом следует отметить, что семена видов проросли, а всходы успешно развивались при высоких температурах, которые были не ниже, чем температуры, зарегистрированные на поверхности почвы в самые жаркие периоды 2010 г. Аналогичные результаты получены и при выращивании овощных культур (табл.4.12). Начало падения тургора у всходов редиса (сорт «Ребел») зарегистрировано 28 апреля при снижении влажности почвы до 67,3% от ПВ, а полегание всходов и частичная их гибель зарегистрированы в течение суток - 29 апреля. К этому времени влажность почвы снизилась до 47,3% от ПВ. Все всходы погибли на следующие сутки - 30 апреля (влажность почвы снизилась в опыте с огурцами - сорт «Надежда» до 12,4, в опыте с редисом - сорт «Робел» - до 15,5% от ПВ). 3 августа 2010 г., в фазе физиологической зрелости, был проведен посев семян Physocarpus opulifolius (L.) Maxim. Проростки начали появляться 7 августа, то есть на четвёртый день после посева. Температура окружающей среды в период проведения эксперимента составляла от 35 (ночью) до +37°С (днем). Результаты энергии прорастания мы сравнили с результатами, полученными в 2008 г. в городе Брянске. Первые проростки в Брянске были зарегистрированы 14 августа, на десятые сутки после закладки семян (в Балашове - на 4 сутки). Температура в продолжение опыта составляла от +20°С до +26°С. Сравнительный анализ показывает, что значительное повышение температуры - до +35°С - +37С (г. Балашов) при высоком водообеспечении (80% от ПВ) значительно сократило сроки и

повысило энергию прорастания семян (с 10 дней в г. Брянске, до 4 дней в г. Балашове).

Таблица 4.12 - Определение толерантности растений к дефициту влаги в посевных

гидроизолированных чеках с постоянным подпитывающим через дренаж _увлажнением (посев 20 апреля 2010 г.)_

Чек /Дата 25. IV 26.IV 27. IV 28. IV 29. IV 30. IV

Температура, 23 23 25 24 25 25

огурцы - сорт «Надежда» (всходов, шт) 9 12 14 14 14 0

* ***

% воды, от ПВ 100 90,6 71,2 48,3 12,4

редис - сорт «Ребел» (всходов, шт) 69 93 97 97 70 0

* »» ***

% воды, отПВ 100 94,7 67,3 47,7 15,5

*- потеря тургора; **- полегание всходов; ***-100% гибель всходов

4.2 Гидротермический режим, как основа для разработки агротехники размножения и содержания растений

Использование современных агротехнических технологий при выращивании растений, особенно в области оросительных систем, дает возможность не только избежать потери урожая, но и повысить его продуктивность.

4.2.1 Перспективность использования гидроизолированных посевных чеков, с подпитывающим через дренаж увлажнением При дефиците семян (редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды), или виды, характеризующиеся мелкими семенами, сложностью размножения в открытом грунте (тополя, ивы, гребенщики, спиреи, пузыреплодники, березы и др.), а также виды, требующие высокого стабильного увлажнения почвы, предлагаются специальные гидроизолированные посевные чеки с постоянным подпитывающим через дренаж увлажнением. Такие чеки позволяют получать стабильный выход посадочного материала растений, отличающихся трудностью генеративного размножения в питомниках, в независимости от экологических условий района интродукции и погодных условий года [Матюшенко, Любимов, Мочалов, 1980; Любимов, 2009].

Посев осуществлялся в посевной гидроизолированный чек (опыт) и в открытый грунт (контроль). Эффективность посева семян в гидроизолированные посевные чеки отражена в табл. 4.13. Посев семян в гидроизолированные посевные чеки обеспечивает повышение грунтовой всхожести (что важно при дефиците семян), создает оптимальный гидротермический режим для роста и развития растений в не зависимости от погодных условий года.

Этот метод эффективен и для научных исследований, например, для отбора солее -, засухоустойчивых видов, особей с высокой энергией роста т.д., изучения влияния высоких температур на энергию прорастания семян, определения оптимальной влажности для роста и развития растений, влажности завядания и т.др.

Таблица 4.13 - Эффективность выращивания сеянцев в опыте (посевные гидроизолированные чеки) и контроле (посев семян в открытый грунт)

Показатели

Контроль

Опыт

Разница

Площадь посева (м )

15

15

Выращено сеянцев, тыс. шт.

4,65

44,5

+39,85

Выход сеянцев с 1 mz, шт.

310,0

2970

+2660

Затраты на выращивание 1 тыс. шт., %

100

46

-54

4.2.2 Перспективностьиспользования контейнерного метода выращивания растений в условиях дефицита влаги

Проведен ряд исследований по выявлению перспективности применения контейнерного метода в Саратовской области. Изучалось влияние контейнерного метода на увеличение выхода посадочного материала с единицы площади, сокращение расхода поливной воды, срока содержания растений в питомнике, повышение процента приживаемости растений при их посадке на постоянное место. В качестве примера приведем результаты по сравнительному изучению высоты однолетних и двухлетних растений Cotoneaster lucidus Schlecht., выращенных в контейнерах и в открытом грунте (табл.4.14). Полученные значения М±т однолетних и двухлетних высот растений в контроле и опыте заслуживают доверия на 95% доверительном уровне t > 3, а Р < 5%. Рост растений в первый год после их посадки в контейнеры и в открытый грунт в опыте и контроле по высоте практически не отличался. Однако был отмечен более высокий коэффициент варьирования высот растений в контроле. Двухлетние растения в опыте были значительно выше, чем в контроле.

Таблица 4.14 - Высота однолетних и двухлетних растений, выращенных в контейнерах и в открытом грунте (см)

I М±т 8 Cv Р t

Однолетние растения (опыт)

1 12,9±0,5 I 3,85 1 29,8 3,9 1 25 |

контроль

1 12,7±0,6 I 4,62 1 36,3 4,7 21,1 |

Двухлетние растения (опыт)

1 28,6± 1,0 I 7,7 1 26,8 3,49 1 28,6 1

контроль

| 18,9±0,9 1 6,93 1 36,19 4,7 1 21 |

Условия для роста и развития посадочного материала С. lucidus Schlecht, в контейнерах более благоприятны, чем в открытом грунте. Внедрение контейнерного метода выращивания посадочного материала позволяет повысить производительность площадей питомника, что очень важно в условиях острого дефицита поливной воды. В табл. 4.15 приведен сравнительный анализ трудозатрат на выращивание растений в контейнерном питомнике и в открытом грунте. Нами проведен эксперимент по определению влияния капельного орошения на рост и развитие древесных растений в условиях пос. Пады (Балашовского района).

Таблица 4.15 - Сравнительный анализ трудозатрат на выращивание 2х летних _саженцев в открытом грунте и в контейнерном питомнике _

Разряд Открытый грунт Контейнерный питомник

человеко-часов тракторо-часов человеко-часов тракторо-часов

I 587 346

11 5486 607

III 5386 1667

IY 427 84 320 59

Y 37 37

Итого 11923 84 2977 59

4.23 Теоретическое обоснование перспективности использования метода капельного орошения в питомниках по выращиванию древесных растений и их содержанию в культуре

Выращивались саженцы Salix alba L., Cotoneaster lucidus Schlecht, и Ligustrum vulgare L. Полив осуществлялся, когда влажность корнеобитаемого слоя почвы снижалась до 72 % от ПВ. Вегетационная норма полива в опытах составила 2340 м3/ га, в контроле - 9100 м3/ га. Экономия поливной воды за вегетацию при капельном орошении в среднем составляет 6760 м3/ га. Необходимо отметить, что при капельном орошении, обеспечивающем стабильность высокого увлажнения верхнего горизонта почвы. При использовании капельного орошения в корнеобитаемом слое снижается к концу вегетации содержание водно-растворимых солей. Метод позволяет снизить затраты на выращивание саженцев на 63 - 64%. Экономия складывается из-за сокращения расхода поливной воды и увеличения выхода стандартного посадочного материала с единицы площади. При этом исключается отрицательное действие на растения почвенной засухи, улучшается микроклимат приземного слоя воздуха, обеспечивается для растений оптимальный гидротермический и водно-солевой режим. Применение капельного орошения позволяет сократить расход поливной воды в 3,7 раза, по сравнению с традиционными способами орошения.

5 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ РАЗМНОЖЕНИЯ, ВЫРАЩИВАНИЯ ПОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА И СОДЕРЖАНИЯ НАСАЖДЕНИЙ

Повышение эффективности и декоративности насаждений в Саратовской области может быть достигнуто: введением в культуру новых устойчивых видов; улучшением условий содержания существующих насаждений за счет внедрения прогрессивных, высокоэффективных методов, направленных на поддержание оптимального гидротермического режима при размножении, выращивании и содержании растений.

Для оптимизации гидротермического режима необходимо: рассчитать ГТК для района исследований и естественного местообитания интродуцента: ГТК= W/R (по A.M. Рябчикову). W- валовое увлажнение (кол-во осадков

мм/год без свободного стока); R- радиационный баланс (кол-во ккал/см2год). В районе интродукции: валовое увлажнение (W) составляет около 500 мм/год, радиационный баланс (R) 55 ккал/см2год. ГТК= 500/55 =9. В среднем, в районе естественного обитания интродуцентов, валовое увлажнение (W) составляет 700 мм/год, радиационный баланс (R) - 50 ккал/см2год. ГТК = 700/50 = 14. Таким образом, в районе исследований необходимо покрыть дефицит воды, который составит: 700 - 500 = 200 мм и разность между радиационными балансами: 55-50 = 5 ккал/см2год.

Дефицит влаги составит: 0,2 м х 10000 м2 = 2000 м3/га и, кроме того, необходимо возместить потери на испарение, так как в наших условиях R-на 5 ккал/смггод больше, чем в районе естественного обитания вида. С этой целью вводим поправочный коэффициент 1,1, тогда вегетационная норма полива составит 2000м3/га -1,1 =2200 м3/га. Однако орошение при отсутствии естественного дренажа может привести к вторичному засолению почвы. В этом случае необходимо создание дренажной системы. Внедрение в практику выращивания растений гидроизолированных посевных чеков, контейнерного метода и капельного орошения обеспечит оптимальный гидротермический и водносолевой режим для роста и развития растений, значительно снизит трудозатраты и расход поливной воды.

ВЫВОДЫ

1 Из интродуцированных в Саратовскую область 196 видов древесных растений 69 - широко введены в культуру, 95 - перспективны для создания насаждений и 32 - требуют дополнительных исследований.

2 В условиях Саратовской области насаждения испытывают острый дефицит влаги. Для повышения их декоративности, долголетия и оздоровительного эффекта необходимо обеспечение влагой корне-обитаемого горизонта почвы в течение вегетации не ниже 75 % от её ПВ.

3 У древесных и травянистых растений температура гибели листьев и вегетирующих побегов в не зависимости от вида близка к +50°С, что значительно выше температуры, зарегистрированной для Саратовской области.

4 Вегетация растений, испытывающих дефицит влаги, в условиях г. Балашова и г. Аркадак, заканчивается на 17 - 20 дней раньше, чем у растений, произрастающих в условиях достаточного увлажнения (75 % от ПВ).

5 Абсолютная влажность завядания для проростков растений разных жизненных форм составляет около 11,6%. Семена успешно прорастают, а всходы развиваются в условиях стабильного увлажнения при высоких температурах +29°С - +32°С.

6 Внедрение в Саратовской области прогрессивных технологий размножения и выращивания растений с использованием посевных гидроизолированных чеков, контейнерного метода с постоянным

подпитывающим через дренаж увлажнением и капельного орошения будет способствовать созданию оптимального для роста и развития растений гидротермического и водно-солевого режима.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи е научных журналах, включенных в перечень ВАК РФ

1 Ларионов Н.В. Экологическая характеристика водных экосистем Саратовской области / Ларионов Н.В. , Ларионов М.В., Н.П. Котова. -Красноярск: Вестник Крас. ГАУ, 2009. - Вып.12. - С.115-119.

2 Любимов В.Б. К вопросу о жароустойчивости растений / В.Б. Любимов, Н.П. Котова, Р.Н. Ломадзе. - Волгоград: Вестник Вол. ГУ. Серия 3. «Экономика. Экология», № 2.- 2009. - С.238- 244.

3 Любимов В.Б. Толерантность растений к дефициту влаги и температурному режиму / В.Б. Любимов, Н.П. Котова. - Брянск: Вестник РИО БГУ, 2010. - С. 185-190.

Статьи в других научных изданиях

4 Котова Н.П. Растения и гидротермический режим /Н.П. Котова, О.В. Лебедева О.В., Е.В. Гуркина // Актуальные проблемы науки и образования: Материалы ежегодной научно-практической конференции молодых учёных. - Балашов: Николаев, 2003. - С.74-75.

5 Любимов В.Б. Жароустойчивость растений / В.Б. Любимов, Н.П. Котова, О.В. Лебедева, Е.В. Гуркина // Структура, состояние и охрана экосистем Прихоперья: Межвузовский сборник научных статей. - Балашов: Николаев, 2003.-С.40-43.

6 Любимов В.Б. Жароустойчивость травянистых растений природной флоры Прихоперья /В.Б. Любимов, Н.П. Котова // Проблемы экологии в современном мире: Материалы 4 всероссийской Internet-конференции. -Тамбов: госуниверситет имени Г.Р. Державина, 2007. - С.60-62.

7 Любимов В.Б. Толерантность травяных растений природной флоры Прихоперья к температурному режиму / В.Б. Любимов, Н.П. Котова // Межвузовский сб.: Структура, состояние и охрана экосистем Прихоперья: Балашов: Николаев, 2007. -С.85-87

8 Котова Н.П. Толерантность травянистых растений флоры Прихоперья к высоким температурам / Н.П. Котова // Сб. трудов молодых ученых / I Междунар. эколог, конгресс: «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов ELPIT 2007.-Тольятти: ТГУ, Т.1, 2009. — С.348-354.

9 Любимов В.Б. Устойчивость травяных растений флоры Прихоперья к температурному режиму / В.Б. Любимов, Н.П. Котова // Сб. науч. стат. Междунар. науч.-прак. конф'. «Экологическая безопасность региона». -Брянск: РИО БГУ, 2008. - С.177-180.

10 Любимов В.Б. Экологическая валентность растений к температурному фактору / В.Б. Любимов, Н.П. Котова, И.В. Мельников //

Экологическая безопасность региона. 2 Междунар. науч.-прак. конф -Брянск: Курсив, 2009. - С.213-219,

11 Любимов В.Б. Пределы толерантности растений к высоким и низким температурам / В.Б. Любимов, Н.П. Котова // Экологическая безопасность региона. 2 Междунар. науч.-прак. Конф. - Брянск: Курсив, 2009. - С.21-22.

12 Любимов В.Б. Теоретическое обоснование видового состава растений для создания защитных насаждений и методы его освоения /В.Б. Любимов, Е.В. Борздыко, Н.В. Маркелова, Н.П. Котова // Современные проблемы оптимизации зональных и нарушенных земель. Материалы междунар. науч.-практ. конф., посвященной 40-летию Воронежской школы рекультиваторщиков, 21-24 октября 2009 г. - Воронеж, 209.-С. 267-271.

13 Любимов В.Б. Экологическая валентность растений к температурному режиму / В.Б. Любимов, Н.П. Котова, И.В. Мельников // Растительность Восточной Европы: классификация, экология и охрана. Материалы Междунар. науч. конфер. (Россия, г. Брянск, 19-21 октября 2009 г.). - Брянск: БГУ, 2009 - С.132-135.

14 Котова Н.П. Толерантность растений к высоким температурам / Н.П. Котова // II Междунар. эколог, конгресс: «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов.- Тольятти-ТГУ, 2009. - С.25-30.

15 Котова Н.П. Толерантность растений к температурному режиму /Н.П. Котова // Актуальные проблемы науки и образования. Сб. научных статей //Под общ. ред. С.К. Ляшко. - Балашов: Николаев, 2010. - С.95-97.

16 Любимов В.Б. Компоненты гвдротермического режима и их влияние на рост и развитие интродуцентов / В.Б. Любимов, Н.П. Котова, Е.В. Мельников, В.Ю. Петрак, В.В. Солдатова // Антропогенная трансформация экосистем. Всерос. Науч.- прак. конф. с междунар. участием. - Балашов: Николаев, 2010.-С.ЮМ 16.

17 Любимов В.Б. Рост и развитие интродуцентов в условиях дефицита влаги и высоких температур / В.Б. Любимов, Н.П. Котова, Е.В. Мельников, В.Ю. Петрак, В.В. Солдатова // Материалы 3 Международной научно-практической конференции: «Экологическая безопасность региона» -Брянск: Курсив, 2010. -С. 108-125.

18 Любимов В.Б. Ответные реакции разных жизненных форм и возрастных групп растений на компоненты засухи / В.Б. Любимов, И.В. Мельников, Е.В. Мельников, В.Ю. Петрак, Н.П. Котова // Российско-Белорусско-Украинское пограничье: 25-летие экологических и социально-педагогических проблем в постчернобыльский период: Сб. матер, междунар. науч.-прак. конф,- Брянск: БГУ, 2011.- С.96-102.

19 Любимов В.Б. Ответные реакции растений на компоненты засухи 1 В.Б. Любимов, Е.В. Борздыко, Н.В. Маркелова, Е.В. Мельников, Н.В. Котова // Трансграничное сотрудничество в области экологической безопасности окружающей среды. Материалы Междунар. науч.-прак. конф. - Гомель 2011.-С.191-196.

Подписано в печать 21 сентября 2011 г. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Бумага офсетная. Ус. п. л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ №654. РИО Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского 243036, г. Брянск, ул. Бежицкая, 14 Отпечатано в печатном цехе БГУ.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Котова, Наталья Петровна

1 ИЗУЧЕННОСТЬ ВОПРОСОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Интродукция и её значение для восстановления состояния окружающей среды.8»

1.1.1 Теория и практика интродукции растений.

1.2 Толерантность растений.к абиотическим факторам.

1.3 Создание насаждений различного назначения.

1.3.1 Прогрессивные технологии, направленные на обеспечение оптимального гидротермического режима выращивания растений.

1.3:2 Развитие и состояние насаждений, в Саратовской области.

2 ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ.

3 ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Экобиологическая характеристика озеленительного ассортимента урбанизированных территорий Саратовской области.

4. 1.1 Видовой состав интродуцентов и его география.

4. 1. 2 Сезонное развитие интродуцентов.

4.1.3 Адаптация растений к высоким температурам.

4.1.4 Адаптация растений к низким температурам.98^

4.1.5 Адаптация, растений к дефициту влаги.

4.2 Гидротермический режим, как основа для разработки агротехники размножения и содержания растений.

4.2.1 Перспективность использования гидроизолированных посевных чеков, с подпитывающим через дренаж увлажнением.

4.2.2 Перспективность использования контейнерного метода выращиваниярастений, с подпитывающим увлажнением в условиях дефицита влаги.

4.2.3 Теоретическое обоснование перспективности использования метода капельного орошения в питомниках по выращиванию древесных растений и*их содержанию в культуре.

5 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ РАЗМНОЖЕНИЯ, ВЫРАЩИВАНИЯ ПОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА И СОДЕРЖАНИЯ НАСАЖДЕНИЙ.

ВЫВОДЫ.149

Введение Диссертация по биологии, на тему "Толерантность растений к гидротермическому режиму и его значение для оптимизации условий их культивирования"

Актуальность темы. Экологические проблемы особенно остро стоят в засушливых регионах страны, наиболее подверженных эрозионным процессам; способствующим развитию опустынивания^ и экологического кризиса. Чаще других регионов, засушливые регионы подвержены действию пыльных бурь, атмосферной и почвенной засухи, приводящих к потере урожая сельскохозяйственных, овощных и. плодово-ягодных культур: Почвенная ш атмосферная: засухи- высокие температуры, напряженный ветровой? режим негативно сказываются на; состояние рекреационных' и защитных» насаждений; а также насаждений; составляющих озеленение городов и населенных пунктов: В значительной степени такие насаждения теряют способность к оздоровлению окружающей среды, что в конечном итоге отрицательно сказывается и. на здоровье человека. Исключительно большое значение для решения целого ряда, экологических проблем,, особенно в аридных регионах, в том числе и для оздоровления окружающей среды, является интенсификация лесокультурного производства, в том числе создание насаждений рекреационного назначения, развитие и совершенствование сельского хозяйства, плодоводства, овощеводства; Большое значение для оздоровления окружающей человека среды, создания благоприятных условий для его жизнедеятельности и отдыха является озеленение городов, сел, рабочих, поселков, промышленных и сельскохозяйственных объектов; создание садов и парков, рекреационных зон. Бедность флоры в засушливых районах, в том числе и в районе исследований (Саратовская область) высокоствольными, высокопродуктивными, декоративными видами древесных растений, красивоцветущими кустарниками, а также и травянистыми растениями определяет актуальность ее обогащения за счет введения в культуру новых видов, форм и сортов (из числа покрытосеменных и голосеменных растений), обладающих хозяйственно-ценными свойствами для озеленения городов и сел, создания лесных культур и защитного лесоразведения. А также повышения продуктивности сельскохозяйственных, плодово-ягодных и технических культур. Реализация этой проблемы во многом зависит от эффективности исследований в области интродукции растений. Комплекс исследований включает не только теоретическое обоснование при подборе новых, перспективных для интродукции видов, гибридов, форм и сортов, но •и разработку агротехнических приемов размножения, выращивания, их содержания в культуре. Разработку методов, направленных на повышение продуктивности и реализацию биологического потенциала интродуцента или хозяйственно ценного представителя природной флоры. При этом особое значение имеет определение толерантности вида к абиотическим факторам, сила которых в районе исследований выходит за пределы экологической валентности интродуцента. Необходима разработка приемов, позволяющих нейтрализовать отрицательное действие этих факторов и моделировать оптимальный режим для роста и развития растений. Решению этих актуальных вопросов посвящена тема диссертационной работы: «Толерантность растений к гидротермическому режиму и его значение для оптимизации условий их культивирования».

Объект исследования - древесные и травянистые растения. Исследовалась их толерантность к высоким, низким температурам и дефициту влаги.

Цель исследования - определение толерантности растений, относящихся к разным жизненным формам (деревья, кустарники, травянистые растения) и возрастным группам к основным лимитирующим интродукцию абиотическим факторам и, прежде всего, к высоким летним и низким зимним температурам и дефициту влаги; на основе анализа, полученных результатов исследований, разработка теоретически обоснованных и экспериментально проверенных рекомендаций, направленных на оптимизацию условий для размножения, выращивания и содержания в культуре растений, с использованием прогрессивных и апробированных технологий, позволяющих моделирование оптимальных условий для реализации ими биологического потенциала.

Задачи исследования:

1- уточнить видовой состав природных и антропогенных экосистем Балашовского и Аркадакского районов Саратовской области;

2- определить» толерантность растений к высоким и низким температурам атмосферного воздуха;

3- изучить толерантность растений к дефициту влаги в почве;

4- определить целесообразность применения гидротермического режима, как основы для разработки агротехники размножения и содержания растений;

5- разработать научно-обоснованные рекомендации', направленные на оптимизацию процессов размножения, выращивания и содержания-растений, с использованием прогрессивных технологий.

Исследования проводились в период с 2002 по 2011 гг. в Саратовской области (стационарные в Балашовском и Аркадакском районах) в Балашовском институте (филиале) Саратовского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского в соответствии с научно-исследовательской кафедральной темой: «Природные и рукотворные экосистемы Прихоперья, их состояние и пути улучшения».

Основные положения, выносимые на защиту:

- высокие температуры атмосферного воздуха не являются причиной гибели растений, а лишь способствуют усилению дефицита влаги в почве, что губительно для всходов и ювенильных растений;

- дифференцировать виды по степени их жароустойчивости не представляется возможным;

- при водообеспечении почвы (не ниже 75% от ПВ), экстремальные температуры атмосферного воздуха в районе исследований не выходят за пределы валентности вида, а лишь активизируют рост и развитие;

- основными, лимитирующими интродукцию экологическими факторами, являются абсолютный минимум температуры и дефицит влаги, отрицательное влияние первого невозможно нейтрализовать антропогенно, успешная нейтрализация второго за счет внедрения прогрессивных технологий и, прежде всего, методов орошения позволяет моделировать оптимальный'гидротермический режим для роста и развития.растений;

- внедрение рекомендаций с использованием^ контейнерного метода выращивания^ с подпитывающим через дренаж увлажнением, гидроизолированных посевных чеков и капельного орошения позволит моделировать! и, поддерживать оптимальный для роста и развития растений гидротермический режим.

Научная новизна:

- определена^ толерантность ряда покрытосеменных и голосеменных растений к температурному режиму и:дефициту влаги в почве; выявлена необоснованность применения показателя «жароустойчивости», основанного на определении летальной температуры для листьев в^водяной-бане;

- высокие температуры при влажности почвы не ниже 75% от её полевой влагоёмкости (ПВ), обеспечивают активный рост и развитие растений;

- длительный дефицит влаги в почве, ниже 70% от её ПВ сопровождается угнетением и снижением продуктивности растений;

- для проведения лабораторных исследований и в практике выращивания посадочного материала предложено использование модифицированного контейнерного метода, обеспечивающего подпитывающее стабильное увлажнение.

Практическая значимость. Внедрение практических рекомендаций в производственную практику (лесничества, сельскохозяйственные и озеленительные организации), основанных на применении прогрессивных технологий, направленных на оптимизацию процессов размножения, выращивания посадочного материала и содержания растений, будет способствовать повышению продуктивности сельскохозяйственных, овощных и плодово-ягодных культур, сокращению сроков выращивания посадочного материала, повышению экологической эффективности и декоративности насаждений различного целевого назначения.

Личный^ вклад.2 Автором диссертации самостоятельно разработаны программа и определены методы и проведены лабораторные, и полевые исследования, осуществлен сбор, обработка- и анализ материалов, обоснованы' теоретические положения диссертационной работы, выводы и рекомендации! Опубликованные работы написаны автором или при его участии.

Апробация работы. Результаты исследований, докладывались на: науч.-прак. конф. молодых учёных: «Актуальные проблемы, науки и образования» - Балашов, 2003; межвуз. науч.- прак. конф.: «Структура, состояние и охрана экосистем ГГрихоперья» - Балашов; 2003, 2007; 4 Всерос. Internet- конф.: «Проблемы экологии в современном мире» - Тамбов, 2007; Междунар. науч. - прак. конф.: «Экологическая безопасность региона» -Брянск 2008, 2009, 2010; Междунар. науч.- прак. конф.-: «Современные проблемы оптимизации зональных и нарушенных земель» - Воронеж, 2009; Междунар. научно-прак. конф.: «Трансграничное сотрудничество в области экологической безопасности окружающей, среды» — Гомель, 2011.

Достоверность результатов обеспечена многолетними комплексными исследованиями; проведенными современными методами и статистической обработкой данных с использованием компьютерной программы Microsoft Excel 2007.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 работ, в т.ч. три в журналах, включенных в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из общей характеристики работы, 5 разделов, выводов, списка литературы, представленного 231 источником' в том числе 205 - отечественных и 26 -иностранных работ и приложения, включающего три таблицы. Общий объем диссертации составляет 220 страниц в компьютерном варианте, включает 27 таблиц и 53 рисунка.