Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Ценопопуляционный анализ луговых агроценозов (на примере Белорусского Полесья)

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Дайнеко, Николай Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ШЗШЮ-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА

ИССЛЕДОВАНИЙ.

Климат.

Геология.

Рельеф.

Почвы.

Растительность.

Глава П. НЕКОТОРЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВЫСЕЯНЫХ

ВИДОВ.

Ежа сборная.

Райграс пастбищный.

Тимофеевка луговая.

Овсяница луговая.

Кострец безостый.

Клевер ползучий.

Клевер луговой.

Луговые травосмеси.

Глава Ш. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Глава 1У. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ И

РАЗВИТИЯ РАСТЕНИЙ.

Жизненное состояние особей.

Темпы развития.

Поливариантность, развития.

Средняя надземная масса особей.

Глава У. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ВЫСЕЯННЫХ

ПОПУЛЯЦИЙ.

Жизненное состояние ценопопуляции.

Средний балл жизненного состояния.

Суммарная жизненность.

Плотность особей сеяных ценопопуляций.

Длительность существования возрастных групп в составе ценопопуляций.

Мощность ценопопуляции.

Динамика прироста надземной фитомассы в сеяных ценопопуляциях.Г.

Химический состав фитомассы ценопопуляций сеяных видов.Г.

Глава У1. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ

АГРОЦЕНОЗА.

Возрастность сеяной части агроценоза.

Плотность.

Урожайность агроценоза.

Вертикальная надземная структура агроценоза.

Вертикальная подземная структура агроценозов.

Вынос макроэлементов с урожаем агроценозов.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Ценопопуляционный анализ луговых агроценозов (на примере Белорусского Полесья)"

На ХХУ, ХХУ1 съездах КПСС, а также в постановлениях июльского Пленума ЦК КПСС (1978 г.), майского (1982 г.), октябрьского (1984 г.) постоянно обращается большое внимание на увеличение и улучшение качества производимых кормов.

Одним из главных условий успешного выполнения Продовольственной программы, утвержденной майским (1982 г.) Пленумом ЦК КПСС является коренное улучшение кормовой базы животноводства. Создание сеяных многовидовых агроценозов - важнейший путь интенсификации лугопастбшцного хозяйства. Увеличение и улучшение качества производимых кормов представляет собой актуальнейшую задачу в сельском хозяйстве. Не менее актуальными остаются и вопросы применения высоких доз удобрения и орошения. Сеяные луговые агроценозы - культурфитоценозы по Ю.П.Бялловичу (1936, с. 27), под которыми понимается "Определенная культура, рассматриваемая как совокупность растений, характеризующаяся определенными взаимоотношениями между растениями и средой, возникающими в результате наложения реакции ландшафта и борьбы за существование на комплекс целенаправленных растениеводческих мероприятий", как правило, более урожайны по сравнению с естественными сенокосами и пастбищами. Луговые агрофитоценозы являются высокоотзывчивыми на внесение повышенных доз удобрений, орошение и другие приемы ухода. Многовидовые посевы многолетних мезофильных трав по строению и особенностям развития представляют собой промежуточное звено между естественными многовидовыми луговыми сообществами и агрофитоценозами, состоящими 'из ежегодно возделываемых растений.

Изучение онтогенетических изменений у многолетних растений различных биоморф и вццеление возрастных состояний в большом жизненном цикле (Об этом подробнее см. П главу) компонентов агрофи-тоценоза является начальным этапом любых ценопопуляционных исследований. Стабилизация параметров и динамические процессы, происходящие в ценопопуляциях, в свою очередь, приводят к изменениям агрофитоценоза как целого. Изучение биологических систем на разных уровнях - организменном, ценопопуляционном и фитоценотичес-ком - помогут проследить сезонную, флюктуационную и сукцесионную изменчивость. Сопоставление структурных и временных изменений выявит количественную и качественную неоднородность каждого из этих уровней, даст возможность более целенаправленно подбирать компоненты луговых агрофитоценозов. А.А.Часовенная (1975 г.), И.В.Юрин (1979 г.), В.В.Туганаев, Б.М.Миркин (1982 г.) и др. актуальными проблемами, стоящими перед отечественной агрофитоценологией считали:

1) изучение взаимосвязей между отдельными компонентами агрофитоценозов;

2) разработку теоретических основ создания высокопродуктивных травостоев.

Как отмечает Т.А.Работнов (1950а, с. 7) изучение "механизма" смен луговой растительности, т.е. выяснение вопроса, каким образом одни виды растений исчезают из состава ценозов, а другие появляются, представляют собой одну из важнейших проблем фитоценологии. Этот "механизм" может быть вскрыт лишь на основе изучения поведения отдельных особей, слагающих ценозы, т.е. на основе изучения жизненного цикла луговых растений. Изучение последнего вопроса тесно связано с выяснением возрастного состава популяции компонентов луговых ценозов.

Ценопопуляционно-онтогенетический подход в изучении динамики естественных и искусственных лугов представляет несомненный интерес как способ исследования механизмов адаптации растений, позволяющих виду стабилизироваться или выпадать из ценоза. Временные изменения систем разного уровня (особи, ценопопуляции, ценоза) позволяют охарактеризовать этапы и скорость развития систем разного уровня. Это даст возможность выработать пути поддержания травостоя в нужном состоянии и целенаправленно вмешиваться в развитие ценоза. Как справедливо считают Л.Й.Номоконов и В.Г.Сидоренко (1980 г.), для создания кормовых агроценозов растения необходимо подбирать с учетом их ценотической совместимости, биоморфологической и экологической разнородности, "продолжительности жизни, общего темпа развития, ритма и скорости сезонного развития" (стр. 169-170).

В пойме нижнего течения р. Сож было проведено изучение разно-годичной изменчивости численности и возрастного состава популяций полевицы Сырейщикова ( Agrost is syreisthlkovii Smirru ) продуктивности, структуры фитомассы и особенностей температурного режима травостоя луговых фитоценозов. Проведенная работа выявила необходимость постановки эксперимента.

Изучение различных травосмесей показало, что одни виды достигают максимума урожайности в первые 1-3 года (малолетники), затем их последовательно сменяют более долголетние травы. Подобные травосмеси, в которых последовательно вместо выпадающих малолетних видов занимают место средне и долголетние виды, были высеяны на территории колхоза "Третий решающий" Солигорского района Минской области на различных наиболее типичных в Белорусском Полесье почвах. Изучение развития видов в травосмеси позволит проанализировать возрастание регрессивных признаков в ходе сукцессий ценоза согласно волновой теории развития ценопопуляции А.А.Уранова (1975 г.). Специфической особенностью сукцесионных смен высеяных агрофитоценозов являлось наличие только вегетативного способа самоподцержания у сеяных ценопопуляций, трансформация всего агроценоза и развитие ценопопуляций по типу "свертывающихся круговоротов"* поколений особей.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Важной в теоретическом и практическом отношении проблемой создания и длительного существования искусственных фитоценозов является приближение этих фитоценозов к очень важным свойствам естественных, таких как: I - обеспечение относительной устойчивости сообщества к сезонным и разногодичным климатическим колебаниям; 2 - создание замкнутости искусственного фитоценоза агротехническими приемами и системой ухода и использования от внедрения сорняков; 3 - создание ценозов с относительно стабильными популяциями - полночленными по возрастному составу, в которых постоянно происходит круговорот поколений, малоизменяющимися по плотности и др. Из стоящих перед агрофитоценологией крупных проблем, нами была сделана попытка выяснить лишь некоторые вопросы развития искусственного сообщества.

Нами была поставлена цель - I) выявить основные закономерности формирования и сукцессивной динамики агроценозов, происходящие на организменном, ценопопуляционном и ценотическом уровнях при различной интенсивности антропогенного влияния. 2) Попытаться обеспечить продолжительное продуктивное долголетие при интенсивном многоукосном использовании и следовательно отсутствии семенного возобновления, на фоне повышенных доз минеральных удобрений и орошения.

Термин К.А.Куркина (Куркин и др., 1981, с. 67), предложенный для характеристики одной из форм связи системной субординации.

Основные задачи экспериментального исследования состояли в следующем:

1) в изучении дифференциации особей (возрастной, по жизненному состоянию, темпам онтогенетического развития и др.);

2) в выявлении особенностей структуры и динамики ценопопуля-ций (таких интегральных показателей, как средний балл жизненного состояния ценопопуляции и его изменчивость, наземная масса цено-популяции и ее динамика, плотности, смертности, возрастного состава ценопопуляции, возрастности и др.);

3) особенностей структуры ценозов, динамики урожайности ценозов, особенностей сукцессионных смен и процессов, приводящих к перестройке и образованию новых сообществ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ

Впервые проведено изучение закономерностей формирования и развития луговых агрофитоценозов с использованием популяционно-онтогенетического подхода. Выявленные закономерности развития аг-роценоза как биологической системы, вносят определенный вклад в решение актуальных проблем отечественной агрофитоценологии. Выводы работы можно будет использовать для создания теории развития сеяных сообществ. Изучение структуры и динамики ценопопуляций в посевах с применением популяционно-онтогенетического подхода в условиях Белоруссии не проводилось.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ

В результате исследований, проводившихся на основных, преобладающих в Белорусском Полесье, типах почв были даны практические рекомендации создания и использования культурных сенокосов и пастбищ. Выводы и результаты исследований можно использовать при проведении практики студентов. Результаты исследований можно включить в курс лекций по "Агрофитоценологии".

Результаты работ внедрены в колхозе "Третий решающий" Соли-горского района Минской области, в совхозе "Оресса" Октябрьского района, Гомельской области на площади 140 га. Лабораторией лугового кормопроизводства Полесской сельскохозяйственной опытной станции с учетом полученных результатов ценопопуляционного анализа в 1983-1987 гг. в колхозах и совхозах Белорусского Полесья будет произведено залужение на площади 1000 га.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Результаты исследований докладывались и обсуждались на Всесоюзном совещании по биологической продуктивности почв (Москва, 1979 г.), на Всесоюзной конференции "Основные аспекты популяцион-ной биологии растений" (Москва, 1983 г.), на семинаре "Динамика ценопопуляций травянистых растений" (Львов, 1983); на научных семинарах Проблемной биологической лаборатории "Численность популяции растений и животных и воспроизводство полезных видов" МГПИ им. В.И.Ленина (Москва, 1977, 1982 гг.).

Результаты исследований использовались при проведении практики студентов П курса биолого-химического факультета МГПИ им. В.И.Ленина в 1975-1977 гг.

Заключение Диссертация по теме "Ботаника", Дайнеко, Николай Михайлович

Общие выводы

1. В агрофитоценозах, как высокоподвижных неустойчивых сообществах, смена видов соответствовала теоретически ожидаемым выпадениям малолетних видов и захвату освободившейся площади долголетними злаками. Высев сходных травосмесей приводил к формированию несколько различных травостоев, но наиболее устойчивой к многократному скашиванию, высокоотзывчивой на внесение удобрений и дольше всего сохраняющейся в сообществе был вариант с господством ежи.

2. Совокупность используемых нами параметров на 3-х уровнях организации систем позволила получить относительно полную картину динамики агроценозов. Ценопопуляционно-онтогенетический подход в изучении динамики агрофитоценозов выявил сопряженную изменчивость следующих параметров: на уровне особи - возрастные состояния, жизненное состояние, темпы развития, поливариантность для характеристики возрастной динамики роста и развития; на уровне ценопопуляции - возрастной состав, возрастность, жизненность, таких демографических параметров как абсолютная и относительная численность, выживаемость, удельная смертность; длительность существования возрастных групп; на уровне ценоза - возрастность сеяной части и ее плотность, круговорот поколений ценопопуляций, урожайность, круговорот макроэлементов ценоза как целого для характеристики сукцессионных смен агроценозов и их организации.

3. Используемые параметры позволяют анализировать динамические процессы и стабилизацию систем на 3 уровнях. Анализ цено-популяционных параметров при интенсивном использовании при наличии только вегетативного способа самоподцержания показал развитие по принципу свертывающихся поколений особей. .

Агроценозы являются удобным объектом изучения динамики * всех трех уровней организации систём в масштабе абсолютного и относительного (состояния) возреСста.

ПРШОКЕНЗШ