Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние рельефа и лесонасаждений на видовой состав и продуктивность травянистых фитоценозов в условиях северной части Среднерусской возвышенности

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Овсянников, Роман Иванович

Введение.

1. Обзор литературы.

1.1. Из истории изучения фитоценозов.

1.2. История изучения растительности на северо-востоке Орловской области.

2. Почвенно-климатические и погодные условия. Методика исследований.

2.1. Почвенно-климатические условия в районах проведения исследований.

2.2. Погодные условия в 1998 - 2001 гг.

2.3. Методика исследований.

3. Результаты исследований.

3.1. Распределение увлажнения на склонах - абиотического фактора, формирующего естественные травостои ландшафта и почвенный покров.

3.2. Освещение как абиотический фактор на склонах разной экспозиции и крутизны и его влияние на увлажнение склонов.

3.3. Влияние неравномерности в распределении интенсивности абиотических факторов на продуктивность и состав естественных травостоев на склонах.

3.4. Интерполяция результатов исследований на северную часть Среднерусской возвышенности.

3.5. Флористический состав и сезонная динамика сеяных травостоев на Шатиловской опытной станции в связи с их устойчивостью и стабильностью.

3.6. Влияние древесных насаждений и мезорельефа на флористический состав и проективное покрытие травянистого яруса Шатиловского леса и его опушек.

3.7. Влияние экспозиции склонов на состав сегетальной флоры в агрофитоценозах Шатиловской опытной станции.

3.8. Состав травянистой флоры Шатиловской опытной станции. Редкие виды. Основные пути повышения продуктивности кормовых угодий в системе агроландшафта.

4.1. Флористическое улучшение фитоценозов при различных условиях увлажнения на склонах.

4.2. Закладка лесополос и другие пути повышения увлажнения на склоновых кормовых угодьях.

4.3. Дифференцированное использование земель агроландшафта с учётом особенностей рельефа.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Влияние рельефа и лесонасаждений на видовой состав и продуктивность травянистых фитоценозов в условиях северной части Среднерусской возвышенности"

В связи с реформированием экономики России и переходом на рыночные отношения, улучшение травостоев на сенокосах и пастбищах в последние годы почти нигде не проводилось. Выпас во многих случаях проводился бессистемно. Поэтому продуктивность большинства кормовых угодий невысока, и они нуждаются в мерах, направленных на их улучшение. Улучшение кормовой базы особенно актуально и в связи с необходимостью восстановления в хозяйствах поголовья крупного рогатого скота.

Необходимо отметить, что слишком высокая степень распаханности Центрально-Чернозёмного региона привела к интенсивным эрозионным процессам. Плоскостная и линейная эрозия способствуют уменьшению содержания гумуса и минеральных элементов в плодородном слое почвы, росту оврагов, сокращению площади полей и расчленению их на мелкие участки. Снижение почвенного плодородия приводит к уменьшению продуктивности агрофитоценозов и, как следствие, - к понижению их рентабельности. Сведение лесных массивов привело к тому, что чаще стали происходить засухи, а урожайность полевых культур стала менее стабильной по годам [93]. Опасность деградации ландшафтов заставляет ставить вопрос о необходимости сокращения площади пахотных земель и повышения доли сенокосов, пастбищ, лесов, водоёмов. В последнее десятилетие XX века, действительно, наблюдалась тенденция сокращения пахотных земель, однако происходило оно стихийно, и было связано исключительно с негативными процессами в экономике. Назрела необходимость продуманного повышения доли земель, занятых стабилизирующими угодьями (многолетние травы и древесные насаждения). И это особенно важно для пересечённого рельефа Среднерусской возвышенности, где сильно развиты эрозионные процессы [71],[61]. Оптимизация воздействия общества на природу признаётся в настоящее время фундаментальной проблемой [93]. На современном этапе взаимодействия природы и общества как одна из актуальных проблем рассматривается необходимость конструирования элементов окружающей среды по образцу и подобию природных и достижения гармоничного развития природы и экономики [3].

Влияние рельефа на растительные сообщества неоднократно находило отражение в работах исследователей. Особенно это касается изучения крупных форм рельефа. Влияние макросклонов на показатели развития фитоценозов известно хорошо и всегда учитывается при проведении сельскохозяйственных работ. Мезосклонам традиционно уделялось меньше внимания. В этом случае тоже признаётся связь между рельефом и растительностью. Но нередко в работах исследователей основное внимание уделяется крутизне склонов или же наоборот - экспозиции, а другие особенности склонов в таких случаях игнорируются. Традиционное изучение продуктивности и состава травостоев дискретно по «секторам» (северные, южные, восточные, западные склоны) имеет свои недостатки, поскольку игнорируются склоны других экспозиций. Не в полной мере соответствует действительности и точка зрения, согласно которой растительность южных и северных склонов представляет собой крайние варианты в пределах какой-либо территории. Отметим также, что, к сожалению, во многих случаях работы исследователей ограничивались только выявлением закономерностей, а вопрос о применении полученных результатов в практической деятельности не ставился.

Однако, участки склоновых земель имеют разную хозяйственную ценность и не одинаково способны обеспечивать урожайность культур. Известно, что растения (яблони, виноград, оливковые деревья и др.) наиболее успешно развиваются не на всех экспозициях склонов [17],[4],[194],[197]. Поэтому было бы желательно определить, какие же земли в системе агроландшафта наиболее пригодны для залужения, и какие виды кормовых трав целесообразно использовать для улучшения кормовых угодий на разных участках местности.

В настоящее время существуют различные рекомендации по проведению сельскохозяйственных работ на склонах. В них учитывается главным образом крутизна склонов, а экспозиции уделяется меньше внимания. Однако, общеизвестно, что склоны разных экспозиций могут существенно различаться по набору микроклиматических условий. Разница в интенсивности абиотических факторов не может не оказывать влияния на продуктивность агрофитоценозов (а также и на другие показатели развития травостоев). Но очень часто особенности микроклимата, обусловленные мезорельефом, недостаточно учитываются при проведении сельскохозяйственных работ, в том числе при улучшении кормовых угодий. На самых различных склонах высеваются одни и те же травосмеси без учёта возможной устойчивости и продуктивности видов в данных условиях. Поэтому нельзя утверждать, что влияние мезорельефа на фитоценозы изучено достаточно полно, а климатические ресурсы ландшафтов используются достаточно рационально.

Актуальность темы обусловлена влиянием мезорельефа на интенсивность абиотических факторов, на продуктивность и устойчивость агрофитоценозов и необходимостью предотвращения дальнейшей деградации агроландшафтов.

Цель исследований:

Выявить закономерности в распределении увлажнения и других абиотических факторов по склонам разной экспозиции и крутизны и определить склоны, предоставляющие наиболее благоприятные условия (экологический оптимум) для развития отдельных видов кормовых трав.

Задачи исследований:

1) Выявить влияние мезорельефа на интенсивность основных абиотических факторов и на продуктивность травостоев в условиях северной части Среднерусской возвышенности.

2) Оценить влияние различно ориентированных лесополос на продуктивность в прилегающей к ним части кормовых угодий.

3) Дать предложения по дифференцированному применению кормовых трав на склонах разной экспозиции и крутизны.

Научная новизна:

Впервые для анализа влияния рельефа на изменение увлажнения и растительности был использован метод диаграмм с радиально-концентрической сеткой координат, которые могут быть использованы для прогноза количественных показателей рассматриваемого явления - как в пространстве, так и во времени.

Для склонов разной экспозиции и крутизны выявлен характер распределения абиотических факторов, надземной фитомассы (общей, по видам и по группам трав) и показаны причинно-следственные связи.

Проведена оценка влияния различно ориентированных лесополос на световой режим и увлажнение прилегающих кормовых угодий и на их продуктивность.

Практическая значимость:

1) В условиях Орловской области определена экспозиция и крутизна склонов, в пределах которых наблюдается экологический оптимум по фактору увлажнения для дикорастущих форм многих видов кормовых трав. На этих участках кормовые травы оказались наиболее конкурентоспособными. Дифференцированный подбор видов и сортов кормовых трав при флористическом улучшении с учётом условий рельефа способствует формированию более продуктивных и более устойчивых во времени фитоценозов.

2) Даны предложения по оптимальному расположению в агроландшафтах с пересечённым рельефом полевых культур, многолетних трав, плодово-ягодных и древесных насаждений, а также микрозаказников с сохранившейся лугово-степной растительностью. В перспективе это будет способствовать стабилизации агроландшафтов и повышению их общей продуктивности. 8

Апробация работы:

Результаты исследований докладывались в Орловском государственном университете на кафедре основ сельского хозяйства и почвоведения (1999, 2000, 2001, 2002), в Орловском государственном агроуниверситете (2001), в Курской сельскохозяйственной академии (2002) и на конференции «Природные ресурсы - основа экономической стратегии Орловской области», проходившей в ноябре 2001 г. в Орле.

Экспериментальные результаты опубликованы в журналах и сборниках (к настоящему времени опубликовано 7 статей). Положения, выносимые на защиту:

1. Характер распределения на склонах экологического оптимума по фактору увлажнения для разных видов дикорастущих форм кормовых трав в условиях северной части Среднерусской возвышенности.

2. Характер распределения абиотических факторов и надземной фитомассы на склонах разной экспозиции и крутизны.

3. Оптимальное расположение в агроландшафтах с пересечённым рельефом различных угодий.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Овсянников, Роман Иванович

142 ВЫВОДЫ.

Увлажнение на склонах с естественными травостоями в северной части Среднерусской возвышенности распределяется таким образом, что наиболее высокие значения наблюдаются на северозападных и западных экспозициях, наименьшие - на южных и юго-восточных склонах. Основная причина неравномерного увлажнения склонов кроется в особенностях поступления солнечной радиации.

Злаковый травостой лучше развит на хорошо увлажнённых склонах западной и северо-западной экспозиций. А максимальные значения надземной фитомассы бобовых трав наблюдаются на склонах южной и юго-восточной экспозиций. Распределение надземной фитомассы травянистых растений на склонах строится по принципу пространственного экологического дополнения.

Микроложбины оказывают сильное влияние на общую продуктивность и флористический состав травостоя и способны многократно изменять надземную фитомассу видов. Экспозиция и крутизна склонов определяют . состав и проективное покрытие травянистого яруса под пологом смешанных (с участием Pinus strobes L.) и лиственничных насаждений. Состав сегетальной растительности в агрофитоценозах также зависит от экспозиции склонов. Все дикорастущие виды в составе сеяных многолетних травостоев используют пространство в нижнем ярусе. Поэтому целесообразно испытание травосмесей, включающих и низкорослые кормовые травы.

Экологический оптимум по фактору увлажнения для наиболее ценных видов кормовых трав наблюдается на склонах разной

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

При определении участков для посева различных культур следует сопоставлять их требовательность с абиотическими факторами на склонах разной экспозиции и крутизны с учётом разработанных нами диаграмм.

При создании сеяных травостоев в условиях пересечённого рельефа целесообразно учитывать наши данные о приуроченности экологических оптимумов кормовых трав к склонам определённой экспозиции и крутизны. Более рациональное размещение кормовых угодий с разными травосмесями должно способствовать повышению их общей продуктивности.

При организации агроландшафтов в условиях пересечённого рельефа следует распределять сельскохозяйственные угодья и лесонасаждения с учётом их взаимного расположения а также -экспозиции и крутизны склонов, т.к. от этого будет зависеть устойчивость к эрозионным процессам и общая продуктивность. На восточных, юго-восточных и южных склонах северовосточной части Орловской области с повышенной встречаемостью редких лугово-степных видов в связи с проблемой сохранения общего биоразнообразия необходима организация микрозаказников и размещение пасек медоносных пчёл.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата сельскохозяйственных наук, Овсянников, Роман Иванович, Орел

1. Абатуров A.M. Полесья Русской равнины в связи с проблемой их освоения. М., Мысль, 1968. - 246 с. с илл.

2. Агрохимический паспорт севооборотов ОПХ «Моховое» Новодеревеньковского района Орловской области. Верховье, 1994.-98 с.

3. Агроэкология./ ред. В.А. Черников, А.И. Чекерес. М., «Колос», 2000. 536 с.

4. Акимов И.А. Памятники природы Орловской области.// Природа Орловского края. Орёл, Орловское отделение Приокского книжного издательства, 1983. с. 39-53.

5. Акимов А.Ю. Состав и строение фитоценозов и разработка способов их улучшения. /Диссертация на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук./ Орёл, 2000. 132 л.

6. Алабушев В.А. Полевое кормопроизводство (конспект лекций). Персиановка, Дон. СХИ, 1975. 116 с.

7. Алексеев Ю.Е. и др. Травянистые растения СССР. Т.2. М., «Мысль», 1971.-312 с.

8. Алёхин В.В. и др. География растений с основами ботаники. М., Учпедгиз, 1961. 532 с.

9. Алёхин В.В. Теоретические основы фитоценологии и степеведения. М., Изд-во МГУ, 1986. 211 с.

10. Альбом растительных сообществ и условий местообитаний. По И.Ф. Голубеву. М., 1961. 103 с.

11. Алтунин Д.А. и др. Система интенсивного кормопроизводства. М., Знание, 1980.-64 с.

12. Анненков Н.И. Поездка в село Моховое.// Журнал сельского хозяйства и овцеводства. М., 1850, №10, с. 7 24.

13. Антипова A.B. Канада. Природные и естественные ресурсы. М., Мысль, 1965.-320 с.

14. Атлас Орловской области./ гл. ред. Шарапенко А.П. Федеральная служба геодезии и картографии России. М., 2000. 48 с.

15. Атлас СССР./ Отв.ред. Е.В. Большакова. М., Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР, 1983. 224 с.

16. Ацци Д. Сельскохозяйственная экология. М., Издательство иностранной литературы, 1959. 480 с.

17. Биологическая борьба с вредными насекомыми и сорняками (Biological control of insect pests and weeds). M., «Колос», 1968. -616 c.

18. Блоха E.E., Алексеев С.JI. Маркшейдерско-геологическая служба на горных предприятиях. М., Государственное научно-техническое изд-во литературы по горному делу, 1960. 92 с.

19. Бродович Т.М. Культура псевдотсуги в лесных насаждениях СССР (Автореферат на соискание учёной степени д-ра с-х. наук (06.563). Киев, 1969.-55 с.

20. Вальтер Г., Алёхин В. Основы ботанической географии. М.-Л., Биомедгиз, 1936. 716 с.

21. Века над Окой. Научно-популярное издание к 20-летию Орловской губернии.// гл. ред. А.П. Олейникова. Издательство Орловской государственной телерадиовещательной компании, 1998.-296 с.

22. Вернандер Т.Б. Анализ растительности на степях бывшего Орловского уезда. Из работ Муратовской ботанической базы. Орёл, «Труд», 1929. 28 с.

23. Волкова В.Г. Исследование закономерностей изменения показателей структуры растительности в пространстве (северный вариант центральноазиатской степи). Иркутск, 1970. 27 с.

24. Воронов А.Г. и др. Биогеография мира. М., Высшая школа, 1985. 272 с.

25. Воскресенский С.С. Типичные профили склонов.// Склоны, их развитие и методы изучения. М., «Мысль», 1971. с. 10-24.

26. География Калужской области./ общ. ред. К.В. Пашканг. Тула, Приокское книжное издательство, 1975. 128 с.

27. География Орловской области./ Александров И.И. Тула, Приокское книжное издательство, 1972. 88 с.

28. География Орловской области./ Александров И.И. и др. Орёл, типография «Труд», 1999. 96 с.

29. География Орловской области: Справочное пособие./ ред. JI.H. Трофимец. Орёл, Изд-во ОГУ, 1999. 96 с.

30. Горбенко K.M. Влияние геофизических факторов на биопродуктивность травяных экосистем. /Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата географических наук/. М., 1999. 18 с.

31. Горбенко K.M., Снакин В.В., Демидов В.В., Митусов A.B. Рельеф и продуктивность травяных сообществ. /Препринт/. Пущино, 1988.- 16 с.

32. Грейг-Смит П. Количественная экология растений. М., Мир, 1961. -359 с.

33. Гришенко Н.С., Желобаев A.A., Махров A.A. Классификация антропогенных ландшафтов по уровню технического обустройства. М., «Мелиорация и сельское хозяйство», 1999.-64с.

34. Губанов И.А., Новиков B.C., Тихомиров В.Н. Определитель высших растений средней полосы европейской части СССР. М., Просвещение, 1981. 288 с.

35. Дзыбов Д.С. О биопродуктивности некоторых микроассоциаций высокогорных лугов Карачаево-Черкесской автономной области. -Проб, ботаники, 1979, т. 14, вып. 1, с. 147-151.

36. Дзыбов Д.С. Посеять степь.// Природа, 1991, №9, с. 59-63.

37. Доева А.Т. Клевер сходный ценная культура для склоновых земель.// Тезисы докладов международной научно-практической конференции «Экологически безопасные технологиив сельскохозяйственном производстве XXI века. Владикавказ, «Иристон», 2000. с. 161-162.

38. Докучаев В.В. Русский чернозём. М., Гос. изд-во сельскохозяйственной литературы, 1952. 636 с.

39. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М., Изд-во «Колос», 1965.-424 с.

40. Дохман Г.И. Экспериментально-фитоценотические основы исследования злаково-бобовых сообитаний. М., «Наука», 1979. -200 с.

41. Дударь А.К. Ядовитые растения лугов и пастбищ. М., Россельхозиздат, 1980. 112 с.

42. Дулин И. Жемчужина Шатиловского леса.// Природные запасы Орловщины. Тула, Приокское книжное изд-во, 1990. с 117-127.

43. Евстратова О.И. Флюктуации горизонтальной структуры субальпийского луга.//Проб, ботаники, 1979, т. 14, вып. 1, с. 125132.

44. Еленевский А.Г., Радыгина В.И. Определитель сосудистых растений Орловской области. Орёл, 1997. 208 с.

45. Жизнь растений, т.4./ гл. ред. A.A. Фёдоров. М., «Просвещение», 1978.-448 с.47