Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 7
1.1 Робиния лжеакация и её биоэкологические особенности 7
1.2 Нектар, нектарники и нектаровыделение 10
1.3 Влияние условий окружающей среды на рост, развитие и состояние робинии лжеакации 16
1.4 Условия, влияющие на нектаровыделение робинии лжеакации .19
1.5 Основные аспекты и спектр хозяйственного использования робинии лжеакации 30
1.6 Мелиоративные методы повышения комплексной продуктивности насаждений робинии лжеакации 32
ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ 37
2.1 Характеристика территории и природных условий региона 37
2.1.1 Первый географический район 38
2.1.2 Второй географический район 46
ГЛАВА 3. ПРОГРАММА, ОБЪКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 53
3.1 Программа исследований 53
3.2 Объекты и методика исследований 53
ГЛАВА 4. ОСНОВНЫЕ НЕКТАРОНОСНЫЕ УГОДЬЯ ТЕРРИТОРИИ ИССЛЕДОВАНИЙ, ИХ НЕКТАРОПРОДУКТИВНОСТЬ И УСЛОВИЯ НЕКТАРОВЫДЕЛЕНИЯ 58
4.1 Основные нектароносные угодья района исследований 58
4.2 Погодные условия и нектаровыделение основных нектароносов 61
4.3 Фенология цветения основных нектароносов Ставропольского края 75
4.4 Возрастные изменения в нектаровыделении робинии лжеакации..79
ГЛАВА 5. МЕДОПРОДУКТИВНОСТЬ ОСНОВНЫХ НЕКТАРОНОСОВ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ И ПУТИ ЕЁ ПОВЫШЕНИЯ 89
5.1 Типы медосбора и структура медоносного конвейера 89
5.2 Схемы использования медосбора 95
5.3 Состав и свойства акациевого меда 97
ВЫВОДЫ 104
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 105
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 107
ПРИЛОЖЕНИЕ 120
- Робиния лжеакация и её биоэкологические особенности
- Характеристика территории и природных условий региона
- Объекты и методика исследований
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Вопросы оценки и повышения продуктивности лесных и примыкающих к ним экосистем разрабатываются в нашей стране наиболее активно с 50-х годов прошлого столетия, когда стали отчетливо проявляться признаки истощения лесных ресурсов Европейской части России.
В то же время лесные угодья не всегда комплексно используются. Использование их в качестве кормовой базы пчеловодства может дать народному хозяйству ценные продукты (мёд, воск, пергу, прополис, яд, маточное молочко), а предприятиям лесного хозяйства - значительный дополнительный доход. Лесные нектароносные угодья обладают высокой продуктивностью и в некоторых случаях доход от пчеловодства может превосходить доход от главного пользования.
Ставропольский край обладает значительными площадями нектароносов. Для пчеловодства как отрасли народного хозяйства, помимо сельскохозяйственных земель, важны альтернативные кормовые угодья, пригодные в качестве нектароносной базы. Эффективные источники таких кормов должны располагать обширным и устойчивым ресурсным потенциалом. Этим требованиям в значительной степени отвечают лесные ресурсы.
Комплексное использование земель лесного фонда и примыкающих к ним агроэкосистем в качестве нектароносной базы открывает ряд дополнительных возможностей по сравнению с пчеловодством, ориентированным только на сельскохозяйственные угодья.
В этих условиях вопросы изучения эколого-биологических особенностей лесных и примыкающих к ним дикорастущих и сельскохозяйственных медоносов, повышения их медопродуктивности становятся особенно актуальными.
Робиния лжеакация-Robinia pseudoacacia L. (акация белая) в некоторых регионах Российской Федерации (в том числе, в Ставропольском крае) является широко распространенной породой. В связи с этим, для региона исследований характерны два главных типа медосбора - с сельскохозяйственных угодий и с робинии лжеакации. Она является хорошим нектароносом. В зависимости от зоны произрастания и условий окружающей среды, один гектар чистых робиниевых насаждений может давать от 50 до 1500 кг/га меда.
Ввиду такого различия в показателях нектаропродуктивности изучение оптимальных условий среды (температуры, влажности воздуха, освещенности, плодородия почв), при которых происходит наибольшее нектаровыделение, установление связи нектаропродуктивности с основными таксационными показателями (в частности с диаметром), позволяет более объективно оценивать нектароносный потенциал и прогнозировать медосбор.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ, Целью диссертационной работы являлось изучение эколого-биологических свойств робинии лжеакации и примыкающих лесных и агроэкосистем на Ставрополье, выявление потенциальной медопродуктивности насаждений данной породы и её связи с основными таксационными показателями. В связи с поставленной целью задачами исследований были:
определить видовой состав нектароносов и нектаропродуктивность кормовых угодий пчеловодства Ставропольского края;
изучить связь потенциальной медопродуктивности с интенсивностью цветения разновозрастных робиниевых насаждений;
выявить динамику сахаро- и медопродуктивности насаждений робинии лжеакации в связи с динамикой основных таксационных показателей;
- определить влияние климатических и эдафических факторов на
секрецию нектара и выявить оптимальные условия среды для его выделения;
- определить основные типы взятка в регионе, структуру нектароносного
конвейера и разработать эффективные схемы использования нектароносов;
- изучить состав и свойства меда из нектара робинии лжеакации.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЙ. Впервые была изучена связь основных таксационных показателей (возраст, диаметр) с сахаровыделением разновозрастных робиниевых насаждений в Ставропольском крае. Выявлена потенциальная медопродуктивность чистых разновозрастных робиниевых насаждений и установлена связь климатических условий с секрецией нектара и содержанием в нем сахара. Выявлены типы медосбора и предложен конвейер медоносов, позволяющий более эффективно направлять потоки энергии в экосистемах.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ состоит в установлении корреляционных связей между основными таксационными показателями и потенциальной медопродуктивностью разновозрастных робиниевых древостоев. Полученные результаты позволят ввести поправки величины потенциальной медопродуктивности для определения медового баланса местности с учётом возраста древостоя. Значения потенциальной медопродуктивности робиниевых насаждений могут быть использованы для планирования и организации успешного медосбора пчеловодческими хозяйствами в весенний период и рационального, эффективного использования кормовой базы пчеловодства, для чего предложены схемы нектароносного конвейера и оптимального использования медоносов, которые позволяют повысить плотность популяции и активность пчел, а в конечном итоге - эффективность опыления и продуктивность энтомофильных экосистем.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ проводилась на Республиканской научно-практической конференции, посвященной памяти известных ученых Дон ГАУ по теме «Проблемы развития аграрного сектора экономики и пути их решения» 2003 г., на научно-практической юбилейной конференции, посвященной 85-летию высшего лесного образования в г, Воронеже и ЦЧР по теме «Лесное образование и лесная наука в XXI веке» 2004 г., на молодежной научной конференции по теме «Экологические проблемы в
сельскохозяйственном производстве»,- Дон ГАУ.- 2002 г, и региональных научно-технических конференциях НГМА в 2002, 2003, 2004 гг.
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД: в работе приведены результаты самостоятельных исследований, выполненных в 2000-2003 гг. на территории Ставропольского края. По материалам диссертации опубликовано 4 печатных работы, отражающие содержание диссертации.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, включающих обзор литературы, программу и методики исследований, результаты исследований, выводы и предложения производству, список использованной литературы, насчитывающий 154 источника (в том числе 9 иностранных). Диссертационная работа изложена на 168 страницах машинописного текста и содержит 31 рисунок, 60 таблиц.
В диссертации использованы научные данные, полученные автором при участии А.А. Умарова, Г.А. Сурхаева и рабочих Невинномысского лесхоза во время полевых работ под руководством П.В. Сидаренко.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю, а также B.C. Жукову и всем лицам, оказавшим помощь при сборе материала для диссертации.
ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:
- потенциальная медопродуктивность медоносных угодий
Ставропольского края;
- связь основных таксационных показателей фоновой породы
робинии лжеакации с медопродуктивностью;
влияние климатических условий на секрецию нектара и содержание в нём сахара;
структура, состав и схемы использования медоносного конвейера для условий Ставропольского края.
Робиния лжеакация и её биоэкологические особенности
Родиной робинии является Северная Америка, где ареал её естественного распространения заключен между 33-41 северной широты и 75-85 западной долготы и охватывает штаты Пенсильванию, Джорджию, Виржинию, Западную Виржинию, Теннеси, Северную Каролину, Джорджию, Кентукки, (А.А. Кулыгин, В.М. Павлов 1998, СИ. Ивченко, 1976).
Робиния лжеакация является представителем рода робиния (Robinia) и относится к семейству бобовые или мотыльковые (Fabaceae). Листопадное дерево свыше 25 м высотой и диаметром ствола до 1,2 м. Доживает до 200 (350) лет. Листья сложные, непарноперистые длиной до 25 см и более, сверху светло-зеленые, снизу сизовато-зеленые, состоящие из листочков эллиптической формы расположенные супротивно на черешках по 7-21 штук. Кора серовато-бурая, бороздчатая, растрескивающаяся, ветви красновато-коричневые. Прилистники превращены в крепкие острые колючки. Крона ажурная, округлой формы. Цветки белые, ароматные, собранные в многоцветковые, поникающие соцветия 10-25 см длиной. В одной кисти до 20 цветков. Нектарник робинии лжеакации занимает верхнюю часть цветоложа, имеет вид конусовидной чаши с боковыми стенками, равномерно выстланными нектароносной тканью желтого цвета. В основании завязи, находящейся на дне чаши, нектароносная ткань, постепенно истончаясь, приподнимается вверх на 0,5-1 мм нектар собирается в этой чаше, поднимается вверх по тычиночной трубке и даже выступает из нее в области свободной тычинки, скапливаясь в основании паруса. (Н.Е. Булыгин 1991, К.С. Варфоломеев 1991) Зацветает в Волгоградской, Ростовской областях и в Ставропольском крае в начале мая, в Московской и Ленинградской - в июне (Ивченко СИ. 1976).
Плоды продолговатые серые плоские бобы, до 12 см длиной, 1-2 см шириной с 1-15 семенами. Семена робинии имеют окраску от светло-серой до черной. Масса 1000 семян колеблется от 16 г до 31 г, в плодоношение робиния вступает в 4-5-летнем возрасте.
Робиния лжеакация размножается семенами и вегетативным путем -порослью от пня и корневыми отпрысками. Диапазон увлажнения почв пригодных для произрастания породы весьма широк. Робиния хорошо вегетирует и на сухих, и на увлажнённых почвах. Корневая система эластичная. Стержневой корень развит слабо или вовсе отсутствует, зато имеются мощные корни якорного типа. На сухих, а также мелких почвах, подстилаемых плотными породами, у робинии формируется поверхностная корневая система. На свежих, рыхлых почвах корни робинии могут проникать до глубины 7-8 м и более. По исследованиям Г.Д. Ярославцева (1955) в Туркмении, корни 12- летних деревьев робинии начинают рост до распускания листьев. Температура почвы около растущих корней (на глубину 10-15 см) в это время составляла около 14С. Рост корней наблюдается в начале и в конце вегетационного периода. Летом же и зимой он затухает. (А. А. Кулыгин, 1998).
Робиния - наиболее распространенная порода юга России. Новая часть её ареала простирается от Прибалтики и южнее, включая Северную Азию. Безраздельно господствует в степной части Украины, на Кубани и Молдавии. Нельзя представить Кишинев и Одессу, Днепропетровск и Ростов, Донецк и Краснодар, и многие другие города нашего юга без робинии. Но самое удивительное то, что каких-нибудь 200 лет назад её здесь вовсе не было. Она была завезена к нам из Северной Америки. (Ивченко СИ., 1973) В Европу семена робинии лжеакации впервые были привезены в 1601 г. Французом Ж. Робином -откуда и название породы - Robinia pseudoacacia L. На территории Российской империи робинию впервые высадили в начале XIX века в саду А.Н. Разумовского под Одессой, откуда она вскоре была позаимствована Одесским ботаническим садом.
К 30-м годам XX столетия - это самая распространенная порода в южных областях России. К середине 50-х годов её широко используют в защитном лесоразведении и озеленении и в меньшей степени при выращивании массивов. Такой успех был обусловлен её биолого-экологическими свойствами. (А.А. Кулыгин, 1998)
Как известно робиния лжеакация занимает одно из первых мест по светолюбию древесных пород, к категории очень светолюбивых пород её относят Г.Р. Эйтинген (1949), С.С. Пятницкий (1961), П.С. Погребняк (1963) и другие ученые, (А.А. Кулыгин, 1998)
По исследованиям физиологов максимум продуктивности фотосинтеза светолюбивые породы имеют при полном освещении (60-70 тыс. лк). Для робинии лжеакации, как и для других древесных и кустарниковых пород семейства бобовых, характерными являются периодические движения листочков сложного листа. В солнечную жаркую погоду у робинии происходит сближение листовых пластинок. Листочки занимают вертикальное или близкое к нему положение, что уменьшает прогревание и позволяет растению меньше расходовать влагу. Влагу робиния сильно испаряет и особенно в молодом возрасте. Так по данным НА. Смирнова (1962) средняя интенсивность транспирации (мг/га/час) у двулетних культур составляет 862.0. А к возрасту 14-ти лет эти же культуры транспирировали меньше 273.0 мг/га/час.
С.С. Штницкий (1960) причисляет робинию лжеакацию к относительно холодостойким породам. Она способна выносить суровые зимы с морозами до 30-35 С и летнюю жару +40 С0. Зимостойкость робинии лжеакации изменяется с возрастом. Наименее зимостойки молодые, а также ослабленные деревья. При температуре - 17-19 С сеянцы и саженцы робинии, по данным В.А. Чествина (1961), вымерзают до 75%. Также робиния успешно переносит жару и сухость воздуха. Однако в жаркую погоду при недостатке влаги часть листьев её желтеет и опадает. (А.А. Кулыгин, 1998) В опытах Т.Л. Исаевой (1968) коагуляция белков протоплазмы наступает при температуре 59 С0, А.Л. Бельгард (1971) относит робинию лжеакацию к группе ксерофитов, а СВ. Белов (1983) к истинным ксерофитам. В то же время Е.С. Мигунова (1978) подчеркивает «недостаточную засухоустойчивость» этой породы.
По Ю.П. Бялловичу (1957), робиния лжеакация выдерживает озерно-русловое холодно-прохладное затопление продолжительностью до суток; теплое русловое - 10 суток; теплое озерное - топяное - не более 5 суток. (И.Н. ГоловчанскиЙ 1982, А.А. Кулыгин, 1998)
Характеристика территории и природных условий региона
Ставропольский край является субъектом Российской Федерации и находится в её южной части между 4345 - 46 15 северной широты и 40 50 -4540 восточной долготы, занимая центральную часть предгорий Северного Кавказа. Общая протяженность административной границы Ставропольского края составляет 1753,6 км. Площадь края 66,2 тыс. км2. Важнейшими климатообразующими факторами края являются: радиационный режим, обуславливающий различную температуру подстилающей поверхности, циркуляция атмосферы и физико-географическое положение территории. Среди местных факторов, определяющих климат, наибольшее влияние оказывают резкие различия абсолютных высот, и наличие в южной части края высокой стены Кавказских гор. Холодные воздушные массы, приходящие на Северный Кавказ, встречая горы, надолго задерживаются в этом районе, что усиливает континентальность зимнего сезона. Значительное влияние на климат горных районов оказывает большая прозрачность воздуха, обеспечивающая интенсивность дневного нагревания и ночного излучения. Равнинная часть Ставропольского края отличается резко-континентальным климатом с жарким летом и холодной зимой.
С целью проведения научных исследований было выбрано два географических района, резко отличающихся друг от друга по климатическим и почвенным условиям. Первый - Кочубеевский район расположен в юго-западной части Ставропольского края (Невинномысский лесхоз, земли АО им. Октябрьской Революции и г. Невинномысск). Второй -Нефтекумский и Степновский районы находятся в юго-восточной части Ставропольского края (Ачикулакская научно-исследовательская лесная опытная станция (НИЛОС). Территория Кочубеевского района и объектов исследования по условиям влагообеспеченности относится к пятому агроклиматическому району и характеризуется как умеренно влажная с жарким летом и неустойчивой зимой.
Ветровой режим имеет большое значение, так как в зависимости от направления, силы ветра изменяются и другие метеорологические показатели. Ветровой режим оказывает влияние на осадки, распределение снежного покрова, относительную влажность, испарение температуру воздуха. Район расположения объектов исследования имеет непостоянный ветровой режим, но все же можно наметить два главных направления, восточное и западное (таблица 2.1).
В первую половину года, ветры способствуют перемещению большого количества туч, приносящих много осадков. В холодное время года ветры выдувают снег с полей, а весной увеличивают скорость таяния снега. Восточные ветры холодные и влажные зимой в апреле-мае становятся теплыми и сухими. Весной и летом восточные ветры при высокой температуре и незначительной влажности воздуха (суховеи) являются настоящим бичом всей растительности, производя дефляцию почвы. Наибольшей силы и скорости ветры достигают в зимний период. Ветры в холодный период отличаются большой скоростью, в среднем она составляет 5-7 м/с, что даже при небольших морозах создает жесткий режим погоды. Частая повторяемость сильных ветров зимой обуславливает интенсивность метелевой деятельности. За зиму отмечается до 9 дней с метелью. Наиболее часты метели в январе и в феврале. Общее количество сильных ветров ( 15 м/с) за год составляет 21.
Начиная с апреля, сила и скорость их начинает уменьшаться, а осенью наблюдается обратное явление. Характерной особенностью лета является частая повторяемость суховейных явлений. Общее число дней с суховеями составляет от 25 до 60 дней.
Сумма положительных температур воздуха (t 10С) составляет 3000 -3100С. Продолжительность теплого периода (t 0С) составляет 244 дня.
Начало осени характеризуется устойчиво теплой, солнечной, сухой и почти безветренной погодой с умеренно высокими температурами днем и прохладными ночами, что создает разительный контраст с жарким летом.
Во второй половине октября температура воздуха переходит через 10 С в сторону снижения, при этом заканчивается период активной вегетации. Примерно в это же время (конец второй - середина третьей декады октября) отмечаются первые заморозки (Табл. 2.2) Зима лишь в редкие годы начинается сразу. Обычно наблюдается более или менее длительный период «предзимья», когда происходит постоянная смена похолоданий с удерживающимся снежным покровом и оттепелей с полным сходом снега.
Средняя суточная температура за сезон -5,7С. Наиболее холодным месяцем является январь. Средняя месячная температура января -7,2С. Минимальная температура воздуха может снижаться до -35С. В зимний период нередки похолодания, когда минимальная температура воздуха понижается до -25,5С. Абсолютный минимум температуры воздуха может достигать -37С.
Объекты и методика исследований
На основании изучения литературных источников и выбранного направления работ была определена следующая программа исследований:
-выявить имеющуюся естественную нектароносную базу исследуемого района;
изучить существующие чистые робиниевые насаждения в Кочубеевском и Нефтекумском районах путем закладки пробных площадей;
- выявить потенциальную медопродуктивность разновозрастных чистых робиниевых насаждений;
изучить связи таксационных показателей с потенциальной медопродуктивностью, дать им оценку;
- определить состав, свойства и пищевую ценность акациевого мёда;
- выявить оптимальные условия для некгаровыделения и разработать практические рекомендации по его использованию.
Закладка пробных площадей производилась, опираясь на материалы лесоустройства Невинномысского лесхоза и Ачикулакской НИЛОС согласно ОСТ 56-69-83 «Пробные площади лесоустроительные». Пробные площади закладывались в количестве 10 пробных площадей на каждый изучаемый возраст насаждения (10, 20, 30, 40, 50), на участках с наиболее характерными таксационными показателями для исследуемых насаждений (приложения А и Б). Пробная площадь содержала для каждого поколения исследуемой породы не менее 200 деревьев. Таксационное описание пробной площади составлялось по форме приведенной в ГОСТ 164836-80 «Метод отбора модельных деревьев для определения физико-механических свойств древесины насаждений». На пробной площади производился сплошной перечет деревьев по элементам леса и ступеням толщины. При перечете диаметр ствола дерева измеряли по высоте 1,3 м от шейки дерева (с точностью ОД см С-Ю, 3-В) (приложения В, Г). По углам пробы устанавливались столбы с указанием номера площади пробы, года закладки и последующих измерений (запас, возраст, полнота и т.д.). Все пробные площади наносились на планшет.
Высота древостоя измерялась высотомером-крономером ВК-1. На основании полученных данных определялись показатели модельных деревьев. Модельными называются деревья, срубленные в качестве типичных образцов, характеризующих все остальные оставшиеся на корню деревья данного насаждения. Средний расчетный диаметр на пробе определялся по формуле:
Средняя высота элемента леса находилась графически для каждой пробной площади по среднему диаметру. По среднему диаметру и высоте подбирались модельные деревья, таксационные показатели которых являются средними для всего древостоя. Далее на пробной площади спиливались 2 дерева с показателями, близкими к полученным значениям
С целью получения данных по медопродуктивности разновозрастных насаждений (и других сопутствующих медоносов) для каждого района исследования проводился сбор и подсчет цветов на каждом модельном дереве (растении), определялось содержание нектара по методу Бертрана, выявлялась динамика выделения нектара, устанавливались количественные данные по содержанию сахара в нектаре.
После спила типичной модельной ветви на каждом модельном дереве производился подсчет цветков на ней. Полученное количество цветков увязывалось с общим количеством ветвей на дереве. Полученные результаты пересчитывались на один гектар насаждений .
Сбор цветков робинии выполнялся следующим способом: за сутки до сбора дихазии, подлежащие сбору на каждом модельном дереве, закрывались марлевой тканью, с целью избежать опыления насекомыми и потери нектара. В завиимости от величены цветков для смывания нектара берется от 20 до 100 штук. Для определения количества сахара в нектаре робинии методом смывания было взято 100 штук цветков. Данное количество помещалось в 40 мл дистиллированной воды (вода ХЧ) и взбалтывалось в течение 10-15 минут. Продолжительность взбалтывания зависит от расположения нектарников в цветке. Если нектарники открытые, достаточно взбалтывать 5 минут. Для цветков подсолнечника, эспарцета., клевера взбалтывание надо увеличить до 15 минут. В дальнейшем раствор фильтровался. Фильтрат консервировался путем добавления равного количества 96% спирта (С2Н5ОН). Проба снабжалась этикеткой с указанием номера пробной площади, температуры воздуха в момент сбора цветов, влажности воздуха, освещенности (освещенность измерялась люксметром типа Ю - 16), времени суток, месяца, числа и года. На каждой пробной площади подготавливалось по два образца фильтрата (проб смытого нектара). Количество общих Сахаров, а также моно- и дисахаридов в пробе определялось в лаборатории лесохозяйственного факультета по общепринятой методике Бертрана применительно к полученным растворам. Метод Бертрана основан на восстановлении сахарами двухвалентной меди из раствора Фелинга до одновалентного оксида меди. Выделенный осадок СигО растворяют в кислом растворе сульфата железа (З4) и образующееся при этом эквивалентное количество сульфата железа (2 ) титруют раствором перманганата калия (КМ11О4) мл ОДН раствора КМ11О4 соответствует 6,36 мг меди. Если на титрование израсходовано а, то количество осажденной закиси меди (в мг) соответствует 6,36 мг. По таблице находится соответствующее ему количество сахара - С
В дальнейшем полученные данные служили для получения показателей по медопродуктивности одного гектара насаждений.
Медопродуктивность чистых насаждений робинии рассчитывалась по формуле (П.И. Нестеров, и т.д., 1988):
