Введение к работе
Актуальность исследования. Быстрое увеличение негативных воздействий человека на природную среду и ускоренный рост затрат антропогенной энергии на единицу продукции являются, очевидно, главными из специфических проблем интенсификации сельского хозяйства (Биогеоценозы 1978; Вальков, 1986; Конструирование, 1982; Миркин, 1992).
В охране экосистем и обеспечении животноводства кормами в последние десятилетия все большую роль играют сеяные луга, на которых высеваются наиболее ценные растения естественных лугов, улучшенные в ходе се-гекционной работы. По своей природе сеяные луга - это как бы переход от гстественных многолетних травяных сообществ к полевым культурам, примем луговеды всегда стремились совмещать в этих посевах продуктивность толевых культур и устойчивость естественных лугов. (Курклн, 1989; Норин, 1991; Работнов, 1993)
В 1987 году сотрудниками лаборатории биогеоценологии и экологии ютанического сада РГУ под руководством доктора биологических наук В. Г. Сидоренко были сконструированы новые типы луговых агрофитоценозов юрмового назначения, названные «мозаичными» и «полосными» (по форме шкрогруппировок (парцелл) в горизонтальной структуре).
Таким образом, в настоящее время не только назрела настоятельная .еобходимость, но и создались благоприятные условия для того, чтобы плотную заняться экспериментальной и теоретической разработкой науч-ых основ создания высокопродуктивных и устойчивых злако-бобовых цено-эв.
Диссертация выполнена на актуальную тему, посвящена исследованию галого-ценотической оптимизации луговых процессов агрофитоценозов ижнего Дона.
Цель и задачи исследования. Дать оценку состояния и устойчивости іьгтньїх агрофитоценозов, изучить пути экологической и ценотической оп-шизации функций конструируемых агрофитоценозов. Задачи настоящего следования:
1 .Использовать экспериментальные данные 1987-1998 гг. (по биометриче-;им характеристикам роста и развития растений, первичной биопродуктив-)сти и продуктивности фотосинтеза, эколого-ценотическим стратегиями
+
компонентов, динамике ценопопуляций и фитоценотической замкнутості концентрациям и запасам азота, углерода в фито-, мортмассе, почве, энерп содержанию фито-, мортмассы, содержанию клетчатки, жира, БЭВ, протеик и агроклиматическим характеристикам) для исследования функционировани агроценозов в аспекте их соответствия критериям оптимальности. 2. Осущ< ствить моделирование функционирования агроэкосистем, опираясь на кої цепцию «многоуровнего» моделирования, включающего моделирование оі дельных процессов, системный способ организации отдельной («элемента! ной») модели и ряда моделей, составляющих системную целостность. 3. Ра: работать методы интенсификации агротехнологий для создания в различны эдафо-климатических условиях сложных по видовому составу, горизонталі ной структуре агроценозов в целях улучшения их генетического потенциал и оптимизации продуктивности.
Научная новизна. Впервые исследваны в комплексе экологические ценотические основы оптимизации агрофитоценозов в регионе с позиций он тимального использования потенциала биопродуктивности смешанных рас тигельных сообществ. С использованием системного подхода изучены веще ственные и энергетические обменные процессы в динамике. Созданы кон цептуальные и математические модели этих процессов с учетом сукцессии. ] зависимости от соотношения потоков вещества и энергии в блоках моделей последние классифицированы. За оптимальную модель, описывающук функции агрофитоценозов, принята модель, при реализации которой потер] вещества и энергии с отчуждаемой с укосами фитомассой компенсируютс вследствие совершенствования само регуляции продуктивно деструкционных процессов.
Научно-методическое и прикладное значение. Разработан методиче ский подход оценки оптимальности функций агрофитоценозов с учетом гс экологической и экономической рентабельности, а так же оптимальных зна чений (интервалов) основных параметров среды для реализации этих функ ций. Впервые дана оценка адаптивных возможностей растений в агрофито ценозах, а так же различий объемов фундаментальной и реализованной эко логических ниш с помощью экспериментов на фитотроне. Разработаны кон цепция экологически оптимальной биопродуктивности и способы ее реали зации. Описаны способы создания многолетних злаково-бобовых «мозаич
ных» АЦ, которые характеризуются не только особым типом продукционно-деструкционных процессов и «упругостью» агроботанического состава, но и «самоконтролем» стратегий популяций, его составляющих, а так же роста особей в них.
Установленные закономерности процессов в агрофитоценозах разной горизонтальной структуры использованы для конструирования агроэкоси-стем с относительно замкнутыми циклами веществ и энергии, внедрены в природоохранные мероприятия. Практические результаты внедрены в кормопроизводство в хозяйствах Багаевского, Азовского, Егорлыкского, Ре-монтненского районов Ростовской области на площади 1 тыс. га. Результаты данной диссертационной работы используются также в учебном процессе на биолого-почвенном и геолого-географическом факультетах РГУ
Основные защищаемые положения. Горизонтальная структура агро-фитоценозов определяет их устойчивость, а также оптимизацию; бездефицитный баланс основных биогенов (азота, углерода), оптимизированный процесс энергетического обмена в агрофитоценозах мозаичной структуры :пособствуют самообеспечению и саморегулированию продукционно-пеструкционных процессов и расширенному воспроизводству почвенного плодородия без подтока невозобновимой (антропогенной) энергии; основные механизмы формирования бездефицитного баланса биогенов и оптимизированного энергетического обмена - дифференциация реализованных экологических ниш и высокая степень приспособленности растений.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладыва-гась и обсуждались на Пленуме Научного Совета отделения общей биологии Ш СССР «Проблемы экологии и антропогенной динамики биологических систем», 1990 г. (г. Ростов-на-Дону); на конгрессе Proceeding of the fifth Inter-mtional congress on Leaf Protein Research «LeafPro-96», 1996 г. (г. Ростов-на-Цону).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 27 іечатньїх работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 198 лраницах; состоит из введения, 3 глав, выводов, списка литературы; содер-кит 37 таблиц, 21 рисунок. Список литературы включает 272 источников, из тих 38 на иностранных языках.