Содержание к диссертации
Введение
1 ВОПРОСЫ ПОДДЕРЖАНИЯ И СОХРАНЕНИЯ БИОРАЗНООБРАЗИЯ В АГРОЭКОСИСТЕМАХ (Обзор литературы) 6
2 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИИ
2.1 Климат и метеорологические условия 20
2.2 Почвы и их агроэкологическая характеристика 26
2.3 Растительность 28
2.4 Животный мир 30
2.5 Методика проведения исследований 32
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 34
3.1 Формирование и функционирование пастбищной пищевой сети агроценоза озимой пшеницы
3.1.1 В осенний период 34
3.1.2 В весенне-летний период 51
3.2 Функционирование детритной пищевой цепи агроценоза озимой пшеницы
3.3 Урожайность зерна озимой пшеницы 116
4 ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ... 123
ВЫВОДЫ 126
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 128
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 129
ПРИЛОЖЕНИЯ 152
- ВОПРОСЫ ПОДДЕРЖАНИЯ И СОХРАНЕНИЯ БИОРАЗНООБРАЗИЯ В АГРОЭКОСИСТЕМАХ (Обзор литературы)
- Климат и метеорологические условия
- В осенний период
Введение к работе
Актуальность проблемы. Агроэкосистемы представляют собой природные экосистемы, измененные в процессе сельскохозяйственного производства и предназначенные для получения продуктов питания и волокна (Одум, 1986). По своей структуре агроэкосистемы приближаются к естественным экосистемам, формирующимся в экстремальных условиях (тундра, пустыня), и обычно характеризуются малым числом видов при высокой численности, что бывает заметно уже в первые годы сельскохозяйственного освоения земель (Тишлер, 1971). При замене сложного естественного растительного покрова однообразным по видовому составу посевом или насаждением происходит резкая перестройка в комплексе консументов. Снижается эффективность многих энтомофагов, поэтому в агроценозах обычны вспышки массовых размножений вредителей, для подавления которых применяется преимущественно химический метод борьбы, что приводит к загрязнению экосистем.
Сельскохозяйственная деятельность не уничтожила влияние естественного отбора, но появился новый мощный антропогенный фактор отбора — деятельность человека, способствующая выживанию одних и подавляющая развитие других групп организмов. Для поддержания высокой продуктивности современных агроэкосистем применяются энергетические субсидии в виде удобрений, пестицидов, топлива, орошения. Однако их нерациональное использование во многих случаях приводит к разрушению агроценозов.
С момента возникновения агроэкосистем из оборота выпало около 2 млрд. га пашни, в настоящее время осталось лишь 1,5 млрд. га пашни, то есть человек обладает недостаточной информацией о функционировании агроэкосистем. Последнее обусловлено тем, что до настоящего времени при изучении агроэкосистем использовался частный подход (мерологический) - почвоведами, земледелами, биологами и др., при котором невозможно дать полную оценку состояния экосистем и, следовательно, составить экологически обоснованную систему регулирования процессов, протекающих в них. По.-
следнее, по мнению Одума (1986), связано с тем, что агроэкосистемы представляют собой очень сложный объект для исследований и экологи крайне неохотно берутся за изучение процессов, протекающих в них.
Цели и задачи исследований. Цель работы - установить основные экологические факторы, определяющие состав и взаимосвязь организмов аг-роценоза озимой пшеницы.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
Выявить условия, определяющие состав и взаимосвязь организмов в пастбищной пищевой сети агроценоза озимой пшеницы.
Установить взаимодействие пастбищной и детритной пищевых сетей.
3. Изучить особенности сезонной динамики состава агроценоза.
Научная новизна. Сезонная динамика агроценозов озимой пшеницы
во многом сходна с природными экосистемами (лугами). Эволюция продуцентов и консументов пастбищной пищевой сети протекала совместно. Гибель растений в процессе вегетации вследствие межвидовой и внутривидовой конкуренции, повреждения их фитофагами поддерживает жизнеспособность детритной пищевой цепи.
Практическая значимость. Результаты исследований позволяют разработать комплекс мероприятий для поддержания состава пищевых сетей, обеспечивающих устойчивость и высокую продуктивность агроценозов озимой пшеницы.
Защищаемые положения.
Состав сегетальных растений агроценоза пшеницы определяется их семенами и зачатками, которые находятся в почвенно-биотическом комплексе.
Прилегающие экосистемы оказывают существенное влияние на состав и численность консументов I и II порядков.
З. Сезонная динамика агроценоза озимой пшеницы во многом сходна с природными экосистемами (лугами), обеспечивает жизнеспособность дет-ритной пищевой цепи.
Апробация работы. Результаты работы доложены и получили одобрение на Международной научно-практической конференции (Воронеж, 2006 г.), на Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых (Воронеж, 2007 г.), научных и учебно-методических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ВГАУ (2007 - 2008 гг.), на Всероссийской научно-практической конференции (Воронеж, 2008 г.).
Публикации результатов исследований. По материалам исследований в соавторстве и лично опубликовано 8 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, предложений производству общим объемом 151 страницы машинописного текста. Она содержит 23 таблицы, 11 рисунков, 18 приложений. Список используемой литературы включает 255 наименований, в т. ч. 19 иностранных источников.
Вопросы поддержания и сохранения биоразнообразия в агроэкосистемах (обзор литературы)
Агроэкосистемы представляют собой природные системы, измененные в процессе сельскохозяйственного производства и предназначенные для обеспечения человека продуктами питания и волокном. Агроэкосистемы представляют собой очень сложный объект для исследований, и экологи крайне неохотно берутся за изучение процессов, протекающих в них (Одум, 1986).
Долгое время экологи ограничивались изучением ландшафтных форм, которые в меньшей степени или вообще не подвергались воздействию человека. Они исследовали высокогорье, воды, пещеры, болота, дюны, пустыни, степи, леса, тундры и лишь сравнительно недавно стали заниматься сельскохозяйственными ландшафтами. Считалось, что поля, луга и пастбища с находящимися между ними живыми изгородями и межами имеют более или менее случайно распределенную флору и фауну остальных форм ландшафта и в целом не представляют специфичной и закономерной колонии. Земледельцы и фитопатологи интересовались лишь возбудителями болезней и вредителями культурных растений и включали в свои исследования в лучшем случае еще прямых врагов растений и вредителей. Поэтому само собой напрашивалось объединить оба эти направления и расширить исследования по защите растений до целой науки - экологии сельскохозяйственных земель (Fried-erichs, 1930; Захаренко, 2000).
При исследовании биологических условий в созданном человеком культурном ландшафте, прежде всего, встает вопрос о происхождении организмов, из которых в настоящее время состоит животный и растительный мир лугов, пастбищ и пахотных земель, рощ, перелесков. Поскольку отдается явное предпочтение определенным местообитаниям, часто происхождение вида отражается в его экологии. Однако при этом надо учитывать, что мно гие организмы культурного ландшафта не всегда существовали в данном ареале, а были занесены людьми сознательно или случайно. Именно культурные биотопы легче заселяются новыми занесенными видами, чем первоначальные местообитания. Вследствие этого ландшафт повсеместно унифицируется («европеизируется») и утрачивает некоторые из своих прежних характерных признаков, определявшихся животными и растениями (Ritchie, 1920; Elton, 1958; Насимович, 1961; Карпачевский, 1987).
Формирование каждого биоценоза происходит в результате борьбы за существование и естественного отбора. Сельскохозяйственная деятельность не уничтожила влияние естественного отбора, но появился новый мощный фактор отбора - деятельность человека, способствующая выживанию одних и подавляющая развитие других групп организмов. Деятельность человека преобразует природные биогеоценозы (леса, степи и др.), на смену которым приходят посевы и посадки культурных растений (Черников, Алексахин, Голубев и др., 2000).
Искусственный отбор ведется человеком в направлении приспособления культурных растений к новым условиям среды и возделывания. Но для других видов растений, кроме разводимых, и для всех животных на посевах и посадках культурных растений обработка почвы, изменение растительного покрова и т. д. становятся только новым жестким фактором естественного отбора, в результате действия которого складываются особые «вторичные» биоценозы, к которым уместно применение термина «агробиоценоз» (Бей-Биенко, 1954).
Бей-Биенко (1957, 1961), Григорьева (1960, 1965), Заев (1961), Буров и др. (1987), Танский (1988) отмечают следующие этапы формирования агро-фитоценоза при распашке целинных земель. На первом этапе в течение непродолжительного времени черты агроценоза складывались за счет выживших и иммигрировавших с окрестных территорий представителей местной фауны. Сорная растительность формируется также за счет местной флоры, включая запасы семян сегетальных растений на целине. Число целинных ви дов, как общее, так и доминантность последних возрастало примерно в 3 раза, а наиболее приспособленных к условиям пшеничных полей 2-3 видов фитофагов - в десятки и сотни раз.
На втором этапе протяженностью в несколько лет при бессменных посевах пшеницы происходило обогащение агроценозов за счет видов сорных растений и беспозвоночных. По видовому обилию некоторых групп насекомых, например, жужелиц, пшеничные агроценозы превзошли целинные и приблизились по составу и численности населения к ценозам старопахотных земель. Численность наиболее массовых видов растительноядных понизилась, соотношение числа особей хищников и жертв возросло, что повысило саморегуляцию агробиоценозов.
Тишлер (1971) подчеркивает, что по своей структуре агробиоценозы приближаются к естественным биоценозам, формирующимся в экстремальных условиях (тундра, пустыня), и обычно характеризуются малым числом видов при высокой их численности, что бывает заметно уже в первые годы сельскохозяйственного освоения земель, как это можно было наблюдать, например, при освоении целинных земель в Казахстане.
Зубков (2000) отмечает, что видовое разнообразие целостных агробио-геоценозов еще никто не описывал. Оно значительно богаче видового состава каждого из входящих в него агроценозов, а при наличии в полевом севообороте многолетних трав не уступит по числу видов местным коренным экосистемам.
Климат и метеорологические условия
Воронежская область располагается на юго-западе Европейской части России - между 490347 и 52о067 северной широты, 3809/ и 42557 восточной долготы, она занимает площадь 52,4 тыс. км".
Располагаясь в глубине Русской равнины, Воронежская область характеризуется умеренно континентальным климатом. При среднегодовой температуре воздуха от +5,0С на северо-востоке до +6,5С и несколько выше на юге. Средняя температура июля нарастает при движении на юг от +19,5С до +21,8С; средняя температура января колеблется от -10,5 С на северо-востоке до -8,5С на юге.
Продолжительность безморозного периода 159 дней. Общий вегетационный период - 187 дней, из них период активной вегетации составляет 152 дня. Господствуют юго-восточные метелевые и суховейные ветры.
Из 1800 часов солнечного сияния в год в данных районах на теплый период приходится 1500 часов.
В весенний период характерной чертой циркуляции является меридиа-нальный перенос, ослабление азиатского термического максимума. Над Атлантикой усиливается азорский антициклон. Средиземноморские циклоны получают возможность продвигаться к северо-востоку. Связанные с ним выносы теплых воздушных масс с юга и юго-запада способствуют быстрому росту температуры воздуха, оттаиванию и прогреванию почвы. Повышению температуры воздуха способствуют в значительной степени процессы трансформации воздушных масс, хотя в начале весны они играют меньшую роль, чем процессы адвекции. Адвекция арктического воздуха, возникающая в тылу проходящих циклонов и распространяющаяся далеко на юг, обусловливает также возвраты холодов. Вообще отличительной чертой весенней циркуляции являются большая изменчивость синоптических процессов и быстрая смена воздушных масс. Снежный покров сходит обычно в лесостепи в первой декаде апреля, а в степи — в третьей декаде марта. Дата наступления среднесуточной температуры +5 С приходится в лесостепи на 11 - 15/IV, в степи - 8 - 11/IV. Последние заморозки обычно наблюдаются в лесостепи 3 -4/V, а в степи - 26 - 28/ IV (Селянинов, 1957; Сухарев, 1967; Вершинина, 1972;Протасьев, 1973).
Лето в регионе начинается в конце мая - начале июня, при достижении среднесуточной температуры +15С.
Летние процессы, как правило, продолжаются до середины августа, после чего влияние азорского максимума и его отрогов ослабевает и начинают усиливаться потоки холодного арктического воздуха.
Сумма осадков за период с температурой +10С составляет в лесостепи 250 - 260 мм, а в степи - 245 - 255 мм. Баланс увлажнения отрицательный: в лесостепи - 70 - 100 мм, в степи - 170 - 180 мм. Из годового количества осадков примерно 60 - 70 % приходится на теплый период с мая по сентябрь.
В осенний период
Формирование агроценоза озимой пшеницы определяется многими природными и антропогенными факторами. Основной задачей осеннего периода развития озимой пшеницы является формирование фитоценоза, максимально использующего потенциальные возможности культуры и экологические условия (Кравченко, 1992).
Культурные растения занимают центральное место в агрофитоценозе. Они, по мнению Маркова (1972), главный компонент, ядро этой биологической системы, которое оказывает наиболее сильное, нередко господствующее влияние на агрофитоценоз. Растение — доминант не только компонент фитоценоза, но и важный биотический фактор, оказывающий многостороннее влияние на окружающую среду, экологическую обстановку, складывающуюся в агробиогеоценозе (Уразаев, Вакулин, Никитин, 2000).
Культурные растения как продукт и объект целенаправленной многовековой хозяйственной деятельности человека всегда получают в посеве опережающее и мощное развитие, занимают в сообществе ведущее место по сравнению с другими растениями, потому их еще называют доминантами агроценоза (Баздырев, Лошаков, Пупонин, 2004).
Благодаря опережающему развитию и высокой плотности в агроценозе культурные растения обладают и более высокой конкурентной способностью. Поэтому формирование и состояние внутренней фитоценотической среды полевого сообщества определяются культурным компонентом, который выступает также в качестве средообразователя, или эдификатора, полевых фитоценозов (Гродзинский, 1982). Постоянными спутниками сельскохозяйственных культур являются сорные (сегетальные) растения (Котт, 1961; Марков, 1972; Фисюнов, 1984, Баздырев, 2004).
Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что наряду с озимой пшеницей, которая доминировала в агр о фитоценозе, в его состав входили и сорные растения: яровые - просо куриное (Echinochloa cmsgalli), звездчатка средняя (Stellaria media), подмаренник цепкий (Galium aparine), горчица полевая (Sinapis arvensis), марь белая (Chenopodium album); зимующие - ромашка непахучая (Matricaria perforate), фиалка полевая (Viola arvensis), пастушья сумка (Capsella bursa-pastoris), ярутка полевая (Thlaspi arvense), дескурайния Софии (Descurainia Sophia) и озимые - метлица обыкновенная (Apera spica venti), кострец ржаной (Bromus secalinus) (табл. 3, рис. 3; прил. А).
