Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические аспекты продукционного процесса в лесомелиорированных агроценозах 10
1.1. Особенности развития орошаемых фитоценозов 13
1.2. Анализ и оценка проблемы продуктивности в агролесомелиорации 17
1.3. Эколого-биологические особенности развития сельскохозяйственных культур 22
1.4. Общие вопросы математического моделирования фитоценотиче-ских систем . 35
1.5. Обоснование выбора подхода к моделированию процессов продуктивности в агролесомелиорации 43
Глава 2. Физико-географические условия Юга России
2.1. Географическое положение регионов исследований 49
2.2. Литолого-геоморфологические условия 53
2.3. Агроклиматические особенности Юга России 67
2.4. Почвенно-мелиоративные особенности регионов исследований 83
Глава 3. Методология и методика исследования
3.1. Концептуально-методологическое обоснование изучения агроле-соценозов в орошаемых ландшафтах (роль лесной полосы как экологического фактора) 107
3.2. Структурная организация биопродуктивности агрофитоценозов 117
3.3. Программа и объекты исследований 123
3.4. Методика исследований агроценозов в орошаемых агроландшаф-тах 126
Глава 4. Формирование микро-фитоклимата на межполосном пространстве 143
4.1. Влияние лесных полос на температуру почвы 147
4.2. Влияние лесных полос на влажность воздуха межполосного пространства 160
4.3. Изменение скорости ветра на межполосном пространстве в фито-ценозах сельскохозяйственных культур под влиянием ЛП 172
4.4. Влияние лесных полос на температуру воздуха 185
4.5. Роль лесных полос в современных условиях 196
Глава 5. Динамика элементов продуктивности сельскохозяйственных культур в межполосных агрофитоценозах 204
5.1. Математический анализ биометрических параметров растений .205
5.2. Изучение ассимилирующей поверхности и фотосинтетического потенциала сельскохозяйственных культур 232
Выводы 237
Глава 6. Динамика качественных показателей.структуры урожая
6.1. Влияние лесных полос на изменение структуры урожая 240
6.2. Качественные характеристики биомассы и зерна 249
Выводы ; 255
Глава 7. Математическая модель продукционного процесса сельскохозяйственных культур в системе лесных полос 256
Выводы 277
Глава 8. Эколоro-ландшафтная оценка эффективности агролесомелиорации орошаемых земель 278
Общие выводы 287
Предложения производству 294
Литература
- Анализ и оценка проблемы продуктивности в агролесомелиорации
- Литолого-геоморфологические условия
- Структурная организация биопродуктивности агрофитоценозов
- Влияние лесных полос на влажность воздуха межполосного пространства
Введение к работе
Задачи повышения урожайности сельскохозяйственных культур были и еще долгое время останутся актуальными в свете решений продовольственной программы.
По наличию пахотных угодий, как главного средства производства сельхозпродукции, Россия занимает третье место в мире (130 млн га) после США и Индии (соответственно 186 и 166 млн га). Однако по уровню интенсивности использования пашни, характеризуемой удельным и валовым объемами получаемой продукции, Россия не всегда входит в группу лидирующих. Среднегодовой объем производства зерна с 1998 по 2001 гг. изменился от 50 до 83 млн т, что в расчете на душу населения составляет 340-550 кг и на 50-240 кг меньше показателя оценки состояния решения проблемы продовольственной безопасности.
Судя по урожайности зерновых культур, которая в нашей стране составила в 1996 г. 1,32, Китае - 4,83, США - 5,19, Великобритании - 7,30 т/га, биоклиматический потенциал земли у нее по сравнению с наиболее развитыми странами Западной Европы и Северной Америки используется не полностью [235].
Юго-восток Европейской России занимает пограничное положение между аридными и гумидными территориями. Ландшафты этой маргинальной зоны в силу эволюционно-геологических условий отличаются невысокой устойчивостью к антропогенному воздействию. Кроме того, более 70% всех сельхозугодий располагаются в зонах недостаточного или неустойчивого увлажнения атмосферными осадками.
Для повышения продуктивности сельхозугодий засушливой зоны и стабилизации производства растениеводческой продукции орошение является важнейшим фактором, а в полупустынных зонах - единственной возможностью ведения земледелия. При этом коренным образом меняется тепловой и водный режим растений в благоприятную сторону. Возрастает радиационный баланс орошаемых полей, увеличиваются расходы тепла на испарение, снижается турбулентный обмен с атмосферой и теплообмен в почве. Это обусловливает повышение влажности воздуха и снижение его температуры, что способствует ликвидации в крайне засушливых районах засух и суховеев. Орошение при достаточно высоком уровне агротехники обеспечивает высокие и устойчивые урожаи на поливных землях практически при любой степени засушливости территории [234].
Однако из опыта ведения орошаемого земледелия получены данные, которые доказывают несостоятельность этого утверждения. Орошение устраняет лишь почвенную засуху, не защищая сельхозкультуры от потерь. При суховеях даже с достаточной влажностью почвы недобор урожая пшеницы составляет 18-30% [465,466].
Важная роль в устранении неблагоприятных факторов среды отводится защитным лесным насаждениям (ЗЛН). Лесомелиоративные комплексы, существенно повышая лесистость территории, улучшают влагооборот, тепло- и газообмен. Лесные полосы преобразуют простые аграрные ландшафты в более сложные, а, следовательно, и более устойчивые, так как агролесосистема, являясь искусственно созданной человеком, эффективно может функционировать только при серьезном научном мониторинге, разработке его экологических основ.
Роль защитных лесных насаждений в повышении продуктивности сельскохозяйственных угодий проявляется в разнообразных мелиоративных свойствах насаждений и, прежде всего, в изменении экологических условий выращивания сельскохозяйственных растений. Лесные полосы, отличаясь стабильностью своего воздействия, вносят существенные изменения в микроклимат орошаемых полей в течение всего вегетационного периода. При этом факторы среды, отрицательно действующие на произрастание растений, ослабляют свое воздействие.
Целью наших исследований является изучение биологической продуктивности агрофитоценозов, формирующихся и развивающихся под влиянием лесных полос, как интегрального показателя их работы на протяжении всего
6 периода вегетации. Скорость накопления органического вещества — основной показатель биоэнергетики всех фитоценозов. Причем растительное сообщество, развиваясь под действием лесных полос, формирует первичную продуктивность в условиях, отличных от незащищенных фитоценозов.
Началом научных исследований биологической продуктивности явились работы по статистике урожайности сельскохозяйственных культур в России и за рубежом. Однако нас интересует биологическая продуктивность в рамках учения об элементарных экосистемах, получившая название био-геоценологии. Биогеоценологами (экологами) введены все основные понятия, связанные с биологической продуктивностью. Направлений в изучении биологической продуктивности множество. Они различаются масштабом охватываемых территорий, подходом, а также методами достижения цели.
Данные по культурным угодьям в литературе встречаются часто [45, 57, 58, 116, 118, 154, 171, 181 и т.д.], но слабо изучены связи поле -лесная полоса, зависимость этих показателей от комплекса гидрометеорологических факторов, функциональные связи внутри агроценоза. Фитобиота представляет внутри геосистемы (экосистемы) особую подсистему со сложной внутренней организацией. Биологическая продуктивность — интегральный показатель, результат функционирования этой сложной динамической системы. Поэтому для изучения функционирования агролесосистемы с целью прогноза продуктивности сельскохозяйственных культур необходимо выявить функциональную связь агроценозов с лесной полосой, изучить динамику развития сельскохозяйственных культур и микроклиматические показатели на межполосном поле.
Объектами наших исследований являлись орошаемые агролесоланд-шафты юга Европейской территории России. Стационарные исследования проводились в Нижневолжском регионе (Волгоградская и Астраханская области). Кроме того, обобщались материалы других стационарных исследований юга России (Азово-Черноморского, Северо-Кавказского регионов), Приморского края и стран СНГ (Грузии, Азербайджана, Узбекистана).
Изучение биопродуктивности начато в 1986 году и продолжается до сегодняшнего времени в процессе научно-исследовательских работ по тематическому плану Всероссийского научно-исследовательского института агролесомелиорации (№№ Госрегистрации - 0186.0070240; 01.9.40006316; 01.960.009784; 01.200 10 9319). Было принято, по предложению АФИ (г. Санкт-Петербург), участие в подготовке методики опытного дела и совершенствования методов статистического анализа в адаптивно-ландшафтных системах земледелия.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые сформулирован закон о лесной полосе, как экологическом факторе, суть которого в следующем: лесная полоса играет роль лимитирующего фактора в том случае, когда последний отсутствует или уже недостаточно «работает» (40 Н), то есть развитие агроценоза происходит «беспорядочно» (в зависимости от наличия влаги, сорняков т. д.), а в зоне влияния ЛП развитие происходит упорядочение по экспоненте: у = а е" . Лесные полосы являются экологическим фактором, который способствует появлению адаптации у растений агроценоза на межполосной клетке изменяться строго закономерно от расстояния до лесных полос, по одной зависимости — экспоненциальной.
Это позволило развить теорию формирования агроценозов сельскохозяйственных культур на орошаемых землях под влиянием лесных полос различных конструкций, породного состава, смешения.
На основе качественного анализа и динамики биопродуктивности сельскохозяйственных культур впервые сформулирована методология изучения развития агроценозов под защитным влиянием лесных полос. Разработана методика отбора образцов по математически средним растениям. С помощью корреляционно-регрессионого анализа аналитически описано влияние лесных полос на фитоклимат сельскохозяйственных культур (температуру почвы под растительным ценозом и без него, влажность и температуру воздуха, альбедо и скорость ветра при развитии растительного сообщества) в экоси-стемном пространстве и во времени.
Исходя из вышеизложенного на защиту выносятся следующие основные положения.
Разработка теоретико-методологических основ управления продуктивностью сельскохозяйственных культур в агролесоландшафтах.
Разработка количественной и качественной оценки орошаемых агро-ценозов.
Изучение структурной организации облесенных агрофитоценозов.
Исследование функционирования орошаемых агрофитоценозов под воздействием защитных лесных насаждений.
Изучение пространственно-временных аспектов динамики биопродуктивности с использованием методов математического моделирования.
Создание частных моделей: ветрового режима, влажности воздуха, температуры почвы в агроценозе межполосного поля.
Эколого-ландшафтная оценка экономической эффективности агролесомелиорации орошаемых земель.
Основные положения разработок, изложенные в научных рекомендациях, статьях в центральных журналах, внедрены в хозяйствах Волгоградской области.
Основой диссертации являются результаты многолетних стационарных полевых опытов, проведенных нами на полях сухой степи Заволжья на Кисловской и Заволжской оросительных системах Волгоградской области, в учхозе "Горная Поляна", полупустынной зоне на орошаемом участке Богдин-ской НИАГЛОС в Астраханской области.
Для научных исследований заложено в межполосных клетках 5700 пробных площадей, выполнено более 30000 биометрических измерений, до 10 тыс определений влажности почвы при исследовании условий произрастания сельскохозяйственных культур на межполосном поле.
В работе использованы материалы исследований, выполненных лично автором, а также с участием Заслуженного деятеля науки профессора, доктора с.-х. наук, А. М. Степанова, профессора, доктора с.-х. наук В. М. Кретини- на, кандидата с.-х. наук Н. Ю. Годуновой, кандидата с.-х. наук А. Г. Ломакина, кандидата с.-х. наук В. Е Васильчикова. Автор благодарен своему консультанту докторской диссертации и руководителю по кандидатской, а также многолетнее сотрудничество по исследуемой проблематике Заслуженному деятелю науки профессору, доктору с.-х. наук А. М. Степанову. Глубоко признателен за постоянную поддержку и помощь при обсуждении проблемы продуктивности лауреату премии Правительства РФ доктору с.-х. наук Е. А. Гаршиневу, за помощь при компьютерном моделировании кандидату с.-х. наук В. Г. Юфереву, а также Е. П. Жулавник, Н. В. Шумкиной.
Анализ и оценка проблемы продуктивности в агролесомелиорации
Агролесомелиоративные исследования основываются на лесохозяйст-венных мероприятиях, направленных, на улучшение почвешю-гидрологических и климатических условий местности, делающих ее благоприятной для ведения сельского хозяйства, а также частью более широкой системы мероприятий фитомелиорации [351, с.13]. Поэтому методологической основой исследований является опыт, заимствованный из других областей знаний, таких как биология, математика, сельское хозяйство, земледелие, физика, химия, география и др.
Основоположником агролесомелиорации как науки считается В. В. Докучаев, экспедиционные записки которого положены в теоретическое обоснование защитного лесоразведения [147, 148]. Идеи Докучаева были продолжены и представлены в новом аспекте Г.Н. Высоцким [95], обратившем внимание на структуру насаждения, повышения его защитной роли, ветро-проницаемость насаждений.
Со второй половины XIX века в сельском хозяйстве начинают использовать лесные насаждения для повышения урожая. А отец и сын Шатиловы, заметив, что у посадок леса хлеба растут лучше и урожаи более стабильны, с 80-х годов прошлого века перешли на посадку лесополос (ЛП) на полях с целью создания благоприятных условий для роста и созревания хлебов [238, 355].
Интегральным показателем оценки роли ЛП является урожайность сельскохозяйственных культур и как составляющая факторов изменения урожайности—микроклимат на межполосном поле.
Исследованиями многочисленных авторов [40, 59, 118, 123, 128, 149, 211, 238, 239, 265, 272, 276, 296, 308, 310, 316, 317, 320, 357, 362, 432, 475] вскрыт механизм действия ЛП через изменение микроклимата, ветрового режима, температуры почвы, воздуха межполосного пространства. Определена дальность влияния ЛП в зависимости от высоты, ширины насаждения, его конструкции [237, 295, 432, 457] и ветропроницаемости, а также закономерности снегоотложения [430, 431, 433], его распределение на поле и сохранности сельскохозяйственных культур под влиянием ЗЛН [429]. Положительная роль ЗЛН в улучшении факторов среды отмечается и в зарубежной литературе [34, 230, 239, 464, 587, 596, 597, 610]. Исследование микроклимата показало, что защитное действие лесных полос зависит от их конструкции. Причем лучшими защитными свойствами обладают узкие лесные полосы (продуваемые и ажурные) [237, 457]. Широкие полосы в большинстве своем плотные и непродуваемые имеют и более слабые защитные свойства [15, 288, 294, 326, 344, 360, 377, 378, 458, 596]. Большая роль в изучении ветроломной эффективности лесных полос принадлежит Я. А. Смалько [457]. Им установлена дальность эффективного защитного действия (в высотах Н насаждений) продуваемых (36Н), ажурных (28Н) и плотных (25Н), а также коэффициент защитного влияния полос различных конструкций [237].
Одним из важнейших показателей эффективности действия лесных полос является ослабление скорости ветра. Изменяя её, лесные полосы влияют на интенсивность турбулентного обмена [42], тем самым меняя микроклимат прилегающих полей, отложение снега и мелкозема [42, 55, 129, 155, 229, 291, 548,561,562,564].
В. А. Бодровым при анализе микроклимата на межполосных полях [34, 342, 360, 591] было отмечено, что показатели скорости ветра "на паровых полях не сравнимы с теми, которые получаются на площади с сельскохозяйственными культурами" [42, с.ЗО], то есть, если скорость ветра под влиянием полос уменьшается на 15-20%, то на полях без сельскохозяйственных культур показатели по микроклимату и скорости ветра совершенно иные. Б. В. Лабазников в своей работе по хлопчатнику отмечал, что "лесные полосы, ослабляя скорость ветра, обеспечивают, тем самым, более эффективное снижение силы ветра на высоте растений самим покровом хлопчатника" [265, с.7].
Анализируя вклад целого ряда ученых, начиная с XIX в. в развитие агролесомелиоративной науки с целью повышения урожайности сельскохозяй ственных культур наиболее убедительными будут слова классиков агролесомелиорации. Г. Н. Высоцкий по этому вопросу писал следующее: "Необходимо помнить, что лес в степи предприятие убыточное, но которое может оправдать себя только тогда, когда оно своим благоприятным влиянием на урожай увеличит последний настолько, что это увеличение покроет всю убыточность и даст увеличение прибыли"[94, с.56]; Д. П. Рыжиков [430] считал, что вопросы изучения урожайности, а не получение древесины на полях с ЗЛН имеют первостепенное значение при разработке агролесомелиоративных мероприятий.
Необходимо отметить ученых, занимавшихся вопросами влияния полезащитных лесных полос на урожайность сельскохозяйственных культур и получивших ценные выводы в этой области.
Первые сведения относятся к XIX в. и принадлежат В.Я. Ломиковскому [297], который, начав лесоразведение в своем имении (Миргородский уезд Полтавской губернии), под влиянием полезащитных полос получал высокие урожаи. Уже в то время В. Я. Ломиковскии рассматривал лесные полосы как один из агротехнических приемов получения высоких урожаев. А. А. Де Карриер в 1886 г. в селе Каменоватка бывшей Херсонской губернии на посевах под полосами получал прибавки до 25-30% [9],
Значительные исследования по влиянию полезащитных полос на урожай с.-х. культур были проведены Г. Н. Высоцким [94], А. А. Танатаром в 1910-1911 гг., С, С. Пятницким в 1925 г., Р. Кравченко в 1926 г., Е. Г. Кучерявых в 1939 г. [430], на Украине в научно-исследовательском институте лесного хозяйства и агролесомелиорации Д. П. Рыжиковым [430-433], Н. М. Милосердовым [315,317, 318-320], В. И. Коптевым [237-241].
Необходимо отметить работы Н. М. Милосердова в этой области по следующим позициям: 1. Были изучены и проанализированы показатели высоты сельскохозяйственных растений в разные по погодным условиям годы и с учетом расстояний от лесных полос. 2. Рассмотрены различные сорта озимой пшеницы за 20-летний период с 1952 по 1972 гг. с учетом влияния ЛП. 3. Дана сравнительная оценка урожайности с.-х. культур по годам для засушливых лет и с пыльными бурями. 4. Показано влияние погодных условий на прохождение фаз развития и созревание зерна озимой пшеницы и ячменя. 5. Описано влияние засух и суховеев на щуплость зерна, массу 1000 зерен, урожай. 6. Исследовано колошение и формирование колоса озимой пшеницы в зависимости от запаса продуктивной влаги. 7. Показано влияние ЛП на крупность, полевую всхожесть семян, их толщину. Качественно описана, связь крупности семян с их абсолютным весом. (Чем меньше крупность зерна, тем больше снижается абсолютный вес семян. К полосе крупность семян увеличивается). 8. Описано влияние внешней среды на величину колоса и число колосков в нем, а так же развитие стебля в зависимости от предшественников.
Литолого-геоморфологические условия
В геоморфологическом отношении равнинная часть [460] Южного Федерального округа расположена на Русской равнине и включает Среднерусскую и Южнорусскую провинции. В Среднерусской провинции выделяются следующие геоморфологические области: Среднерусская возвышенность, низменности Волжско - Окско — Донского междуречья, Приволжская возвышенность и Ергени, а в Южнорусской провинции выделяются — Приазов-ско-Кубанские низменности, Ставропольская возвышенность и Прикаспийская низменность. Геоморфологические области подразделяются на районы.
В Среднерусской провинции наибольшее различие в рельефе наблюдается между правобережьем р. Волги, с одной стороны, и левобережьем и южными районами, с другой. Все это, в первую очередь, обусловлено неоднородностью тектонического строения юго-востока Русской платформы.
Правобережная часть Волги лежит в подвижной платформенной зоне с устойчивой тенденцией к воздыманию и длительной денудации. В противоположность этому, районы Заволжья относятся к платформенной Прикаспийской впадине с длительной аккумуляцией. Южные районы Нижневолжского региона граничат с зоной, переходной к геосинклинальной области погребенных герценид Донбасса с тенденцией к аккумуляции в неоген - четвертичное время. Осадочный покров на территории Нижневолжского региона представлен полным разрезом, начиная с девона до современных четвертичных отложений включительно [109, 206, 528].
Среднерусская возвышенность в пределах региона исследований представлена двумя геоморфологическими районами: Калачской пластовой возвышенностью и Восточно-Донской пластово-ярусной грядой.
На территорию региона входит восточное окончание Калачской возвышенности, которое занимает правобережную часть р. Хопер Волгоградской области. На западе граница морфоструктурного участка проходит по водораздельной линии, а на востоке она круто обрывается к долине р. Хопер.
В тектоническом отношении морфоструктура расположена в приподнятой части Хоперской моноклинали Воронежской антеклизы. В рельефооб-разовании правобережья р. Хопер принимают участие меловые и третичные отложения, представленные писчим мелом, песками, песчаниками и глинами. Меньшая роль в рельефообразовании принадлежит четвертичным отложениям, хотя вся эта территория покрывалась Донским ледником. Элювиально-делювиальные образования четвертичного периода лишь частично сглаживают неровности водоразделов и склонов коренного (дочетвертичного) рельефа, а аллювиальные отложения заполнили небольшие эрозионные речные долины и многочисленные балки.
Восточное окончание Калачской возвышенности представляет собой приподнятое (до 200-240 м над уровнем моря) денудационно-эрозионное плато неогенового времени, слегка наклоненное на восток-юго-восток. Денудационные останцы наиболее характерны для рельефа района.
Водораздельные пространства, разделяющие эрозионные формы, как правило, имеют плоско-выпуклую форму. Склоны водораздельных пространств большей частью прямые и выпуклые, изрезаны многочисленными оврагами и балками. Крутизна их различная, местами от 3 до 7 и реже 20-30.
В пределы региона входит западный полого-волнистый участок Восточно-Донской гряды. Гряда тянется от областной границы на западе до восточной излучины Дона на востоке; на юге её граница проходит около станицы Нижнее-Чирская. Водораздельные пространства имеют южное простирание. В целом же участок имеет асимметричное строение. Наиболее повышенные места (до 200-220 м над уровнем моря) приближены к долине Дона. Склон, обращенный к долине Дона, крутой, имеет ступенчатое строение и сильно изрезан древними и современными балками, оврагами и промоинами.
Хоперско — Бузулукская аккумулятивная равнина, являясь продолжением Тамбовской низменности, входит в состав Волжско-Окско-Донской геоморфологической области; она протянулась от Ртищева до устья Хопра и Медведицы, включая верховья р. Терсы и бассейн р. Бузулука - одного из левых притоков Хопра. На западе низменность ограничена долиной р. Хопра, а на востоке Медведицкими Ярами.
В тектоническом отношении морфоструктурный участок расположен в зоне наибольшего погружения Хоперской моноклинали Воронежской антек-лизы, что обеспечило здесь длительную аккумуляцию ледниковых и других континентальных отложений. Местами их мощность превышает 90 м [49, 50]. Формирование рельефа Хоперско-Бузулукской низменной равнины происходило за счет накопления ледниковых отложений и сноса обломочного материала с повышенных окружающих участков. Уже в дочетвертичное время рельеф местности района на севере имел отметки от 120 до 163 м над уровнем моря, а на юге он снизился до 49 м. В целом Хоперско-Бузулукская низменность представлена плоской равниной, слегка наклоненной на юго-юго-запад.
Приволжская возвышенность и Ергени занимают обширную территорию Волжско-Медведицкого междуречья. Её наиболее приподнятая часть в пределах региона достигает 358 м над уровнем моря. К югу от Волгограда она постепенно переходит в Ергенинскую возвышенность. Приволжская возвышенность подразделяется на ряд геоморфологических районов [49, 50, 528].
Структурная организация биопродуктивности агрофитоценозов
К. А. Тимирязев считал культивируемую растительность таким объектом, на который никогда не проходит мода, так как сельскохозяйственные культуры создают основу средств существования человечества [163]. Поэтому изучение агрофитоцепозов позволяет выявить общие закономерности культивируемых сообществ, чтобы целенаправленно управлять ими.
К основным признакам агрофитоценоза, отличающим его от любого другого природного сообщества, относят: 1) господство растений культивируемых человеком в соответствии с его потребностями; 2) определенные, заданные человеком количество и способ размещения возделываемых растений на площади; 3) специфичность состава сопутствующих сорных видов, обусловленная исторически, то есть особенностями земледелия и условиями агротехники, природными свойствами культурных растений и создаваемой ими фитоценотической средой. В качестве характерных признаков агрофитоценоза рассматривается видовой состав, структура, взаимосвязь растений друг с другом и со средой, динамика сообществ, подчеркивая при этом особенности обитания агрофитоценоза [303,304].
Подавляющая часть посевных площадей занята зерновыми культурами - пшеницей, кукурузой, рисом, овсом, рожью, просом, сорго. Из других групп культур наиболее распространены хлопчатник, картофель, соя, нут. Меньшие площади занимают сахарная свекла, подсолнечник, горох, гречиха [531]. Наибольший интерес представляют зерновые - колосовые культуры.
При совместном выращивании различных видов или сортов культурных растений большое значение имеет учет их биоморфологических особенностей — высоты, мощности надземной и подземной массы, сроков и темпов развития, отношения к минеральному составу и влажности почвы и т. п., так как это позволяет судить об их средообразующей роли в агрофитоценозе.
По высоте, свойственной культурным растениям в благоприятных условиях произрастания, можно выделить три основные группы - растения первой, второй и третьей величины [531]. К растениям первой величины относятся культуры, которые в период своего полного развития достигают высоты от 120 до 600 см (например, кукуруза, озимая рожь, пшеница, суданская трава, сорго). К растениям второй величины, вырастающим до 80-120 см, относят преимущественно яровые культуры (пшеница, овес, ячмень). К растениям третьей величины — низкорослые и стелющиеся, высотой до 20-80 см, это овощные, корнеплоды, капуста, бахчевые, картофель.
Растения первой величины являются в основном светолюбами. Они имеют наиболее развитую корневую систему. Так, корни кукурузы, подсолнечника, суданской травы, озимой ржи идут на глубину 150-300 см. Среди растений второй и третьей величины есть растения средней теневыносливости - это, например, овес, вика мохнатая, горох, а также растения как глубоко корневые, так и с менее развитой корневой системой. Особенно глубокую корневую систему имеет люцерна (ее корни углубляются до 15-20 м) и сахарная свекла (на 1,5-2 м). Менее развита корневая система у ячменя и гороха посевного - у них глубина проникновения корней в основном не более 60-80 см, у гречихи до 25-30 см [249, 410,531].
В фитоценотическом отношении большой интерес представляет изучение распределения.биомассы как надземной, так и особенно подземной при разных способах посева и разных нормах высева семян, а также при разных сочетаниях культур в севообороте. Эти вопросы все еще остаются малоизученными. Между тем без данных о степени использования растениями воздушной и почвенной среды невозможно обоснование рациональной структуры агрофитоценозов.
За период исследований из растений, характерных для культурных сообществ, изучено 3 группы (таблица 3.2.1 ): растения I величины - ОПХ "Ка-чалино" - подсолнечник (Helianthus annus), суданская трава (Sorghum su-danensis Piper.) - учхозе "Горная Поляна", кукуруза на силос (Zea mays.) ОПХ "Россия". К растениям II величины относятся озимая пшеница "Безостая-1" (Triticum L.), Ростовская опытно-мелиоративная станция (РООМС) и ячмень (Hordeum L.) - с-з "Великий Октябрь" ОПХ "Качалинское", Богдин-ская НИАГЛОС, учхоз "Горная Поляна". К растениям III величины относится нут (Cicer arietinum L.), учхоз "Горная Поляна".
В повышении урожайности сельскохозяйственных культур большое значение имеет борьба с сорняками. Успешное решение этого вопроса возможно лишь на основе знания биологии, экологии сорных растений, их фи-тоценотических связей с культурными растениями, выяснения причин их поселения и распространения среди культур.
Среди сорных растений обычно различают сегетальные, или сорно-полевые, растения-примеси и рудеральные, или мусорные.
Сегетальными (от лат. segetalis-растущие среди хлебов) называются такие растения, которые поселяются на полях помимо воли человека, так как вполне приспособились экологически и биологически к произрастанию вместе с культурными растениями [36, 531]. Среди сегетальных сорняков выделяют группу так называемых специализированных видов, приспособленных к той или иной культуре в отношении сроков созревания, жизненного цикла, веса, формы семян и т. п. Вследствие сложности борьбы многие из них считаются карантинными, то есть находятся под особым учетом в целях предотвращения их распространения.
Рудеральные растения (от лат. ruderus-щебень, мусор) мусорные — произрастают около строений, на пустырях, вдоль путей сообщения, то есть на вторичных (не полевых - пашенных) местообитаниях. Как правило, являются нитрофилами [36, 477]. Вместе с сегетальными растениями входят в группу сорных растений. За счет большой приспособительной способности (невзрачный вид, ядовитые вещества, крючки, колючки) могут попадать и в посевы культурных растений и сохраняться там в условиях постоянного воздействия со стороны человека, что дало основание отнести их к группе полукультурных [608]. Хотя в посевы и посадки сельскохозяйственных, культур проникают представители флор различных других типов растительности -лугового, степного, лесного. Так, типичный луговой мезофит пырей ползучий (Agropyrum repens (L.) Р. В.) вследствие высокой способности к вегетативному размножению оказался весьма характерным и злостным полевым сорняком.
Влияние лесных полос на влажность воздуха межполосного пространства
На орошаемых землях юго-востока Европейской части РФ полезащитные лесные полосы повсеместно повышают влажность воздуха в среднем на 1-3 мб, или на 2-15% . Чем засушливее условия, тем сильнее выражен этот эффект. В зонах достаточного и избыточного увлажнения относительная влажность воздуха повышается всего на 2-6 %, в засушливой зоне она возрастает на 4-15 %. В степной и лесостепной зонах среднее повышение относительной влажности воздуха составляет 6% [234, 264, 266, 290, 370, 373, 374].
Мы проанализировали изменение влажности воздуха в экосистемном пространстве на разных этапах развития сельскохозяйственных культур. Исследования проводились в ОПХ "Россия" (Заволжская оросительная система) и Харабалинский район на БогдиыскоЙ НИАГЛОС Астраханской области) в течение 3-х лет [приложение 6].
Влажность воздуха в агроценозе суданки под защитой 2-рядной тополевой ЛП высотой 15 метров меняется как в пространстве, так и во времени. В течение часа она уменьшается на расстоянии 5-20 высот от ЛП, а на контроле увеличивается на 7%, Наибольшая влажность воздуха приходится на расстояние 20 высот (59%) и в течение часа падает на контроле на 14%. Влажность воздуха в пространстве межполосной клетки можно описать ги X перболой вида у = , где а и b Ф 0, а + Ьх в пространстве - у - 7 т: R = 0,99 (- 0,002 + 0,023х) х во времени под влиянием ЗЛН — у = т ч; R " 0,87, (-0,44 + 0,06 ) х на контроле - у = -, г; R = -0,94. (0,49-0,02 )
Коэффициент корреляции R (при линейной зависимости) или корреляционные отношения при нелинейных изменениях между двумя выборками характеризуют степень их взаимосвязи. Если коэффициент корреляционных отношений (R) больше чем 0,95, то между параметрами существует практически функциональная связь. Если коэффициент корреляционных отношений R лежит в диапазоне от 0,8 до 0,95, говорят о сильной степени связи между параметрами. Если 0,6 [R 0,8, говорят о наличии связи между параметрами. При R 0,4 обычно считают, что взаимосвязь между параметрами выявить не удалось [166, 395].
Коэффициенты корреляционных отношений в выше рассматриваемых случаях лежат в диапазоне от 0,8 до 0,99 , что подтверждает сильную степень связи между переменными х — расстоянием до лесных полос и у относительной влажность воздуха в экосистемном пространстве межполосной клетки и во временном аспекте.
Рассмотрим тенденцию изменения влажности воздуха в агроценозе кукурузы в стадии 5-го листа под защитой 2-рядной вязовой ЛП высотой 10 метров. Так как наблюдения приходятся на полдень, то на расстоянии 5Н влажность в течение часа не меняется, практически одинакова под влиянием ЗЛН и контроле (разница в 1%). На 10 высотах она увеличивается к контролю на 5%, на 20Н разница с контролем составляет 3%, а на контроле в течение часа влажность увеличивается на 7%. В пространстве относительная влажность увеличивается с 37% в среднем до 45%. Изменение влажности воздуха в течение часа под влиянием ЗЛН можно описать гиперболой вида х У = R = 0,50, а на контроле линейной зависимостью (0,16 + 0,013х) вида у = - 28,17 + 5,25, R = 0,57. Пространственное изменение влажности воздуха описывается гиперболе лой вида у = т ч\ К-= 0,99. (0,039 + 0,02JC)
Влажность воздуха в агроценозе кукурузы (стадия 3-4-листа) под защитой 3-рядной вязовой лесной полосы высотой 12 метров в пространстве выше под влиянием ЗЛН по сравнению с контролем. Во времени — накладываются погодные условия. Высокая облачность (100%) и моросящий дождь сказались на показателях. В течение всего времени наблюдения влажность под влиянием ЛН была одинаковой на расстоянии 5Н, на расстоянии 10-20Н выше на 6-8%, по сравнению с 5Н, а на контроле колебания во времени составили 1-2 %. По влиянию ЛН во времени влажность описывается линейным уравнением регрессии вида: у = 40,12 + 5,07х; R = 0,96. Контроль описывает х ся гиперболой у = т \; R — 0,97, (-0,025 + 0,0 їх) В пространстве межполосной клетки это гипербола у=7 r;R = 0,99. (-0,004 + 0,0 їх)
Влажность воздуха в агроценозах суданки и кукурузы на стадии вегетативного развития в ОПХ "Россия" отражает общую тенденцию изменения этого показателя под влиянием ЗЛН. Он достаточно стабилен и зависимость от этапа развития сельскохозяйственных культур выражается в наших исследованиях в тесноте корреляционных связей. При изменениях погоды (моросящий дождь, то есть выравненность условий под влиянием ЗЛН и на контроле) коэффициент R недостаточно высок (0,5-0,57). Во всех остальных случаях коэффициент корреляционного отношения подтверждает сильную степень связи между параметрами (расстоянием и временем) экосистемного пространства.
Влажность воздуха на Богдинской НИАГЛОС определялась под защитой 2-3-рядных тополевых ЛП высотой 30 метров в агроценозе озимой пшеницы в стадии полной спелости. Относительная влажность в пространстве под влиянием ЗЛН выше на 6-7%. Причем пик во влажности приходится на утренние часы (8 — 9 часов). Разница в показателях между утром и вечером составляет на расстояниях 2,5Н — 6—7% соответственно у 2- и 3- рядных, а с контролем 10-11%. В пространстве и во времени относительную влажность воздуха можно описать с помощью гиперболы вида у = -. г, где а и b — (а + Ьх) коэффициенты, незначительно различающиеся для 2- и 3- рядных лесных полос (табл.4.2.1).