ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ДУДНИК СВІТЛАНА ВАСИЛІВНА
УДК 581.5 : 633.2
ЕКОЛОГО-БІОЛОГІЧНІ ПРИНЦИПИ
СТВОРЕННЯ СТІЙКИХ ВИСОКОПРОДУКТИВНИХ
ЛУЧНИХ БІОГЕОЦЕНОЗІВ В ЗАПЛАВАХ
ПІВНІЧНОГО ЛІСОСТЕПУ УКРАЇНИ
Спеціальність : 03.00.16 – екологія
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Дніпропетровськ - 2000
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в лабораторії луківництва Інституту землеробства Української
академії аграрних наук
Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук, професор
БОГОВІН АНАТОЛІЙ ВЛАСОВИЧ,
Інститут землеробства УААН,
завідувач лабораторії луківництва
Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, доцент
ЗВЕРКОВСЬКИЙ ВАСИЛЬ МИКОЛАЙОВИЧ
Дніпропетровський державний університет,
доцент кафедри геоботаніки, грунтознавства та екології
кандидат біологічних наук, доцент
ЮЩУК ЄВГЕН ДАВИДОВИЧ
Криворізький педагогічний університет,
доцент кафедри ботаніки та екології
Провідна установа: Інститут ботаніки ім. М.Г.Холодного Національної академії
наук України (м. Київ)
Захист відбудеться “ 18 “ жовтня 2000 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.051.04 по присудженню наукового ступеня доктора біологічних наук в Дніпропетровському державному університеті за адресою: 49050, м. Дніпро-петровськ, провулок Науковий 13, корпус 17, біолого-екологічний факультет, ауд. 611.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Дніпропетровського державного університету Міністерства освіти України
Автореферат розісланий “ 15 ” вересня 2000 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
кандидат біологічних наук, доцент А.О. Дубина
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Природні довгозаливні лучні біогеоценози (БГЦ), займаючи в зоні північного Лісостепу України 248,3 тис. га, за продуктивним потенціалом відносяться до найбільш цінних кормових угідь. У сучасних умовах, перебуваючи під постійним, часто надмірним антропогенним навантаженням і зазнаючи деградації, вони стають неспроможними виконувати свої функції, а тому всебічне вивчення та розробка еколого-біологічних принципів та методів відновлення їх біосферної ролі у системі лісолукоаграрних комплексів є нагальною необхідністю сучасності.
Актуальність теми. Оптимізація функціонування природних лучних БГЦ, які домінують в заплавах великих і середніх річок, вимагає, насамперед, поліпшення умов живлення рослинних угруповань та застосування адекватних до біологічних особливостей фітокомпонентів режимів використання кормових угідь на основі встановлення та впровадження науково обгрунтованих видів мінеральних добрив і їх поєднань, найбільш досконалих режимів скошування травостоїв.
Зв’язок роботи з науковими програмами, темами, планами. Досліджен-ня є складовою частиною тематичного плану Інституту землеробства УААН по виконанню НТП УААН на 1996-2000 рр. “Кормовиробництво” (№ державної реєстрації 0196 U 18401).
Мета і задачі дослідження. Метою роботи було встановити закономірності формування еколого-біологічної структури і продуктивності природних травостоїв на довгозаливних заплавних луках північного Лісостепу України при різних режимах скошування, підсіві трав і застосуванні мінеральних добрив та розробити систему їх використання для отримання на сіножатях стабільно високих урожаїв при оптимальній якості кормів, стійкості видової структури фітоценозів, збереженні екологічної рівноваги оточуючого середовища.
У зв’язку з цим на вирішення були поставлені такі задачі :
·
з’ясувати особливості структурно-функціональної організації заплавних лук, деструктивно-демутаційних процесів у фітоценозах, закономірності формування травостоїв при різних режимах скошування;
·
експериментально визначити розміри впливу різних строків і частоти скошування лучних травостоїв на продуктивність заплавних лук і якість кормів;
·
виявити роль підсіву трав у дернину, внесення мінеральних добрив, сінокосозмін у підвищенні стабільності ценозів і продуктивного довголіття в них едифікуючих і супутніх ценопопуляцій;
·
визначити зміни вмісту біогенних елементів у рослинах та грунті, деяких фізико-хімічних грунтових показників при різній інтенсивності використання лучних екосистем і догляду за ними;
·
дати енергетичну та економічну оцінку режимам використання заплавних лук і різних заходів догляду за ними.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше розроблено й екологічно обгрунтовано доцільні режими використання природних БГЦ довгозаливних заплавних лук лісостепової зони України.
При різних рівнях укісного навантаження для лук з тривалістю затоплення понад 50 діб і перевагою у рослинному покриві видів гігрофітної екології встановлені параметри дії мінеральних добрив на трансформаційні процеси еколого-біологічної структури та господарську цінність угідь.
Здійснена поліваріантна екологічна оцінка ступеня деструктивності ценозів в умовах антропопресії та розроблено методичні підходи і шляхи відновлення й підтримання на оптимальному рівні пульсативної деструктивно-демутаційної рівноваги БГЦ.
З’ясована залежність між виявленням дії антропогенних екологічних факторів на продуктивність природних фітоценозів та енергетичними і економічними витратами на здійснення заходів поверхневого поліпшення лучних угідь і з урахуванням сучасної цінової ситуації визначено розміри господарсько виправданих субсидій техногенної енергії та економічних витрат для збільшення в БГЦ об’єму кругообігу речовин з метою одержання високих зборів якісних кормів різноцільового призначення.
Практичне значення одержаних результатів полягає у розробці рекомендацій виробництву, які забезпечують істотне підвищення ефективності використання довгозаливних заплавних лучних БГЦ та їх охорону в умовах антропогенного навантаження. Впровадження цих розробок при достатньому ресурсному забезпеченні дозволяє на поліпшених природних сіножатях стабільно отримувати по 60-75 ц/га сухої маси трав, придатної для виготовлення високоякісних кормів різноцільового призначення, підвищити стабільність фітоценозів та поліпшити екологічний стан заплавних лук.
Основні положення дисертаційної роботи використані в подальших біогеоценотичних дослідженнях лабораторії луківництва Інституту землеробства УААН. У 1998-1999 рр. проведена виробнича перевірка й впровадження у радгоспі “Вишеньківський” Бориспільського району Київської області на площі 70 га.
Особистий внесок здобувача полягає в розробці програми, аналізі, узагальненні одержаних даних і теоретичному обгрунтуванні положень та висновків дисертації, написанні статей. У проведенні лабораторних і польових досліджень та їх узагальненні при написанні статей частка автора складає 85%.
Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації оприлюдненні на Міжнародній конференції молодих вчених “Пошуки молодих вчених” (Чабани,1996), на Міжнародній науково-практичній конференції “Землеробство ХХ1 століття – проблеми та шляхи вирішення” (Чабани, 1999), на 2-му науково-практичному семінарі молодих вчених та спеціалістів “Вчимося господарювати” (Чабани, 1999), на засіданнях лабораторії луківництва та методичної комісії з питань землеробства і рослинництва Інституту землеробства УААН (2000 р.).
Публікації. Основні результати досліджень по темі дисертації опубліковано в 10 наукових працях, 7 з яких статті у фахових виданнях.
Структура і обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, 7 розділів, заключення, висновків і рекомендацій виробництву, додатків, списку використаних джерел із 311 публікацій, 36 з яких латинським шрифтом. Основний зміст викладений на 139 сторінках машинописного тексту. Робота ілюстрована 35 таблицями, 15 рисунками та 13 додатками.
Час та місце виконання роботи. Робота виконана у 1995-1999 рр. під час перебування в очній аспірантурі та в якості наукового співробітника Інституту землеробства УААН на базі державного сільськогосподарського підприємства “Дніпровське” i радгоспу “Вишеньківський” Бориспільського району Київської області.
Автор висловлює щиру подяку члену-кореспонденту НАН України, доктору біологічних наук, професору А.П.Травлєєву за цінні консультації при визначенні напрямку досліджень, теми та під час її реалізації, а також науковому керівнику – доктору сільськогосподарських наук, професору А.В.Боговіну за допомогу при виконанні дисертаційної роботи.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
ЕКОЛОГІЧНІ ФАКТОРИ ФОРМУВАННЯ
ВИСОКОПРОДУКТИВНИХ ЛУЧНИХ БІОГЕОЦЕНОЗІВ
(огляд літератури)
Вивченню лучних БГЦ як природних біологічних систем та кормовироб-ничих об’єктів приділено багато уваги. Найвагоміший внесок у розробку цієї проблеми зроблено працями В.Р.Вільямса, О.П.Шенникова, Л.Г.Раменського, Т.О.Работнова, І.В.Ларіна, М.В.Куксіна та ін. У результаті з’ясовано природні й господарські особливості лук як типу рослинності, їх поширення, класифікацію, частково флористичний та фітоценотичний склад. Проведено значний обсяг робіт по розробці технологічних основ підвищення продуктивності кормових угідь. У розділі розглянуто основні етапи здійснення зазначених досліджень.
Проте, постійне зростання антропогенного навантаження на лучні БГЦ, в тому числі й заплавні, часто викликає значні порушення їх функціонування, що веде до деградації та погіршення екологічної і господарської цінності останніх. Це обумовлює необхідність поліваріантної оцінки дії природних та антропогенних екологічних факторів на трансформаційні процеси в лучних ценозах з урахуванням змін флористичного складу, еколого-біологічної та фітоценотичної структури, продуктивних властивостей, використовуючи оціночні критерії ступеня деструктивності й здатності до відновлювального збалансування на оптимальному рівні всіх коадаптивно пов’язаних частин з метою розробки ефективних шляхів управління їх станом. Цей напрямок у луківництві недостатньо розроблений, мало використовується при проведенні лукомеліоративних робіт, що й визначило вибір теми дисертації.
ОБ’ЄКТИ, УМОВИ І МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ
У розділі наведено коротку характеристику природних умов зони Лісостепу України, на території північної частини якої було проведено дослідження. Об’єкти вивчення – природні луки центральної частини заплави середньої течії Дніпра.
Вирішення поставлених завдань здійснено у двох дослідах.
Дослід 1 по вивченню режимів використання лучних фітоценозів закладено лабораторією луківництва Інституту землеробства УААН на багаторізнотравно-болотнотонконогових луках у 1979 році. Тривалість затоплення повеневими водами 30-40 діб. Зволоження за екологічними шкалами Л.Г.Раменського свіжо-лучне (53-64). Грунти лучні крупнопилувато легкосуглинкові, у шарі 0-20 см на 100 г сухої маси містять 2,8% гумусу, 14,3 мг легкогідролізованого азоту, 9,8 Р2О5, 6,4 мг К2О, гідролітична кислотність – 4,8 мг-екв., рН(КСl)=4,5. До 1994 року основна увага приділялася з’ясуванню продуктивних властивостей сіножатей. Нами узагальнено дані за останні 7 років і проведено поглиблені дослідження тривалої дії по фону N135P60K120 режимів використання на продуктивність, еколого-біологічну структуру фітоценозів, якісні показники рослинної маси.
Дослід 2 закладено на болотнорізнотравно-гостроосокових луках навесні 1995 року. Тривалість затоплення 50-65 діб, зволоження за екологічними шкалами Л.Г.Раменського болотно-лучне (89-93). Грунти дерново-глейові пилуватосупіщані, у шарі 0-20 см на 100 г сухої маси містять 3,1% гумусу, 14,4 мг легкогідро-лізованого азоту, 4,5 Р2О5, 9,5 мг К2О, гідролітична кислотність – 4,2 мг-екв., рН(КСl)=6,0.
Погодні умови в роки проведення досліджень були різними: найбільш жарким і сухим видався 1996 рік – коефіцієнт природного зволоження за вегетаційний період (КЗ)=0,8; найбільш вологим і помірно теплим 1997 – КЗ=2,4.
З метою встановлення характеру змін видової і екологічної структури фітоценозів під впливом режимів скошування і застосування добрив перед кожним укосом та по окремих етапах відростання рослин проводили геоботанічний опис травостоїв з послідуючим флористичним, екологічним, біоморфологічним і ареалологічним аналізом рослинних угруповань за методичними розробками Л.Г.Раменського (1929; 1971), О.П.Шенникова (1964); О.Л.Бельгарда (1950), О.В.Гроссгейма (1938). Дольову участь видів у травостої визначали за проективним покриттям, продуктивність, якісні показники рослинної маси, основні фізико-хімічні властивості грунтів – за загальноприйнятими методиками (Аринушкина А.В., 1962; Петербургский А.В., 1963; ВІК,1971). Енергетичну і економічну ефективність заходів поверхневого поліпшення природних сіножатей розраховували за методиками ВІК (1971), А.К.Медведовського, П.І.Іваненка (1988) та технологічними картами.
ЕКОЛОГО-БІОЛОГІЧНА СТРУКТУРА ЛУЧНИХ ФІТОЦЕНОЗІВ
У розділі приведені результати флористичного аналізу двох типів довгозаливних заплавних лук середньої течії Дніпра. В його основі лежить систематичний склад, який показує відношення видів до певних родів і родин, кількісна оцінка участі у формуванні рослинного покриву та якісні показники видів: еколого-біологічні, екотопічні, ареалологічні.
Встановлено, що флористичний склад багаторізнотравно-болотнотонконо-гових лук нараховує 46 видів трав’янистих рослин, які належать до 16 порядків, 18 родин і 36 родів. Найкраще представлені злакові (23,9%) й гречкові (13,0%). За проективним покриттям пануюче положення займають злакові (35% у першому укосі, 21 в отавах) та осокові (27-14%). На болотнорізнотравно-гостроосокових луках нараховується 38 видів, які відносяться до 17 порядків, 18 родин і 32 родів. За рангом представленості перше місце займають злакові (23,7%), за проективним покриттям злакові (26-18%) й осокові (23-21%).
Еколого-біологічний аналіз видового складу з урахуванням екобіоморф О.Л.Бельгарда (1950; 1971) показав перевагу лучних рослин. Різка перемінність водного режиму грунтів обумовлює формування фітоценозів з високою сезонною і щорічною зміною домінантів та екологічною гетерогенністю, що пов’язана з континуальним поєднанням у рослинному покриві різних гігроморф (рис.1,2) та життєвих форм: гемікриптофіти, гідрофіти, геофіти, хамофіти.
Алювіальний режим заплавних грунтів зі щорічним надходженням поживних речовин з намулком (в т.ч. азоту – 21,0-46,3 кг/га, фосфору – 19,6-41,2, калію – 6,3-12,3 кг/ га) обумовлює панування на обох типах луків мезотрофів, оліготрофи відсутні. Він же сприяє поширенню вегетативно рухомих довго- та короткокореневищних біоморфотипів лучних рослин і затриманню сингенеза фіто-ценозів в ланцюзі дернового процесу на більш продуктивних його етапах.
За походженням близько 98% видів досліджуваних флор припадає на бореальний тип ареалів – це переважно мезофільні лучні та болотні рослини, поширені у межах лісової зони північної півкулі.
Режими відчуження надземної маси травостоїв у комплексі із застосуванням мінеральних добрив викликають перебудову структури фітоценозів у напрямку скорочення кількості видів на основі підсилення диференціації та екотопічного відбору, що супроводжується звуженням екоспектрів. На багаторізнотравно-болотнотонконогових луках зростає доля синузій гігромезофітів та мезофітів зі зміщенням у бік останніх при послабленні ролі гігрофітів і ксеромезофітів. При високому рівні антропогенного навантаження (4 укоси) в отаві з’являється тимчасова синузія експлерентів (Echinochloa crus-galli Beauv., Rumex acetosella L., Setaria glauca Beauv.)
На болотнорізнотравно-гостроосокових луках синузія мезогігрофітів поряд з гігромезофітами і мезофітами набуває позиції стійкодомінуючої, а гігрофіти – содомінуючої.
Внесення добрив посилює мегатрофізацію рослинних угруповань. Зростає кількість Elytrigia repens Nevski, Phalaroides arundinaceae Rausch., Potentilla anseri- na L., зменшується участь бобових.
ПРОДУКТИВНІСТЬ ЛУЧНИХ ЕКОСИСТЕМ ЗАЛЕЖНО ВІД ДІЇ РІЗНИХ ЕКОЛОГІЧНИХ ФАКТОРІВ
Рослинний покрив, створюючи у процесі фотосинтезу органічну речовину, виступає основним продуцентом енергетичних ресурсів для консортів. У практичній діяльності людину в першу чергу цікавить господарський урожай.
При вивченні режимів використання багаторізнотравно-болотнотонконого-вих лук встановлено чітку залежність продуктивності фітоценозів від частоти скошування, тривалості передукісних інтервалів, погодних умов року. На протязі 1991-1997 рр. максимальний урожай трав отримано на триукісній сіножаті з проведенням 1-го укосу на початку цвітіння домінуючих видів злаків і збиранням отав через 40-45 діб, мінімальний за чотириразового скошування у фазі трубкування (табл.1).
Таблиця 1
Продуктивність природних сіножатей багаторізнотравно-болотнотонконогових лук за різних режимів використання (1991-1997 рр.)
Сіножаті | Урожай
сухої маси трав, ц/га | Збір з 1 га, ц
кормових одиниць | сирого протеїну
1.Двоукісна:
1-й укіс на поч. цвітіння,
2-й через 3 місяці
2.Триукісна:
1-й укіс на поч. цвітіння,
2-й і 3-й через 40-45 діб
3.Триукісна:
1-й укіс у фазі колосіння,
2-й через 55-60,
3-й через 40-45 діб
4.Триукісна:
1-й укіс у фазі колосіння,
2-й через 40-45,
3-й через 55-60 діб
5.Чотириукісна:
1-й укіс у фазі виходу в трубку, 2-й через 30-35,
3-й через 35-40,
4-й через 40-45 діб
6.Сінокосозміна 1
7.Сінокосозміна 2
8.Сінокосозміна 3
НІР 05, ц/га |
70,4
75,2
62,3
63,2
40,7
64,0
61,8
66,4
4,4 |
42,5
45,7
37,7
38,1
31,6
38,6
38,7
41,5 |
9,4
10,6
10,3
10,2
7,0
9,9
9,2
10,6
Примітки:
1.
Сінокосозміна 1: перший рік використовується за схемою другого варіанта, другий рік – третього, третій рік – четвертого.
2.
Сінокосозміна 2: три роки використовується за схемою шостого варіанта, на четвертий рік як двоукісна сіножать з 1-м укосом у фазі плодоношення + отава.
3.
Сінокосозміна 3: три роки використовується за схемою шостого варіанта, на четвертий рік рано навесні проводиться підсів трав у дернину.
При проведенні першого укосу у фазу колосіння злаків урожайність лук знизилась на 12-18%, що викликано передчасним перериванням і скороченням періоду відновлення фітоценозів з інтенсивними приростами врожаю при достатньо сформованій листковій масі.
Розподіл урожаю сухої маси по укосах протягом вегетаційного сезону був тим рівномірнішим, чим частіше і у більш ранні фази розвитку скошували трави (рис.3).
На болотнорізнотравно-гостроосокових луках внесення мінеральних добрив у будь-яких співвідношеннях викликає підвищення продуктивності рослинних угруповань (табл.2). Найбільш ефективним виявилося застосування N135K120 і N135P60K120. У середньому за 3 роки урожай сухої маси трав на цих варіантах у порівнянні з контролем без добрив зріс у 1,5 рази. Фосфорно-калійні й азотно-фосфорні добрива менш ефективні. Впровадження триукісного використання (1-й укіс у фазі колосіння злакових компонентів) на фоні N135P60K120 забезпечило максимальний урожай, що пояснюється більш повним використанням ростового потенціалу фітокомпонентів.
Отавність фітоценозів в середньому за роки дослідження була високою.
Максимальний запас кореневої маси – 134,2 ц/га сухої речовини, травостої мали за дворазового скошування, мінімальний – 92,8 за чотириразового. Триукісне використання зменшило обсяг накопичення коріння на 13-19% порівняно з двоукісним і збільшило на 18-27% порівняно з чотириукісним.
Застосування азотних добрив, збільшуючи урожай надземної маси фітоценозів, одночасно зменшувало кількість коріння, фосфорно-калійних сприяло збільшенню запасу та деякому заглибленню коренів у нижні шари грунту. Основна маса коріння (89-95%) на всіх фонах антропогенного навантаження сконцентрована у шарі 0-10 см.
Таблиця 2
Продуктивність природних сіножатей болотнорізнотравно-гостросокових лук при внесенні мінеральних добрив (1995-1997 рр.)
Сіножаті | Урожай
сухої маси трав, ц/га | Збір з 1 га, ц
кормових одиниць | сирого протеїну
Без добрив
Р60К120
N135P60
N135K120
N135P60K120
N135P60K120 + підсів
очеретянки звичайної
N135P60K120
(триукісне використання)
НІР 05, ц/га |
35,2
40,1
42,7
50,9
57,8
62,5
62,6
3,2 |
22,3
25,4
26,3
32,3
36,0
38,2
38,7 |
5,3
6,7
7,1
8,2
9,6
9,8
10,2
Примітки:
1.
На варіантах 1-6 - двоукісне використання: 1-й укіс на початку цвітіння злаків, 2-й через 40-45 діб.
2.
На варіанті 7 – 1-й укіс у фазі колосіння злаків, 2-й і 3-й через 40-45 діб.
ЗМІНА ХІМІЧНОГО СКЛАДУ РОСЛИННОЇ МАСИ ЛУЧНИХ
ФІТОЦЕНОЗІВ ПІД ДІЄЮ ЕКОЛОГІЧНИХ ФАКТОРІВ
Об’єм кругообігу речовин у біогеоценозах і продуктивність тварин як первинних консументів залежить не тільки від загальної біопродуктивності автотрофних блоків, а й від якості кормів, яка визначається хімічним складом рослинної маси.
Трави на багаторізнотравно-болотнотонконогових луках при скошуванні їх у фазі колосіння-початку цвітіння мали досить високий вміст сирого протеїну (13,0-16,0%), білку (11,7-14,3), фосфору (0,34-0,37), калію (1,52-1,95% на суху речовину) і за більшістю показників, в тому числі протеїновим відношенням (5-7 при нормі 6-8) в основному відповідали зоотехнічним нормам годівлі тварин. Дещо підвищений рівень кальцію (0,90-1,00%) зміщував співвідношення Са:Р до 3, що є небажаним, поскільки може знижувати засвоєння цих елементів в організмі тварин. Збільшення інтенсивності використання з 2-3-х до 4-х укосів у фазі трубкування злаків на фоні NPK підвищило вміст у трав’яній масі сирого протеїну до17,3%, білку – до 15,7%, в меншій мірі – жиру, золи, фосфору, калію, кальцію при одночасному зменшенні кількості клітковини, безазотистих екстрактивних речовин (БЕР). За чотириукісного використання спостерігалося підвищення концентрації Mn, Zn, Cu, Co, Ni, Pb, Cd.
На болотнорізнотравно-гостроосокових луках трави мали 15,1-17,2% сирого протеїну, 13,6-16,0 білку, 0,38-0,41 фосфору, 1,52-2,06 калію, 0,69-0,81% кальцію, протеїнове відношення у межах 5-6, співвідношення Са:Р – 1,7-1,9. Зростанню концентрації азотовмісних речовин (у тому числі і нітратного азоту (рис.4)), жиру, золи і калію у сухій речовині сприяло застосування азотно-фосфорно-калійних добрив. Усі види мінеральних добрив зменшували кількість свинцю, а подекуди і стронцію.
За вмістом поживних речовин рослинна маса на всіх досліджуваних рівнях антропогенного впливу згідно ГОСТу 4808-75 і ГОСТу 23637-79 була придатна для виготовлення кормів першого класу.
ВПЛИВ ЕКОЛОГІЧНИХ ФАКТОРІВ НА ДЕЯКІ ПОКАЗНИКИ ЕДАФОТОПУ
Встановлено, що режими скошування травостоїв навіть при тривалій дії мало впливають на вміст у грунті гумусу, суму поглинутих основ, ємність поглинання, ступінь насиченості основами, актуальну і обмінну кислотність. Проте, зі збільшенням частоти скошування спостерігається тенденція до зростання гідролітичної кислотності та зменшується у шарі 0-20 см вміст легкогідролізованого азоту, Р2О5. Зміни в структурі фітоценозів по варіантах досліду зумовлені не скільки своєрідністю едафотопів, скільки еколого-біологічними властивостями фіто-компонентів – ритмікою відростання, інтенсивністю і об’ємом поглинання елементів живлення, здатністю захоплення фізичного середовища. Однак, підвищення гідролітичної кислотності поряд з пригніченням едифікаторів частим скошуванням у певній мірі сприяло збільшенню у ценозах частки осок як більш толерантних до реакції грунтового розчину.
Внесення на луки елементів мінерального живлення сприяє підвищенню концентрації у верхніх шарах грунту легкогідролізованого азоту, рухомого фосфору і обмінного калію там, де вони входять до складу добрив, що в певній мірі впливало на зміну структури і продуктивності фітоценозів.
Застосування мінеральних добрив з включенням до їх складу азоту, фосфору і калію забезпечує в основному позитивний баланс цих елементів за всіх режимів використання кормових угідь, обумовлюючи досить високу гомеостатичність рослинних угруповань. Виключення азоту або калію зі складу добрив викликає значний їх дефіцит і, як наслідок, зниження продуктивності лук та поширення менш цінних і менш вимогливих до умов місцезростання фітокомпонентів, в першу чергу осок.
ЕНЕРГЕТИЧНА ТА ЕКОНОМІЧНА ОЦІНКА ЗАХОДІВ ПОВЕРХНЕВОГО ПОЛІПШЕННЯ ПРИРОДНИХ ДОВГОЗАЛИВНИХ ЗАПЛАВНИХ ЛУК
У розділі наведені розрахунки енергетичної ефективності й економічної доцільності заходів поверхневого поліпшення природних заплавних лук та впровадження різних режимів використання травостоїв.
Найбільший збір з урожаєм валової (122,2-127,9 ГДж/га) й обмінної (49,5-52,1) енергії та умовно чистий прибуток (549-593 грн./га) з рівнем рентабельності 142-144% забезпечує дво- і триукісне використання ценозів по фону N135P60K120 з проведенням першого укосу на початку цвітіння злаків. Енергетичний коефіцієнт (ЕК)=5,7-5,9; коефіцієнт енергетичної ефективності (КЕЕ)=2,3-2,4. Наближені результати дають сінокосозміни. Найменш інтенсивне відтворення антропогенної енергії в урожаї характерне для режиму чотириразового скошування трав на сіно у фазі виходу у трубку злаків : ЕК=3,0, КЕЕ=2,3. Вихід валової та обмінної енергії – відповідно 66,7 та 34,5 ГДж/га, рівень рентабельності – 72%.
Азотні добрива, істотно збільшуючи вихід валової й обмінної енергії та умовно чистий прибуток при одночасному зростанні вартості затрат, суттєво знижують рівень рентабельності виробництва продукції.
Отже, враховуючи економічні показники та спрямованість трансформа-ційних процесів, що відбуваються в БГЦ під впливом антропогенного навантаження, продуктивне використання лучних угідь при збереженні оптимальної структурно-функціональної їх організації можливо лише при дотриманні таких найбільш загальних принципів:
·
обов’язкове узгодження методів і засобів інтенсифікації з еколого-біологічними особливостями фітокомпонентів в межах їх пластичності;
·
відповідність антропогенного навантаження сучасним потребам людини, застосування природоохоронних технологій для забезпечення необхідної біопро-дуктивності ценозів та стійкого фітосозологічного ефекту;
·
здійснення поліваріантного контролю за наслідками впливу;
·
індивідуальний підхід до конкретного БГЦ з урахуванням його сучасного та прогнозного стану при визначенні поточної і перспективної стратегії оптимізації функціонування в умовах господарського використання;
·
застосування компенсаційного підходу з метою збалансування потоків енергії шляхом вкладення відповідних субсидій на додатково отриману продукцію в процесі господарського використання лучних угідь.
ВИСНОВКИ
У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється у розробці шляхів та методів управління структурно-функціональною організацією заплавних лучних біогеоценозів в умовах антропопресії, яка вирішена шляхом встановлення оптимальних режимів використання та живлення рослинних угруповань для збільшення в БГЦ об’єму кругообігу речовин з метою забезпечення високої продуктивності природних кормових угідь при збереженні збалансованості енергетичних потоків.
1.
Заплавні лучні БГЦ, маючи гетерогенну структуру в природних умовах перебувають у деструктивно-демутаційному стані, сезонна та різнорічна пульсативність якого обумовлена закономірною зміною екологічних режимів, амплітуда відхилень яких знаходиться у межах типологічної специфічності угідь.
2.
В умовах широкомасштабної господарської діяльності антропогенні фактори виступають потужними порушувачами збалансованих у процесі еволюції регуляційних механізмів структурно-функціональної організації БГЦ, часто спричинюють погіршення їх екологічної та господарської цінності;
3.
Дво- і триукісне використання багаторізнотравно-болотнотонконогових лук на фоні економічно та екологічно найбільш доцільної дози добрив (N135P60K120) у системі сінокосозмін і поза ними скорочує загальну кількість видів, звужує екоспектри рослинних угруповань, підвищуючи екоморфічну гомогенізацію за рахунок скорочення частки гігрофітів і ксеромезофітів та посилення мезофітів і гігромезофітів, чотириукісне – викликає появу тимчасової деструктивної синузії експлерентів (Echinochloa crus-galli Beauv., Rumex acetosella L., Setaria glauca Beauv.). На болотнорізнотравно-гостроосокових луках при дво-, триразовому скошуванні по фону добрив домінуюче положення займають мезогігрофіти, гігромезофіти та мезофіти при содомінуванні гігрофітів і повному виключенні ксеромезофітів.
4.
Алювіальний режим зі щорічним привнесенням на луки 6,2-7,7 т/га органічної маси з намулком ( у т.ч. 21,0-46,3 кг/ га азоту,19,6-41,2 фосфору, 6,3-12,3 кг/ га калію) та внесення NPK-добрив обумовлюють наскрізне поширення в ценозах мезо- та мегатрофів і повну відсутність оліготрофів. Без внесення добрив та при застосуванні РК позиція мегатрофів (Elytrigia repens Nevski, Phalaroides arundinaceae Rausch., Potentilla anserina L.) послаблюється, зростає кількість бобових. Домінуюча життєва форма – гемікриптофіти (59-76% флористичного складу ценозів).
5.
Найвищу продуктивність лучні фітоценози забезпечують при триукісному використанні з проведенням 1-го укосу на початку цвітіння домінуючих злакових видів і збором отав через 40-45 діб по фону NPK. При проведенні 1-го укосу у фазі колосіння злаків урожайність лук знижується на 12-18%, у фазі виходу у трубку – на 34-46%. В умовах алювіального режиму максимально ефективним є застосування азотно-фосфорно-калійних та азотно-калійних добрив. При виключенні зі складу добрив калію чи азоту продуктивність знижується на 16-36%.
6.
Найбільшу масу коріння травостої мають при дворазовому скошуванні найменшу при чотириразовому. Триукісне використання у системі сінокосозмін і поза ними зменшує обсяг накопичення кореневої маси порівняно з двоукісним та збільшує порівняно з чотириукісним. Основна маса коріння за всіх режимів скошування сконцентрована у шарі грунту 0-10 см. Застосування фосфорно-калійних добрив сприяє збільшенню запасу коріння та заглибленню його у нижні шари грунту.
7.
Збільшення інтенсивності використання з 2-3-х до 4-х укосів на фоні NPK підвищує у рослинній масі вміст сирого протеїну, білку, в меншій мірі – жиру, золи, Р, К, Са, Mn, Co, Ni, Pb, Cd при одночасному зменшенні кількості клітковини, БЕР, Fe, Sr. Зростанню концентрації азотовмісних речовин, жиру, золи і калію сприяє застосування NPK та NK-добрив. Усі види мінеральних добрив зменшують кількість Pb, а подекуди і Sr. За вмістом поживних речовин рослинна маса на всіх досліджуваних рівнях антропогенного навантаження повністю відповідала зоотехнічним нормам годівлі тварин, на більшості варіантів не виходила за межі норми і концентрація важких металів.
8.
Режими скошування травостоїв мало впливають на стан едафотопу: чотириукісне використання викликає незначне підвищення гідролітичної кислотності та зменшення у шарі 0-20 см концентрації легкогідролізованого й амонійного азоту, Р2О5. Застосування азотних добрив сприяє підвищенню вмісту в грунті легкогідролізованого та амонійного азоту, фосфорних – рухомого фосфору, калійних – обмінного калію.
9.
Застосування мінеральних добрив з включенням до їх складу азоту, фосфору і калію забезпечує позитивний баланс цих елементів за всіх режимів використання кормових угідь, обумовлюючи досить високу гомеостатичність рослинних угруповань. Виключення азоту чи калію зі складу добрив обумовлює значний їх дефіцит, зниження продуктивності лук і поширення менш цінних і менш вимогливих до умов місцезростання фітокомпонентів.
10.
Найбільший збір валової та обмінної енергії, умовно чистий прибуток забезпечує дво- і триукісне використання з проведенням 1-го укосу на початку цвітіння злаків. Найменш рентабельні чотириукісні сіножаті. Азотні добрива, істотно збільшуючи вихід валової та обмінної енергії і умовно чистий прибуток при одночасному зростанні вартості затрат, суттєво знижують рівень рентабельності виробництва продукції.
Рекомендації виробництву
1.
З метою забезпечення високої продуктивності лучних БГЦ і фітосозологічного ефекту при високих економічних показниках доцільно щорічно вносити мінеральні добрива N135P60K120 і проводити триразове скошування травостою з 1-м укосом на початку цвітіння злакових трав та збиранням отав через 40-45 діб.
2.
Для одержання високопоживної рослинної маси необхідно застосовувати чотириразове скошування травостоїв у фазі кущення-виходу у трубку злаків у системі сінокосозмін.
3.
Враховуючи наявність алювіального процесу та з метою зменшення енерге-тичних і матеріальних затрат на виробництво кормів при недостатньому ресурсному забезпеченні господарств доцільно тимчасово обмежуватися внесенням на луки лише азотних і калійних добрив.
ПУБЛІКАЦІЇ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ
1.
Дудник С.В. Захист лучних травостоїв від засмічення бур’янами та шкідливими рослинами // Захист рослин. – 1997. – №7. – С.18-19.
2.
Дудник С.В. Травостої без важких металів // Захист рослин. – 1999. – №11. – С.12-13.
3.
Дудник С.В. Захист лучних ценозів від стресових ситуацій в умовах антропопресії // Захист рослин. – 2000. – № 6. – С.28.
4.
Боговін А.В. Мартиненко Н.Д. Риковський В.Я. Пустовойченко С.В. (Дудник С.В.) Лукопасовищні угіддя як фактор оптимізації структурно-функціональної організації агроландшафтів та виробництва дешевих кормів // Землеробство. – К., 1996. – Вип.71. – С.65-70.
5.
Дудник С.В. Вплив антропогенних факторів на еколого-біологічні та фітоценотичні особливості ценозів лучних екосистем // Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН. – К., 1997. – Вип.1. – С.71-72.
6.
Дзвоник О.М., Дудник С.В. Ефективне використання заплавних лук // Тваринництво України. – 1997. – № 7. – С.24-25.
7.
Дудник С.В. Високоякісні трав’яні корми на заплавних луках // Тваринництво України. – 1997. – № 8. – С.26.
8.
Пустовойченко С.В. (Дудник С.В.) Вплив режимів використання на продуктивність заплавних лук // Матеріали міжнародної науково-практичної конференції молодих вчених і спеціалістів “ Наслідки наукових пошуків молодих вчених-аграрників в умовах реформування АПК”. – Чабани, 1996. – Ч.1. – С.8.
9.
Дудник С.В. Вплив агроекологічних факторів на продуктивність і закономірності формування видової і екологічної структури болот-норізнотравно-гостроосокових лук заплави Дніпра // Матеріали міжнародної науково-практичної конференції “Землеробство ХХI століття – проблеми та шляхи вирішення”. – К., 1999. – С. 159-160.
10.
Дудник С.В. Продуктивність заплавних лучних екосистем в умовах антропопресії // Матеріали науково-практичного семінару молодих вчених та спеціалістів “Вчимося господарювати”. – К., 1999. – С.117-118.
АНОТАЦІЯ
ДУДНИК С.В. Еколого-біологічні принципи створення стійких високо-продуктивних лучних біогеоценозів в заплавах північного Лісостепу України. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.16 – екологія. Дніпропетровський державний університет, Дніпропетровськ, 2000.
Здійснена поліваріантна оцінка впливу природних і антропогенних екологічних факторів на трансформаційні процеси довгозаливних лучних біогео-ценозів заплав північного Лісостепу України з урахуванням змін флористичного складу, еколого-біологічної, фітоценотичної структури, продуктивних властивостей, хімічного складу рослинної маси, родючості грунтів. Розроблено ефективні шляхи управління станом БГЦ з використанням оціночних критеріїв ступеня деструктивності та здатності до відновлювального збалансування на оптимальному рівні всіх його коадаптивно пов’язаних частин.
Встановлено, що найбільш ефективним є триукісне використання лучних фітоценозів з проведенням 1-го укосу для багаторізнотравно-болотнотонконогових лук – на початку цвітіння, для болотнорізнотравно-гостроосокових – у фазі колосіння домінуючих злакових видів та збиранням отав через 40-45 діб. Застосування мінеральних добрив з включенням до їх складу азоту, фосфору і калію (N135P60K120) забезпечує позитивний баланс елементів живлення за всіх режимів відчуження надземної маси травостоїв, обумовлюючи високу гомеостатичність рослинних угруповань та збалансування потоків енергії.
Ключові слова: лучні біогеоценози, заплавні луки, екологічні фактори, трансформаційні зміни, продуктивність фітоценозів.
АННОТАЦИЯ
ДУДНИК С.В. Эколого-биологические принципы создания устойчивых высокопродуктивних луговых биогеоценозов в поймах северной Лесостепи Украины. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.16 – экология. Днепропетровский государственный университет, Днепропетровск, 2000.
В работе осуществлена поливариантная оценка воздействия естественных и антропогенных экологических факторов на трансформационные процессы в долгопоемных луговых биогеоценозах северной Лесостепи Украины с учетом изменений флористического состава, эколого-биологической, фитоценотической структуры, продуктивных свойств, химического состава растительной массы, плодородия почв.
Установлено, что антропогенная нагрузка, особенно комплексное воздействие режимов использования травостоев и применение минеральных удобрений вызывает перестройку структуры фитоценозов в направлении сокращения общего количества видов и сужения их экологических спектров на основании дифференциации и отбора наиболее соответствующих условиям произрастания. Наиболее эффективно трехразовое скашивание травостоев разнотравно-болотномятликовых и болотноразнотравно-остроосоковых пойменных лугов с проведением первого укоса в фазе колошения-начала цветения доминирующих злаковых видов и уборкой оттав через 40-45 дней по фону N135P60K120. Такое использование обеспечивает высокую продуктивность (62,6 - 75,2 ц/га сухого вещества трав, 38,7-45,7 кормовых единиц, 10-11 ц/га сырого протеина) естественных кормовых угодий, позволяет поддерживать деструктивно-демутационные процессы в нормальном пульсирующем состоянии, обеспечивая высокую гомеостатичность растительных сообществ.
Травяная масса по химическому составу, согласно потребностям сельскохозяйственных животных как первичных консументов в питательных веществах, пригодна для изготовления кормов высшего класса. Не выходит за пределы нормы концентрация тяжелых металлов и нитратного азота. Поступление и отчуждение с урожайной массой элементов минерального питания сбалансировано.
Усиление нагрузки до 4-х укосов с проведением сбора трав в ранних фазах развития – трубкование у злаков, вызывает деградационные процессы в структуре растительных сообществ, которые проявляются в появлении временных синузий эксплерентов (Echinochloa crus-galli Beauv., Rumex acetosella L., Setaria glauca Beauv.), снижает продуктивность угодий, хотя качество растительного сырья возрастает.
Использование удобрений без включения в их состав азота или калия вызывает дефицит этих элементов на лугах и, как следствие, снижение продуктивности фитоценозов, распространение менее ценных в кормовом отношении, но менее прихотливых к условиям обитания видов.
На основании полученных результатов разработаны эффективные пути управления состоянием БГЦ с использованием оценочных критериев степени деструкции и способности к восстановлению баланса энергетических потоков.
Ключевые слова: луговые биогеоценозы, поемные луга, экологические факторы, трансформационные изменения, продуктивность фитоценозов.
ANNOTATION
DUDNYK S.V. Ecology-biological principles of creation steady high-productive flood plain meadow biogeocenoses by northern Forest-Steppe of Ukraine. - Manuscript.
The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of biological sciences on a specialty ecology. Dnepropetrovsk state university, Dnepropetrovsk, 2000.
The polyalternative estimation of action natural and antropogenous ecological the factors on transformation processes flood plain meadow biogeocenoses by northern Forest-Steppe of Ukraine is carried out in view of changes floristically composition, ecology-biological, phytocenotic structure, productive qualities, chemical composition of vegetative weight, fertility soil. The effective ways of management of a condition of biogeocenoses with use of criteria of a degree of destruction and ability to restoration of optimum level of his its parts are worked out.
Is established, that is most effective three-mowing use of meadow phytocenoses with realization first mowing in a phase of form ears - the beginning of flowering of dominant cereals, second and third mowing in 40-45 days.
Use of mineral fertilizers N135P60K120 provides positive balance of elements of a feeding at all modes of alienation vegetative weight of grass, providing high stability of vegetable communities and regulation of flows of energy.
Key words: meadow biogeocenoses, flood plain meadow, ecological factors, transformation processes, productive qualities of phytocenoses.
