Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Приемы использования отходов производства в агроэкосистемах Центрального Черноземья. Монография
.pdf
При размещении после сои ячменя его полевая всхожесть
колебалась от 79,7 до 88,6% и максимальная отмечалась при
орошении сточными водами. Беляко (1990) считает, что для прорастания семян ячменя требуется 48-70% воды от массы сухих
семян. Во время прорастания ячмень весьма чувствителен к неблагоприятным факторам среды – недостатку влаги, температурам, плотности почвы и др.
В процессе жизненного цикла растения ячменя проходят
несколько этапов развития и соответственно в разные периоды
предъявляют различные требования к экологическим факторам
(Зерно – ключевая проблема, 1986).
Весна 2009 г. также характеризовалась дефицитом осадков,
запасы продуктивной влаги в агроценозах ячменя в весенний период колебались в пределах 17,3-18,5 мм. В летний период при
дефиците осадков и повышенном температурном режиме запасы
продуктивной влаги не превышали 15,8-17,5 мм и увеличивались
при орошении посевов сточными водами на 67,9-75,0% (0-20 см).
Для успешного решения задачи повышения продуктивности
культуры необходимо более эффективно использовать знания о
взаимосвязи различных процессов, совершающихся на уровне
целого растительного организма, и в первую очередь, физиологобиохимических процессов, определяющих величину биологического и хозяйственного урожая (Рабинович, 1959; Ничипорович,
1972; 1988; Гуляев, 1978).
Проведенные исследования позволяют судить о том, что
фотосинтетическая деятельность представляет собой совокупность ряда взаимосвязанных процессов. Это, прежде всего, динамика формирования ценоза как целостной системы. Здесь особое значение имеют скорость роста и размеры фотосинтезирующего аппарата – площадь листьев, их пространственное положение и ориентация. Этим определяется оптическая плотность посева, а следовательно, и количество поглощаемой энергии солнечной радиации.
Установлено, что к VIII этапу органогенеза индекс листовой
поверхности (ИЛП) посевов достигал на контроле 3,9 м2/м2, а
при орошении сточными водами – 4,4 м2/м2 (табл. 51).
121
Таблица 51. Фотосинтетическая характеристика агроценоза
ячменя (VIII этап органогенеза)
Вариант ИЛП, м2/м2 УПП, г/дм
Контроль 3,9 36,3
Орошение 4,4 44,5
2
Согласно данным Ничипоровича (1972), Тооминг (1977),
оптимальная площадь листьев большинства сельскохозяйственных культур, выращиваемых для получения хозяйственно ценных органов, варьирует в пределах 2-7 м2/м2 и зависит от условий внешней среды, в частности, от режима ФАР и воды, а также
имеет различные значения в зависимости от географической широты. При большей оптической плотности растений нижний ярус
листьев быстро отмирает, бесцельно израсходовав на свой рост и
развитие часть воды, питательных веществ, солнечной радиации
и других ресурсов.
По данным Ничипоровича (1988), посевами, обладающими
оптимальной структурой, а также наиболее удачным ходом ее
развития и формирования, следует считать такие, в которых относительная площадь листьев быстро достигает размеров примерно 4,0-4,5 м2/м2 и как можно дольше (в зависимости от длительности вегетационного периода того или иного растения) сохраняется в активном состоянии на этом уровне и, наконец, значительно уменьшается или листья полностью отмирают, отдавая
пластические вещества на формирование репродуктивных органов или запасающих органов.
Одним из основных показателей фотосинтетического аппарата, ответственного за эффективность его деятельности в продукционном процессе растений в период формирования и налива
семян, является удельная поверхность плотности (УПП) листьев
(Motto, Sorssi, Solamini, 1979).
Биологическая сущность связи удельной поверхности плотности листьев с продуктивностью растений заключается в том,
что УПП фенотипически выражается в толщине листовых пластинок (r = 0,940±0,103) в основном за счет губчатой паренхимы. Это позволяет растениям с высокой УПП листьев эффективно использовать поглощаемую солнечную радиацию на образо-
122
вание ассимилятов с временным их депонированием в клетках
губчатой паренхимы, когда потребность атторгирующих цветков
не очень высокая. При гистологическом анализе выявлено, что
разрастание губчатой паренхимы сопровождается увеличением в
ней крахмала. В последующем при затухании фотосинтетической
активности крахмал, временно депонированный в листьях с участием амилолитических ферментов, поглощается транспортными
формами углеводов, которые перемещаются в развивающиеся
семена или используются на дыхание (Новикова, 1983).
При орошении посевов ярового ячменя сточными водами
УПП листьев увеличилась на 22,6% и достигала 44,5 г/дм2.
Согласно теоретическим расчетам Тооминга (1977), оптимальное значение УПП листьев при освещенности, близкой к
средней дневной в умеренной зоне, равно 40-60 г/дм2.
Важно отметить, что в агрофитоценозах наблюдаются взаимоотношения между отдельными растениями и популяциями продуцентов.
В основе взаимоотношений растений со средой и между собой лежит материально-энергетический обмен, влияние растений
друг на друга порождает ту биотическую среду, которая всегда
окружает растения в сообществе. Как отмечает Сукачев (1953),
за исключением очень редких случаев прямого воздействия растений друг на друга, биотическая среда, создаваемая растениями,
представляет собой физико-географическую среду, лишь измененную, иногда очень значительно.
Баздырев (2002) отмечает, что способность культурных растений противостоять сорнякам зависит от ряда факторов: размера семян и посадочного материала; темпов роста; длины вегетационного периода; соотношения плотности культурных и сорных
растений; фитосанитарного состояния и агротехники посевов;
различной реакции культурных и сорных растений на меняющиеся погодные условия.
Изменение реакции почвы и содержания в ней элементов
минерального питания в доступной форме определенным образом связано с изменением и других почвенных условий жизни
растений (воздух, вода тепло и т.д.), поэтому возможное непостоянство численности и видового состава сорняков в посевах
123
определяется совокупным влиянием меняющихся условий среды
обитания.
Анализ состава и плотности популяции сегетальных растений в агроценозах ячменя позволяет судить о том, что орошение
сточными водами увеличивало засоренность на 30,8%, и в отличие от посева сои большее распространение имели яровые однолетние сорняки (табл. 52).
Следует отметить, что взаимоотношения между культурны-
ми и сорными растениями в значительной мере регулируются
биохимическим взаимодействием (аллелопатией). Сущность его
заключается в том, что вегетирующие растения, ризосферные
микроорганизмы, продукты разложения послеуборочных остатков выделяют физиологически активные вещества, которые оказывают на другие растения в одних случаях стимулирующее, а в
других – тормозящее влияние (Гродзинский, 1965, 1982, 1989;
Маркова, 1972; Райс, 1978; Шеф, 1990; Саламатова, 1991).
Культурные растения существенно различаются своими ал-
лелопатическими свойствами по отношению к сорнякам. К группе аллелопатически активных относятся: ячмень, рожь, гречиха,
конопля. Корневые выделения пшеницы, кукурузы, люпина
склонны к подавлению роста многих сорняков (Barnes, Putman,
1983; Гродзинский, 1989).
Вредоносность сорных растений определяется не только
обилием и составом сорняков, но и чувствительностью к ним
культурных растений в отдельные периоды в зависимости от фазы роста и развития. Иногда культурные растения бывают наиболее чувствительны к наличию сорняков, и такие фазы их развития
называются критическими. У большинства культурных растений
критические периоды взаимоотношений приурочены к ранним
периодам роста и развития, и чем раньше проводятся мероприятия по ликвидации сорных растений, тем они эффективнее. Однако на посевах отдельных культур возможно наличие сорняков
без снижения урожайности. Сорняки не уменьшают урожай зерновых при появлении их во второй половине вегетации. Урожай
кукурузы не снижается, если сорняки остаются не более трехчетырех недель после посева, у яровых зерновых чувствительность к сорнякам начинает проявляться через полторы – две недели после посева (Исаев, 1990; Кирюшин, 1996).
124
Таблица 52. Состав и плотность популяций сегетальных
растений на VIII этапе органогенеза ячменя
Группа сегетальных
растений
Зимующие
Общее число растений 6 15,4
Яровые
Общее число растений 19 48,7
Многолетние
корнеотпрысковые
Общее число растений 14 35,9
Всего 39 100
Зимующие
Общее число растений 7 13,7
Яровые
Общее число растений 26 50,9
Многолетние
корнеотпрысковые
Общее число растений 18 35,4
Всего 51 100
НСР
1,6
0,95
Виды сегетальных
растений
Контроль
Трехреберник непахучий
Пастушья сумка 4
Марь белая 4
Щирица запрокинутая 4
Паслен черный 11
Вьюнок полевой 8
Осот полевой 3
Бодяк полевой 3
Орошение
Трехреберник непахучий
Пастушья сумка 5
Марь белая 5
Щирица запрокинутая 4
Паслен черный 13
Вьюнок полевой 8
Осот полевой 5
Бодяк полевой 5
Число cегетальных
растений
шт./м2 %
2
2
Миркин, Наумова, Злобин (1991) указывают, что проективное покрытие сорных видов в 10-15% не является причиной резкого снижения урожая сельскохозяйственных культур.
Продуктивный стеблестой ячменя является итогом динамики густоты растений в посеве и процесса образования и редукции
побегов. В отношении динамики густоты растений весь вегетационный цикл ячменя, согласно Дмитренко (1980), можно разде-
125
лить на две разновеликие части: первая – от сева до полных всходов, когда густота растений возрастает и достигает максимума и
вторая – от полных всходов до спелости, когда по тем или иным
причинам происходит выпадение (отмирание) части растений и
уменьшение густоты оставшихся, т.е. посевы изреживаются.
Изреженность посевов происходит вследствие воздействия
на агробиоценоз внешних и внутренних системообразующих
факторов. К внешним факторам изреженности относятся, прежде
всего, неблагоприятные агрометеорологические условия. К внутренним факторам – ценотическое взаимодействие культурных
растений между собой и с сорняками, которое выражается в виде
конкурентной борьбы за элементы почвенного питания, влагу и
свет. В процессе этой борьбы наиболее слабые, поздно взошедшие растения гибнут, уступая свое жизненное пространство более сильным. Этот процесс по своей сути является самоизреживанием. К внутренним факторам относится также антагонистическая межвидовая борьба с сорными растениями, воздействие
вредителей и возбудителей болезней, для которых культурные
растения являются источником существования. Эти факторы
можно назвать экологическими. Вызываемую ими изреженность
уже нельзя назвать самоизреженностью.
Не возражая против термина и сути понятия «самоизрежи-
вания» как результата ценотического взаимодействия культурных растений, отметим, что этот процесс в чистом виде может
наблюдаться в моноценозе, а в обычном агробиоценозе он является частью более общего процесса изреживания посева, вызываемого не только самоизреживанием, но и другими факторами:
внутренними, присущими агробиоценозу, и внешними.
К внутренним относятся такие факторы, как антагонистиче-
ская межвидовая борьба с сорными растениями, с которыми совпадают потребности культурных растений в агробиоценозе с
вредителями и возбудителями болезней. Эти процессы в отличие
от процесса самоизреживания описываются другими закономерностями.
К внешним факторам относятся неблагоприятные агромете-
орологические условия, а также нарушение технологического
процесса.
126
Основная трудность познания конкуренции у растений, как
заметил Кузьмин (1983), заключается в том, что, с одной стороны, она представляет собой сложный многофакторный процесс,
который в целях познания целесообразно расчленить на элементарные процессы конкуренции за отдельные факторы, а с другой
– это целостный процесс, для познания механизмов которого необходим системный синтез элементарных процессов конкуренции на уровне особей и популяций ценоза.
Увеличение засоренности посевов при орошении сточными
водами не оказало отрицательного влияния на урожайность и
качество зерна ячменя (табл. 53).
Продуктивность агроценоза ячменя увеличилась на 45,9%,
несколько снизилось содержание белка и пленчатости, а количество крахмала и экстрактивных веществ, наоборот, увеличилось
на 1,91 и 2,75%.
Таблица 53. Урожайность и пивоваренные качества зерна
ячменя, 2009 г.
Уро-
Вариант
Контроль 28,5 48,2 12,0 62,32 76,18 9,17
Орошение 41,6 51,7 11,5 64,23 78,93 8,13
НСР
0,95
жай-
ность,
ц/га
4,3
Масса
1000 зерен,
г
Содержание, %
Крах-
Белок
мал
Экстрак-
тивные
вещест-
ва, %
Плен-
чатость,
%
Тишлер (1971), Зубков, Карпачевский (1995), Житин, Рязанова (2006) подчеркивают, что сорные растения разнообразят видовой состав агробиоценоза, способствуя увеличению численности связанных с ним видов животных и особенно насекомых.
Стимулируется возникновение новых симбиотических связей,
приближающих агробиоценоз к естественному сообществу. Многовидовой состав агробиоценоза препятствует непомерному размножению насекомых-доминантов, способных причинить существенный вред посевам. Посевы без сорняков чаще повреждаются
вредителями.
127
Влияние сточных вод на функционирование
почвенно-биотического комплекса
Почва с произрастающими на ней растениями, живущими в
ней животными и микроорганизмами представляет собой живую
систему, точнее, систему живого вещества и неживой материи,
находящихся в циклическом взаимодействии (Черников, Старых,
1988).
Почвенный покров выполняет защитную функцию литосферы от воздействия факторов, регулируя интенсивность геологической денудации суши. Важнейшая функция почвы – генерирование и сохранение биологического разнообразия. Кроме того,
почва является средой обитания огромного числа организмов, она
ограничивает жизнедеятельность одних и стимулирует активность других. Для человека почва – главное средство сельскохозяйственного производства и место населения людей (99% продовольствия производится с участием почвы). Следует отметить,
что за последние 40-50 лет почвенный покров подвергался значительному антропогенному воздействию в результате сельскохозяйственного и промышленного производства, поэтому недаром
деградацию почв в мире называют «тихим кризисом планеты»
(Черников, 2000).
Почвенная фауна агрофитоценозов представлена колоссальным количеством животных организмов, среди которых амебы,
жгутиковые и другие простейшие насчитываются десятками и
сотнями тысяч в грамме. На один квадратный метр поверхностного слоя почвы приходится от нескольких десятков до нескольких сотен и более крупных беспозвоночных животных – дождевых червей, многоножек, личинок разнообразных жуков. Численность мелких немикроскопических членистоногих (клещи, ногохвостки) определяется десятками и сотнями тысяч на 1 м2 пахотного слоя почвы (Красильников, 1958). Нематоды насчитываются
иногда миллионами на 1 м2. Согласно данным Гилярова (1949),
общая масса этих животных определяется в несколько тонн (3-4)
на гектар почвы.
Основными организмами детритной пищевой цепи являются
дождевые черви, многоножки, жуки (Голлербах, Штина, 1969;
Небел, 1993; Рязанова, 2006; Житин, Рязанова, 2008).
128
Большинство дождевых червей относится к семейству люмбрицид, которое включает около 180 видов (на территории бывшего СССР). Но наиболее массовыми являются 15-16 видов, среди которых доминирует вид Nicodrilus caliginosus, обитающий в
пахотных почвах. Средний размер дождевого червя 9-13 см в
длину (на Кавказе обитают черви длиной 45 см) (Герасименко,
2009).
В пределах Воронежской области в почве встречаются
представители семейства Lumbricidae (дождевые черви), количество видов которых на данной территории насчитывает 27 видов,
относящихся к 9 родам (Негробов, 2007).
Плотность дождевых червей достигает в среднем 120 особей/м2, а биомасса – 50 г/м2 (при массе одного червя 0,5-1,5 г). В
благоприятных условиях плотность распределения пашенного
червя составляет 400-500 г/м2. Его присутствие в почве – это тест
на обогащенность почвы органическим веществом. Главный источник питания червя – растительные остатки. Интенсивная обработка почвы и использование средств защиты растений существенно снижают их численность (Evans, 1948; Чекановская,
1960; Харьковская, 1995, 1997, 2000).
Как и дождевые черви, многоножки также способствуют
аэрации почвы и открывают другим, менее сильным беспозвоночным, путь в более глубокие слои. Почвенно-биологическое
значение определяется их участием в переработке отмерших органических материалов. В слое 1-15 см численность многоножек
достигает 31-160 экз./м2, в слое 15-30 см – 241-3602 экз./м2.
Большинство двупарноногих очень быстро гибнет при высокой
температуре вследствие потери воды (Wilde, 1962).
Трансформация структуры экосистемы сопровождается утратой гетеротрофами регуляторных функций; при этом они нередко начинают оказывать дестабилизирующее воздействие на
организацию антропогенной экосистемы (Экология, 2008).
Тишлер (1971) отмечает, что для характеристики эффективности работы дождевых червей число особей не очень показательно, так как между особями разного возраста в пределах одного вида имеются очень большие различия в размерах, поэтому
обязательно следует учитывать массу дождевых червей в экосистеме.
129
Чекановская (1960) указывает, что чем выше температура
почвы при достаточном минимуме влажности, тем интенсивней
обмен веществ у червей, тем больше их масса. Это объясняется
тем, что с повышением температуры среды возрастает температура тела червей, а отсюда и темп всех физических и химических
процессов в их клетках. Засушливая весна после очень холодной
зимы обусловливает массовую гибель люмбрицидов.
Проведенные исследования позволяют судить о том, что на
плотность дождевых червей в агроценозах в весенне-летний период существенное влияние оказывали климатический, водный
режимы и возделываемая культура (табл. 54).
Таблица 54. Численность и биомасса дождевых червей в ПБК
Этапы органогенеза культур
Вариант
Контроль 34 32,3 26 22,9 21 19,7
Орошение
НСР
7,1 10,2 9,5
0,95
Контроль 38 36,7 36 34,9 31 28,6
Орошение
НСР
0,95
Контроль 27 26,8 24 22,8 24 22,4
Орошение
IV этап VIII этап XII этап
экз./м
2
г/м
2
экз./м
2
г/м
2
экз./м
2
Рапс – 2007 г.
68 66,9 64 61,3 62 59,2
Соя – 2008 г.
72 71,9 68 64,9 66 67,5
12,5 10,5 13,8
Ячмень – 2009 г.
80 79,4 74 72,3 72 71,5
г/м
2
НСР
7,4 8,5 9,1
0,95
Наибольшая численность и биомасса люмбрицидов на контроле отмечены на IV этапе органогенеза сои в 2008 г., когда в
марте и апреле выпадали обильные осадки и наблюдался высокий
температурный режим – 38 экз./м2, что выше, чем в 2007 г. в посевах рапса, на 11,8 и 40,7% в 2009 г. в посевах ячменя; а биомасса – 36,7 г/м2, что выше соответственно на 13,6 и 36,9%.
130
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]