Автореферат разослан «26» сентября 2006 г
| Вид материала | Автореферат |
- Автореферат разослан сентября 2007, 720.28kb.
- Автореферат разослан 12 сентября 2011, 1391.33kb.
- Автореферат разослан «20» сентября 2007, 371.08kb.
- Автореферат разослан " 1 " сентября 2008, 404.34kb.
- Автореферат разослан " " 1996, 264.76kb.
- Автореферат разослан 25 сентября 2008, 237.94kb.
- Автореферат разослан сентября 2010, 482.7kb.
- Автореферат разослан «28» сентября 2010, 928.88kb.
- Автореферат разослан 2010, 247.49kb.
- Автореферат разослан, 378.04kb.
На правах рукописи
КОМАРОВА ЕЛЕНА МИХАЙЛОВНА
АЛЛЕЛОПАТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ ДОМИНАНТ В ОПТИМИЗИРОВАННЫХ ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ ЛУГОВЫХ АГРОЦЕНОЗАХ НИЖНЕГО ДОНА
03.00.16 – экология
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Ростов-на-Дону - 2006
Работа выполнена на кафедре ботаники и в Ботаническом саду
Ростовского государственного университета
Научные руководители: доктор биологических наук, профессор
Сидоренко Владимир Гаврилович кандидат биологических наук, доцентПаршин Витольд Георгиевич
Официальные оппоненты: доктор биологических наук
Приваленко Валерий Владимирович
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Богачев Анатолий Николаевич
Ведущая организация: Кубанский государственный университет, г. Краснодар
Защита состоится 27 октября 2006 г. в 16.30 на заседании диссертационного совета К 212.208.07 по биологическим наукам при Ростовском государственном университете по адресу: 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 105, РГУ, ауд.304. (E-mail: ecology@bio.rsu.ru, факс: (863) 263-87-23).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного университета по адресу: 344006 г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.
Автореферат разослан «26» сентября 2006 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат биологических наук, доцент О.Ф. Пелипенко
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Анализ многочисленной литературы и опыта сельскохозяйственной практики по созданию «уплотненных» и «смешанных» посевов кормовых культур сенокосно-пастбищного режима показывает, что посевы проводятся, как правило, эмпирически без достаточного научного обоснования и не базируются на знаниях о принципах структуры и функционирования луговых естественных сообществ. В то же время законы их организации являются базой научно обоснованной системы, для использования их при конструировании оптимизированных кормовых высокопродуктивных агроценозов.
В настоящее время, назрела необходимость в обобщении научного и производственного опыта по возделыванию травянистых агроценозов для создания высокопродуктивных и устойчивых искусственных кормовых угодий. Раскрытие механизмов структурно-функциональной организации конструируемых кормовых агроценозов позволит определить экосистемы, которые способны в условиях Нижнего Дона обеспечить не только высокий выход хозяйственно ценной кормовой фитомассы, но и экологическую безопасность в этом районе.
Цель и задачи исследования. Целью работы, являлось исследование эколого-ценотической оптимизации сообитаний злаковых и бобовых компонентов в искусственных ценозах, а также научное обоснование подбора аллелопатически совместимых растительных доминант в оптимизированных агроценозах, с целью повышения их фитоценотической замкнутости (экологофитоценотической «упругости»), урожайности и продуктивного долголетия.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
1. Исследовать особенности физиолого-биохимического взаимовлияния через растительные выделения доминант искусственных луговых ценозов.
2. Изучить динамику накопления суммы фенольных соединений в почве агроценозов разной горизонтальной структуры и видового состава в течении вегетационного периода.
3. Подобрать видовой состав аллелопатически совместимых групп растений среди злаковых и бобовых компонентов, перспективных для конструирования сенокосно-пастбищных и газонных фитоценозов.
4. Выявить оптимальный агроботанический состав конструируемых агроценозов.
5. Исследовать аллелопатическую активность амброзии полыннолистной.
6. Изучить влияние луговых растений на рост и развитие амброзии полыннолистной.
7. Разработать практические рекомендации по подбору физиологически совместимых растительных доминант с целью повышения урожайности, продуктивного долголетия и фитоценотической замкнутости в агроценозах.
Объекты, материалы и методы исследований. Основу диссертации составляют материалы, полученные лично автором в результате исследований за 2002-2005гг., а также данные полученные сотрудниками Ботанического сада Ростовского государственного университета. В работе были использованы литературные данные и фондовые материалы по данной теме. Объектами исследования выступают агроценозы, созданные мозаичным (АЦМ), полосным (АЦП) и сплошным (АЦС) способами посева в 1987году на опытном участке Ботанического сада Ростовского государственного университета (РГУ). В исследовании использованы метод биопроб, метод ионного обмена, метод десорбции колинов, а так же биометрические исследования.
Личный вклад автора. Исследования проведены автором в рамках комплексной работы лаборатории Ботанического сада. По результатам исследований научным коллективом с участием автора опубликован ряд работ, где проанализирован полученный материал и включены основные результаты диссертации. Объем публикаций – 1,159 п.л., доля участия автора – 35%.
Научная новизна работы. В условиях Нижнего Дона исследованы особенности аллелопатических свойств растительных доминант в оптимизированных высокопродуктивных луговых агроценозах, разработаны научно-практические рекомендации по подбору физиологически совместимых растительных доминант с целью повышения их урожайности, продуктивного долголетия и повышению фитоценотической замкнутости агроценозов.
Большое значение имеют полученные данные об аллелопатических свойствах амброзии полыннолистной, возможности ингибирования ее роста и развития, некоторыми луговыми культурами, о повышении экологофитоценотической «упругости» в конструируемых агроценозах.
Практическая значимость. Полученные экспериментальные данные по физиологической совместимости или несовместимости разных видов и сортов кормовых растений позволяют при залужении культурных сенокосов и пастбищ в районах Нижнего Дона научно обоснованно подбирать компоненты в смешанные агроценозы таким образом, чтобы на ранних стадиях развития исключить неблагоприятные аллелопатические взаимовлияния растений между собой. С другой стороны, эти данные позволят конструировать кормовые агроценозы, в которых благоприятные физиолого-биохимические взаимодействия фототрофов будут способствовать оптимизации ассимиляционной деятельности и повышению продуктивности сообщества, а так же продлению срока его пользования.
Выявленные закономерности по содержанию фенольных веществ, вызывающих аллелопатическое почвоутомление, могут быть использованы при планировании и создании искусственных сообществ высокопродуктивных и стабильных в течение длительного периода пользования. Отличительной особенностью, этих искусственных сообществ, является быстрое достижение ими хозяйственно-эффективного и экологически безопасного состояния.
Кроме того, результаты исследования могут быть использованы для борьбы с сегетальной растительностью. Это демонстрируется на примере амброзии полыннолистной, путем создания устойчивых луговых травосмесей и газонных фитоценозов, приближенных по своей структуре к естественным луговым сообществам. В результате подбора в состав мозаичных фитоценозов многолетних трав с высоким аллелопатическим потенциалом, а так же путем совершенствования их горизонтальной структуры посева, создаётся неблагоприятный режим для роста и развития амброзии. Результаты исследований используются в учебном процессе.
Основные защищаемые положения.
- Физиолого-биохимические (аллелопатические) взаимоотношения растений в травосмесях являются фактором экологической оптимизации конструируемых луговых агроценозов.
- Совершенствование структуры опытных луговых агроценозов имеет эколого-физиологическую основу, в том числе базируется на горизонтальной структуре посева, аллелопатических взаимоотношениях и сочетаниях фитоценотически и биологически совместимых растений.
- Предлагается экологоценотический метод борьбы с сегетальной растительностью на примере амброзии полыннолистной, путем создания луговых устойчивых травосмесей и газонных фитоценозов, приближенных по своей структуре к естественным луговым сообществам.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Научных конференциях Научно-практической конференции в Ставрополе (2003), Молодёжной Научной конференции в пос. Персиановский (2004), Международной Научной конференции «Экология и биология почв» в Ростове-на-Дону (2005)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ. Доля участия автора в публикациях составляет 35% (1,159 п.л.)
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 114 страницах печатного текста; состоит из введения, шести глав, заключения и рекомендаций, выводов, списка литературы; содержит 31 таблицу, 7рисунков. Список литературы включает 140 авторов, из них 8 на иностранных языках.
Автор глубоко признателен за помощь в работе научному руководителю д.б.н. проф. В.Г. Сидоренко и к.б.н. В.Г. Паршину, к.с-х.н. Л.Ю. Гончаровой и всем сотрудникам лаборатории Ботанического сада РГУ.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
В главе анализируются работы советских и зарубежных авторов. Наиболее плодотворными для советской агроценологии стали 70-80-е года 20 века. В Ростове-на-Дону (Номоконов,1979) и в Ижевске (Туганаев, 1981,1988) были организованы Всесоюзные совещания по экспериментальной агроценологии. В дальнейшем агроценология становится теоретической основой многих направлений сельскохозяйственной науки (Гродзинский, Туганаев, Жученко, 1980,1989;Боговин,1987;Миркин,1985,1986,1990,1991,2000;Злобин,1992;3озулин,1971; Работнов,1974,1976,1978,1985,1987 и др.) Активно стали развиваться фундаментальные фитоценологические исследования смешанных злаково-бобовых посевов многолетних трав (Миркин, 1990,2000; Куркин, 1983,1986; Номоконов, 1973,1979,1980,1982; Сидоренко, 1976,1982,1988,1990,1992,2000; Пелипенко1982). В это время, также проводятся исследования с агроценопопуляционным подходом (Злобин, 1992, Заугольнова, 1989; Жученко, 1993). Работы Л. П. Степановой (1978) и других авторов показывают большую индивидуальную изменчивость сортов и линий по признаку аллелопатической активности. Среди зарубежных авторов, рассмотрены работы (Винтер, 1964; Райс, 1978; Whittaker, 1972; Southwood, 1976; Muller, 1969; Crime, 1973 и др.) Освещена физиолого-биохимическая роль растительных выделений. Доказывается обоснованность подбора аллелопатически совместимых трав в состав конструируемых луговых высокопродуктивных агроценозов.
ГЛАВА 2 УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
В главе приводится общая характеристика климатических условий Ростова-на-Дону, почвенного покрова, представлена классификация городских почв степной зоны, данные учитываются, при формирования газонных травосмесей. Охарактеризован фитоклимат исследуемых агроценозов в Ботаническом саду Ростовского государственного университета.
ГЛАВА 3 МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования эколого-ценотической оптимизации совместного произрастания злаковых и бобовых компонентов в искусственных ценозах и особенностей их структурно-функциональной организации проводились в период с 2002 по 2005 г.г.
Объектами исследований были агроценозы, созданные мозаичным (АЦМ), полосным (АЦП) и сплошным (АЦС) способами посева в 1987году на опытном участке Ботанического сада Ростовского государственного университета (РГУ).
Для посева агроценозов применялись одинаковые предпосевные агротехнические мероприятия. В состав посевных смесей входили одинаковые виды и сорта злаковых и бобовых растений с одинаковой общей нормой высева 36 кг/га, но различающиеся по соотношению компонентов в конструируемых агроценозах по ширине засеваемых полос и по расстоянию между бороздами.
В состав «мозаичного» шестивидового агроценоза входили люцерна синегибридная (Medicago sativa L.), лядвенец рогатый (Lotus corniculatus L.), клевер луговой (Trifolium pratense L.), овсяница луговая (Festuca pratensis Huds.), кострец безостый (Bromopsis inermis (Leyss) Holub), ежа сборная (Dactylis glomerata L.). Агроценоз засевался с образованием чередующихся квадратных элементов мозаики – парцелл размером 22 м2. В парцеллы включались виды растений, аллелопатически совместимые друг с другом, что было установлено ранее лабораторными исследованиями. В перпендикулярных направлениях в «мозаичном» агроценозе (АЦМ1) чередовались полосы, засеянные смесями семян: (1) ежа + овсяница + кострец и овсяница, а также (2) люцерна + клевер и лядвенец + клевер. Элементов мозаики получилось четыре: клевер + люцерна + кострец + ежа + овсяница – основная парцелла 1 (ОП1), клевер + лядвенец + кострец + ежа + овсяница – основная парцелла 2 (ОП2), клевер + люцерна + овсяница – вспомогательная парцелла 1 (ВП1), клевер + лядвенец + овсяница – вспомогательная парцелла 2 (ВП2).
«Мозаичный» агроценоз создавался методом, разработанным на основе теоретических обобщений результатов многолетних наблюдений за формированием интраценотических мозаик в естественных климаксовых фитоценозах, в которых не случайность распределения видов по горизонтали являлась основным фактором, повышающим стабильность сообщества (Номоконов, 1973).
Полоса 1 Полоса 2 | П  олоса 1 | 0х | 00 | 00 | 00 | 00 | 30х | х 0 | х 0 | х 0 | х0 |
| 100 | 00 | 00 | 00 | 00 | 0х | х0 | х0 | х0 | х0 | |
| 00 | 00 | 00 | 00 | 00 | 0х | 0х | 0х | 0х | 0х | |
| 00 | 00 | 00 | 00 | 00 | 0х | 0х | 0х | 0х | 0х | |
| 00 | 00 | 00 | 00 | 00 | 0х | 0х | 0х | 0х | 0х | |
| П олоса 2 | 30х | 0х | 0х | 0х | 0х | хх | хх | хх | хх | хх |
| 0х | 0х | 0х | 0х | 0х | 2хх | хх | хх | хх | хх | |
| 0х | 0х | 0х | 0х | 0х | хх | хх | хх | хх | хх | |
| 0х | 0х | 0х | 0х | 0х | хх | хх | хх | хх | хх | |
| 0х | 0х | 0х | 0х | 0х | хх | хх | хх | хх | хх |
Рис.1 Схема мозаичного агроценоза
Парцелла 1 (00)-кострец безостый, овсяница луговая, ежа сборная
Парцелла 2 (хх)- лядвенец рогатый, люцерна синегибридная, клевер луговой
Парцелла 3 (0х)-сумма перечисленных видов
Полосной агроценоз, засевался чередующимися параллельными полосами шириной по 3 м (люцерна синегибридная + лядвенец рогатый + овсяница луговая + кострец безостый + ежа сборная) и по 1,6 м (клевер луговой). В сплошной агроценоз входили те же шесть культур (люцерна синегибридная + лядвенец рогатый + овсяница луговая + кострец безостый + ежа сборная + клевер луговой), которые были высеяны, как традиционная травосмесь в бороздки с шириной междурядий 0,15 м.
В 1996 году был заложен девятивидовой «мозаичный» агроценоз (АЦМ2) посевом чередующихся парцелл 1,5 м2, в который были включены помимо вышеперечисленных культур тимофеевка луговая (Phleum pratense L.), житняк гребневидный (Agropyron pectinatum Bieb. ) и люцерна желтая (Medicago falcata L.). Суммарная норма высева составила также – 36 кг/га.
Контролем служили посевы монокультур тех же видов – чистые посевы (ЧП): костреца, овсяницы, ежи, лядвенца, люцерны, клевера. Для описания фенологического состояния растений использовали буквенно-цифровые шифры фенофаз, составленные из первых букв латинских слов, обозначающих группы фенологических фаз и цифровых индексов, отражающих конкретную фазу: V2 – облиствление, появление второго и третьего настоящих листьев у злаков; V5 – появление боковых побегов; F1 – начало колошения, взметывание метелки, появление бутонов; F3 - массовое цветение.
Планирование и проведение полевых и лабораторных опытов осуществлялось по стандартным методикам (Доспехов, 1985) с обеспечением рендомизации неконтролируемых условий исследования, что позволило соблюдать принцип единственного различия. Типичность полевого опыта обеспечивалась выбором иного участка для его проведения. Он должен был удовлетворять следующим требованиям: находиться на водоразделе, иметь выровненный рельеф, площадь 1,5 га и форму прямоугольника. Почвы: чернозём обыкновенный карбонатный. До закладки опытов участок содержался под паром в течении двух лет. Размещение вариантов в полевом опыте осуществлялось методом рендомизированных повторений в 3-х кратной повторности.
Аллелопатические свойства культур изучали методом биопроб (Гродзинский, 1974, 1982) Растительные пробы отбирались в два срока: в фазу бутонизации, начала цветения и в фазу плодоношения. Метод биопроб заключался в проращивании семян на опытных растворах при температуре 26-27°С. Контролем, служила дистиллированная вода, в качестве тест культуры использовался редис сорт розово-красный с белым кончиком. Опытный раствор, представлял собой вытяжки из испытуемых растений, приготовленных на воде в соотношении 1:10. После 24 часового отстаивания вытяжку фильтровали. Количество проросших семян подсчитывалось начиная с контроля, где их должно было быть не менее 50%. Вычислялась средняя всхожесть редиса для каждого варианта и выражалась в процентах к соответствующей всхожести на контроле, которая принималась за 100%. Условно такие цифры назывались «всхожесть при К-50%». Такая величина взята для того, чтобы выявить не только ингибирующий, но и стимулирующий эффект. Чем выше всхожесть при К-50%, тем меньше в растворе ингибитора, при 100% -эффект отсутствует, а при переходе за 100% свидетельствуют о наличии стимуляции.
Поскольку химическая природа колинов разнообразна и неопределенна, активность исследуемых растворов выражали в условных единицах, а именно в мг/л кумарина - ингибитора, принятого за стандарт (УЕК)- условные единицы колинов (Гродзинский, 1965). Действие различных концентраций кумарина выражалось типичной одновершинной кривой с полным угнетением при 1364 мг/л и стимуляцией прорастания при 5 мг/л. В фазу «бутонизация-цветение» контрольные и опытные растения подвергались биометрическим исследованиям: измерялась длина корней, высота побегов, вес растений. Таким образом, наблюдалось взаимное ингибирование или стимуляция растений при их совместном произрастании. Ценотическая позиция злаковых и бобовых компонентов оценивается по такому показателю, как степень конкурентной мощности (виолентности) по Миркину (1985). Модель изменения типов стратегий популяций, заключающаяся в том, что на смену Р-стратегам (видам с выраженными свойствами эксплерентов) приходят К и S стратеги (виоленты и патиенты). Это является общей закономерностью хода всех видов автогенной сукцессии от начальных стадий к поздним. Необходимо отметить, что луговые травы представляют вообще вторичный тип К-P-S- стратегов (Southwood, 1976). Эта синтетичность стратегий выявлена при анализе динамики популяций смешанных агроценозов (Сидоренко и др., 1992). При участии сотрудников Ботанического сада РГУ проводились исследования по изучению динамики накопления фенольных соединений в почве под луговыми агроценозами. Использовался метод ионного обмена (Гродзинский, Сердюк, 1981), при котором можно выделить фенольные вещества из почвы, объяснить накопление соединений в почве в зависимости от культуры и от структурно-функциональной организации агроценозов. Для определения степени конкурентной мощности ценопопуляций исследуемых агроценозов использовали метод Раменского-Грайма (1971). Сумму фенольных соединений в почве агроценозов определяли методом десорбции колинов из почвы, на колонках с ионообменной смолой (Гродзинский, 1981).
Для этого использовалась разделительная воронка заполненная ионообменной смолой марки КУ-2-8 которая, моделируя растворяющую и поглотительную способность корней по отношению к фенольным веществам, позволяет фракционировать их по степени подвижности. В полученных таким способом спиртовых и водно-ацетоновых элюатах определяли содержание свободных фенольных соединений с реактивом Фолина-Чокольте.
Статистическая обработка полученных данных проводилась по общепринятым методикам (Зайцев, 1973; Лакин, 1990). В таблицах приводятся средние арифметические и их статистические ошибки. На графиках приводятся доверительные интервалы для генеральной средней. Оценка параметров проводилась при доверительных вероятностях Р1= 0,95; Р2= 0,99; Р3=0,999. При оценке разности средних использовались формулы, обеспечивающие репрезентативные результаты, как при равных дисперсных у сравниваемых групп, так и при их неравенстве (Лакин, 1990).