Агроекологічна оцінка та продукційний потенціал лучних травостоїв за різних способів залуження схилових земель правобережного Лісостепу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Агроекологічна оцінка та продукційний потенціал лучних травостоїв за різних способів залуження схилових земель правобережного Лісостепу

Ю.А. Векленко, В.С. Золотар

Мета. Оцінити зв'язок між поширенням, структурою мікрорельєфу та відновною динамікою лучних фітоценозів на схилових землях і встановити продуктивний потенціал відновлюваних травостоїв за різних способів їх залуження в умовах правобережного Лісостепу. Методи. Польового і лабораторного дослідження у луківництві, гіпотез, діалектичний, синтез та аналіз, індукції, статистичний. Результати. Теоретично обґрунтовано стратегію відновлення кормової ролі лучних угідь на схилах, яка передбачає добір найбільш пристосованих видів з високими біогосподарськими ознаками, їхнє екологічне та фітоценотичне поєднання у високопр одуктивних сумішках, розробку екологічно-безпечних технологій реконструкції таких угідь на основі теоретичних положень про демутаційну динаміку трав'яних фітоценозів. Відібрано для досліджень види бобових і злакових трав, які за біогосподарськими ознаками є цінними кормовими, лікарськими, медоносними, ґрунтозахисними та фітомеліоративними культурами. Встановлено, що за фітоценотичними властивостями 40% видів з родини Poaceae виявляють домінантні властивості, 40% - є одними з основних ценозоутворювачів, 20% - домінанти у вузько обмежених екологічних умовах. Виявлено, що екологічна структура популяцій природних фітоценозів схилів найчастіше складається з одного домінантного виду та двох субдомінантів, які знаходяться у певних співвідношеннях.

Встановлено напрямок екологічної стратегії розвитку кожного виду та побудовано ранжувальний ряд за показниками індексу ценотичної активності. Найбільший потенціал продуктивності за поверхневого чи докорінного поліпшення мають відновлювані бобові агрофітоценози, які за сезони використання 2019-20 рр. забезпечили урожайність зеленої маси на рівні 27,03 -47,33 т/га та сухої речовини - 6,3110,32 т/га. Висновки. При доборі видового складу відновлюваних багаторічних фітоценозів потрібно використовувати еколого-біологічний і фітоценотичний підходи, за якими оцінювати види за пристосованістю до умов зростання, ценотичною потужністю, конкурентною спроможністю, асоційованістю та продуктивністю. Найкращу екологічну стійкість до умов зростання та величину продукційного потенціалу виявили відновлювальні травостої на основі бобових трав верхового типу розвитку.

Ключові слова: природні фітоценози, відновлювальні травостої, способи залуження, схилові землі, агроекологічна оцінка, продуктивність.

Agroecological assessment and production potential of meadow stands at different ways of grassing of slope lands of the right-bank Forest-Steppe

Veklenko Yu.A., Zolotar V.S.

Purpose. To assess the relationship between distribution, microrelief structure and regenerative dynamics of meadow phytocenoses on slope lands and to establish the productive potential of renewable herbage with different methods of their grassing in the conditions of the right-bank Forest-Steppe. Methods. Field and laboratory research in grassland, hypothesis, dialectical, synthesis and analysis, induction, statistical. Results. A strategy was theoretically developed for restoring the forage grasslands on slopes, which provides for the selection of the most adapted species with high biological characteristics, their ecological and phytocenotic combination in highly productive mixtures, and development of ecologically safe technologies for the reconstruction of such lands on the basis of theoretical provisions on the demutational dynamics of herbal phytocenoses.

The species of legumes and cereal grasses were selected for the research, which, according to their biological characteristics, are valuable fodder, medicinal, melliferous, soil-protective and phytomeliorative crops. It was found that in terms of phytocenotic properties, 40% of the species of the Poaceae family exhibit dominant properties, 40% are among the main cenose -formers, 20% are dominants in narrowly limited ecological conditions. It was revealed that the ecological structure of populations of natural phytocenoses of slopes most often consists of one dominant species and two subdominants, which are in certain proportions. Direction of the ecological strategy for the development of each species has been established and a ranked series has been constructed according to the indicators of the cenotic activity index. Renewable legume agrophytocenoses have the greatest potential for productivity with superficial or radical improvement, which in the seasons of use in 2019-20 provided the yield of green mass at the level of 27.03-47.33 t/ha and dry matter - 6.31-10.32 t/ha.

Conclusions. When selecting the species composition of renewable perennial phytocenoses, it is necessary to use ecological-biological and phytocenotic approaches, according to which the species should be evaluated according to their adaptability to growing conditions, coenotic power, competitive ability, association and productivity. The best ecological resistance to growing conditions and the value of the production potential was shown by restorative grass stands based on leguminous grasses of the raised type of development.

Key words: natural phytocenoses, regenerative grass stands, grassing methods, slope lands, agroecological assessment, productivity.

Агроэкологическая оценка и продукционный потенциал луговых травостоев при различных способах залужения склоновых земель правобережной Лесостепи

Векленко Ю.А., Золотарь В.С.

Цель. Оценить связь между распространением, структурой микрорельефа и восстановительной динамикой луговых фитоценозов на склоновых землях и установить продуктивный потенциал возобновляемых травостоев при различных способах их залужения в условиях правобережной Лесостепи. Методы. Полевого и лабораторного исследования в луговодстве, гипотез, диалектический, синтез и анализ, индукции, статистический. Результаты. Теоретически разработана стратегия восстановления кормовой роли луговых угодий на склонах, которая предусматривает отбор наиболее приспособленных видов с высокими биохозяйственными признаками, их экологическое и фитоценотическое сочетание в высокопроизводительных смесях, разработку экологически безопасных технологий реконструкции таких угодий на основе теоретических положений о демутационной динамике травяных фитоценозов. Отобраны для исследований виды бобовых и злаковых трав, которые по биохозяйственным признакам являются ценными кормовыми, лекарственными, медоносными, почвозащитными и фитомелиоративными культурами. Установлено, что по фитоценотическим свойствам 40% видов семейства Poaceae проявляют доминантные свойства, 40% - являются одними из основных ценозообразователей, 20% - доминанты в узко ограниченных экологических условиях. Выявлено, что экологическая структура популяций естественных фитоценозов склонов чаще всего состоит из одного доминантного вида и двух субдоминантов, которые находятся в определённых соотношениях. Установлено направление экологической стратегии развития каждого вида и построено ранжированный ряд по показателям индекса ценотической активности. Наибольшим потенциалом продуктивности при поверхностном или коренном улучшении обладают возобновляемые бобовые агрофитоценозы, которые в сезоны использования 2019-20 гг. обеспечили урожайность зелёной массы на уровне 27,03-47,33 т/га и сухого вещества - 6,31-10,32 т/га. Выводы. При подборе видового состава возобновляемых многолетних фитоценозов следует использовать эколого-биологический и фитоценотический подходы, по которым оценивать виды по приспособленности к условиям произрастания, ценотической мощности, конкурентной способности, ассоциированности и производительности. Лучшую экологическую устойчивость к условиям произрастания и величину продукционного потенциала проявили восстановительные травостои на основе бобовых трав верхового типа развития.

Ключевые слова: естественные фитоценозы, восстановительные травостои, способы залужения, склоновые земли, агроэкологическая оценка, производительность.

Постановка проблеми

Одна з головних умов відновного природокористування - експлуатація ресурсів природи таким чином, щоб не порушувався їх відтворювальний потенціал і не виникала необхідність у спеціальних і дорогих відновлювальних заходах [12]. З екологічних позицій агроекологічні заходи відновлення кормових угідь - це цілеспрямований перерозподіл потоків речовини та енергії в екосистемах, привнесення в лукопасовищні угіддя нової біомаси та джерел енергії з метою підвищення їхньої продуктивності, збільшення біорізноманіття та біомаси кормової сировини [1,14].

Вивчення основних механізмів, що визначають організацію трав'яних асоціацій різних типів, є центральним завданням лукознавства. Для вирішення цього завдання необхідна оцінка відносної ролі окремих факторів підтримки видового різноманіття, яка може бути проведена на підставі як детального опису складу та структури природного фітоценозу, так і аналізу реакції рослинності на ті чи інші форми зовнішніх впливів [11, 23, 25].

Фітоценози, розміщені на схилах різної експозиції та крутості лісостепових регіонів представляють зручний об'єкт для агроекологічних досліджень [8, 16]. Це пов'язано з кількома особливостями: а) розвиток у близьких до екстремальних умовах дає можливість досить рельєфно проявитися абіотичним факторам середовища; б) в зімкнутих фітоценозах, і особливо у відносно високопродуктивних, велика роль взаємовідносин між видами у формуванні їхньої структури; в) ці рослинні угрупування мало порушені людиною, що дозволяє вивчати природні процеси [2, 5, 6, 7]. У зв'язку з цим, розуміння внутрішніх факторів динамічної стійкості рослинних угруповань є особливо важливим, оскільки дозволить розробити рекомендації щодо їх використання та охорони, підійти до прогнозу і управління процесами фітоценозів природних кормових угідь, особливо з точки зору виробництва органічних кормів або підвищення їх рекреаційної ролі в екосистемі [13, 17, 21].

Детальне вивчення просторової структури і динаміки схилових фітоценозів представляє не тільки значний науковий інтерес, а й диктується практичною необхідністю [9]. Крутосхилові території традиційно використовувалися людиною як пасовища. Інтенсифікація антропогенного навантаження у зв'язку з перевипасом худоби, розвитком добувної промисловості, індустрії туризму, будівництвом доріг диктує потребу розроблення екстрених заходів з відновлення порушених кормових угідь схилів балок [4, 10, 22]. Однак безпосередніх спостережень за відновленням фітоценозів на складних ділянках рельєфу вкрай мало.

Демутаційні зміни тут істотно відрізняються від таких у більш продуктивних екосистемах (лісах, степах) участю в них тих же видів рослин, які утворюють і непошкоджені ценози [24]. Більшість рослин рівнин і низин не володіє комплексом адаптацій до екстремальних умов [1], тому для екологічної рекультивації схилових фітоценозів необхідно використовувати види місцевої флори.

У зв'язку з цим стає актуальним всебічне вивчення еколого-біологічних властивостей лучних видів рослин Лісостепу. Аналіз популяційних стратегій дозволяє знайти пояснення співіснування видів як одного з можливих механізмів підтримки видового багатства [20]. Збереження біологічного різноманіття в усіх його формах є одним із пріоритетних завдань, поставлених ЮНЕСКО перед світовою спільнотою [19].

Останнім часом бурхливий розвиток теоретичних уявлень про можливі способи співіснування видів і підтримки флористичного розмаїття випереджає накопичення емпіричних даних про функціонування конкретних трав'яних асоціацій. Потрібне проведення комплексних досліджень природних схилових біоценозів на основі як детального опису їх складу і структури, так і аналізу експериментального відгуку багаторічних кормових рослин на ті чи інші форми зовнішніх впливів [3]. Повною мірою таке завдання може бути вирішене за проведення прямих довгострокових спостережень на модельних стаціонарах [15].

Одним із способів відновлення та підвищення продуктивності природних кормових угідь є система поверхневого покращення пасовищ, яка передбачає усунення причин, що призводять до зниження продуктивності за рахунок поліпшення водного, повітряного та поживного режимів, догляду за дерниною та травостоєм, що дозволяє найбільш тривалий час підтримувати трави в стані найбільшої господарської цінності [6]. Розробка прийомів поліпшення лук неможлива без попереднього проведення комплексних спостережень, оцінок, а також прогнозування деградаційних процесів, що відбуваються на кормових угіддях правобережного Лісостепу, без проведення екологічного моніторингу лукопасовищних рослин [18].

Дана робота є продовженням розпочатих з 1974 року лабораторією сіножатей і пасовищ Інституту кормів та сільського господарства Поділля НААН комплексних досліджень структурно-функціональної організації лучних фітоценозів на схилах балок річки Південний Буг. Польовий матеріал зібраний автором впродовж 2019-20 рр. У статті також використані матеріали, отримані учасниками комплексних досліджень у попередні роки [ 6, 10, 12].

Мета досліджень - оцінити зв'язок між поширенням видів рослин, структурою мікрорельєфу та відновною динамікою зімкнутих лучних фітоценозів на підставі геоботанічних спостережень, проведених на постійних ділянках модельного стаціонару, а також встановити продуктивний потенціал відновлюваних травостоїв за різних способів залуження на схилових землях правобережного Лісостепу.

Практичне значення одержаних результатів полягає в оцінці ступеня стійкості схилових лучних фітоценозів до різних порушень, виявленні впливу ценотичних умов на хід відновлювальних стадій сукцесії рослинних угруповань, доборі видів рослин для рекультивації порушених кормових угідь на схилах для органічного кормовиробництва.

травостой схиловий земля фітоценоз

Матеріали і методи

Дослідні ділянки, де проводяться дослідження, представляють собою схили балок різної експозиції та крутизною 8 -11⁰ із багаторічною природною рослинністю, розташовані в межах с. Бохоники Вінницького району на Придніпровській височині і за фізико-географічним і агрогрунтовим районуванням входять до складу Вінницько-Немирівського агрогрунтового підрайону Центрального агрогрунтового району правобережного Лісостепу України (49^о10'32''Ы; 28^о22'54''Е).

Об'єкт досліджень - перебіг відновлювальної сукцесії, продуктивність вироджених лучних угідь залежно від агроекологічних прийомів їх поліпшення. Методологічною основою досліджень є використання методичних підходів, які застосовуються в міжнародній практиці, спеціальних методів польових і лабораторних досліджень в луківництві і лукознавстві. Спостереження на порушених і контрольних майданчиках вели регулярно протягом вегетації, візуально оцінювали проективне покриття основних груп рослин (судинні, мохоподібні) і оголеного грунту, підраховували кількість пагонів усіх видів судинних рослин, оскільки цей показник в умовах схилової лучної рослинності найбільш чітко показує зміни участі видів у складі фітоценозів [ 11, 14, 16].

Результати досліджень і обговорення

На кормових угіддях схилових земель внаслідок нинішнього зменшення поголів'я домашньої худоби, а також антропогенного обмеження дикої фауни (великих ссавців), в цілому не часто зустрічаються зоогенні порушення. На відміну від лісів, де відновлення діяльності диких кабанів відбувається відносно швидко, на низькопродуктивних схилових луках цей процес займає десятиліття.

Стратегія відновлення кормової і рекреаційної ролі кормових угідь на схилах включає: добір видів, пристосованих до екологічних умов правобережного Лісостепу України з високими біогосподарськими ознаками; поєднання видів на основі їхніх екологічних і фітоценотичних особливостей; обґрунтування екологічно-безпечних технологій реконструкції вироджених лучних угідь на схилових землях на основі вивчення закономірностей формування відновної динаміки і горизонтальної структури трав'яних фітоценозів на складному рельєфі, теоретичних положень про демутаційну динаміку трав'яних фітоценозів, впливу органічних і сидеральних добрив на формування фітоценозів при реконструкції вироджених лучних угідь.

Всього було вивчено 24 види: дев'ять - з родини Fabaceae і п'ятнадцять видів з родини Poaceae, серед яких є інтродуценти з місцевої флори та зареєстровані культурні сорти. За приуроченістю до місць зростання більшість з дослідних автохтонних видів (50%) є пратанти, або рослини лучних угруповань, степантів - 30%. Переважну більшість видів складають гемікриптофіти. За потребою до рівня забезпеченості грунту більшість видів - мезотрофи, невелика частка - оліготрофи (12,5%). За загальним габітусом і тривалістю життєвого циклу більшість видів є полікарпіками (97%), ступенем задерев'янілості пагонів - трав'янисті рослини, структурою надземних пагонів - безрозеткові (34%) та напіврозеткові (56%).

За біогосподарськими ознаками види бобових є лікарськими, кормовими, медоносними, фітомеліоративними рослинами, види злаків - цінні кормові, грунтозахисні, фітомеліоративні. Вивчення господарських ознак видів показало, що вони високопродуктивні, добре облистяні, стійкі до несприятливих кліматичних умов, до полягання, ураження хворобами і шкідниками, добре відростають після скошування, відрізняються за термінами технологічної стиглості (ранньо-, середньо-, пізньостиглі). Більшість з відібраних видів довговічні (64 %), в монокультурі зростають 20-25 років, 35% видів мають обмежений життєвий період - від одного до 5 років.

Структура природних фітоценозів на схилах складається з популяцій різних видів, які відрізняються за своєю фітоценотичною значущістю, або роллю. Вивчення фітоценотичної ролі досліджуваних видів з родини Poaceae в природних рослинних угрупованнях показало, що 40% з них виявляє домінантні властивості у широкій амплітуді екологічних умов, 40% є одними з основних ценозоутворювачів у конкретних умовах зволоження, 20% - домінанти у вузько обмежених екологічних умовах.

Аналіз ролі видів з урахуванням їх біоморфологічної характеристики в природних рослинних угрупованнях показав, що найбільш потужними домінантами є конектори і субконектори (табл. 1).

Таблиця 1. Фітоценотична роль автохтонних видів злаків у природних фітоценозах на схилах