Структура і динаміка популяцій сегетальних рослин в зернових сівозмінах на північному сході України (Сумська область)

Інвентаризація флори і рослинності сегетального блоку зернових агрофітоценозів Сумської області. Оцінка віталітетного складу популяцій, алометричного співвідношення вегетативної і генеративної сфер бур'янів в посівах сільськогосподарських культур.

Рубрика Биология и естествознание
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 26.09.2015
Размер файла 41,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. Проблема врегулювання чисельності бур'янів в посівах культурних рослин складна і неоднозначна. Інтенсивні методи боротьби з ними на основі використання гербіцидів призвели до несприятливих побічних явищ в агросфері і біосфері планети. Досвід масового використання пестицидів в останні десятиріччя показав, що така практика спричиняє: а) появу рас бур'янів, стійких до основних гербіцидів, б) накопичення залишкових кількостей пестицидів у продуктах рослинництва і навколишньому середовищі, в) зниження загальної біорізноманітності в агросфері й в першу чергу - в ґрунтовій флорі та фауні. А втрати врожаїв від забур'яненості посівів залишаються високими, досягаючи 9 - 12% (Шпаар, 2003, Красиловець та ін., 2006). До початку ХХI століття концепцію інтенсифікації й хімізації в сільському господарстві замінила концепція стійкого розвитку на основі екологізації всіх видів виробництва і сільського господарства в першу чергу (Писаренко, Матюх, 1989, Патика, 2002, Трегубчик, Прадун, 2004, Соломаха та ін., 2005). Вона вимагає розробки нових технологій контролю cегетальної рослинності, заснованих на глибоких знаннях біології та екології бур'янів (Куховар, 2004, Ситник, Багнюк, 2006). Міжнародне товариство по вивченню бур'янів (IWSS) проводить дослідження в цьому напрямку. Без активізації дослідів по вивченню бур'янистої рослинності неможливе виконання задач, поставлених Комплексною галузевою програмою «Розвиток виробництва зерна в Україні до 2015 року». Стійкість, мінливість, закономірності формування популяцій бур'янів при різних технологіях вирощування культур залишаються мало вивченими, хоча актуальність їх очевидна (Holzner, 1982, Лібман та ін., 2007). В роботі пропонується стратегія контролю видового складу і чисельності бур'янів, що переносить центр тяжіння з «боротьби» на управління розвитком сегетального блоку агрофітоценозів на основі вивчення біології та екології популяцій сегетальних рослин.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи - вивчення структури і особливостей функціонування популяцій найпоширеніших видів бур'янів в господарствах Лісостепової зони Сумської області. Для реалізації цієї мети були поставлені наступні завдання:

1. Провести інвентаризацію флори і рослинності сегетального блоку зернових агрофітоценозів досліджуваного регіону.

2. Встановити закономірності росту і накопичення фітомаси у семи видів бур'янів в залежності від характеру агрофітоценотичного середовища.

3. Простежити алометричні співвідношення вегетативної і генеративної сфер досліджуваних видів.

4. Охарактеризувати репродуктивний процес семи видів бур'янів і закономірності його змін у різних агрофітоценотичних умовах.

5. Розробити періодизацію онтогенезу на основі ключових ознак життєвих станів особин досліджуваних видів, встановити віковий склад їх популяцій в умовах зернових агрофітоценозів.

6. Встановити віталітетний склад популяцій досліджених видів бур'янів в посівах різних сільськогосподарських культур.

7. На основі встановлених закономірностей популяційного життя бур'янів розробити рекомендації щодо оптимізації екологічної безпеки системи контролю сегетальної рослинності в господарствах Лісостепової зони Сумської області.

1. Сегетальна рослинність в Україні: флористичний склад, синтаксономія, популяційна структура

Засміченість посівів сільськогосподарських культур є однією з гострих проблем сучасного землеробства. Вивченню бур'янів присвячені праці вітчизняних і іноземних авторів (Чесалін, 1959, Котт, 1961, Мальцев, 1962, Циков и др., 1983, Фисюнов, 1984, Radosevich,1984, Лібман та ін., 2007, Бурда, 2002, 2005, 2008). Потенційна врожайність сучасних сортів реалізується в більшості країн світу і у тому числі в Україні тільки на 20 - 30% (Гуляєв, 2003). Однією з важливих причин низької врожайності є висока забур'яненість посівів. Бур'яни виносять 10 - 12%, а іноді і до 30% потенційного врожаю культурних рослин (Державін та ін., 1985, Захаренко та ін., 2001).

В сільськогосподарському виробництві у вирішенні проблеми забур'яненості посівів і необхідності контролю розвитку бур'янів довгий час переважав технологічний підхід. Біологічна і екологічна інформація при розробці конкретних заходів в повному обсязі не враховувалася, або взагалі ігнорувалася. У перехідний період від інтенсивного до екологічного і низьковитратного сільського господарства питання контролю сегетальної рослинності особливо актуальне. Воно було поставлене ще на початку 50-х років у Великобританії як альтернатива концепції тотального знищення бур'янів (Fryer, 1981). В.А. Соломахою із співавторами (Соломаха та ін., 2005), а також рядом інших авторів (Злобін, 1993, Саблук, Фасіна, 1999) розроблені і запропоновані основи принципових стратегічних змін у розвитку сільського господарства України, які підвищать його стійкість і екологічну безпеку і одночасно зменшать збитки від бур'янів.

Аналізом еколого-ценотичної організації посівів і посадок сільськогосподарських рослин займається агрофітоценологія (Камишев, 1939, Ацци, 1955, Тишлер, 1971, Юрин, 1979, Злобін, 1986, Миркин, 1986, Масюк, 1989, Миркин, 1991, Шанда, 1991). Однією із задач цієї науки є розгляд закономірностей формування популяцій культурних рослин і бур'янів та способів управління цим процесом. Проте дослідження сегетальної рослинності на основі популяційного підходу нечисленні. Сьогодні більше уваги приділяється господарському значенню бур'янів, їх шкодочинності, корисності і способам контролю (Fisser, 1961, Carvell, 1962, Шашков и др., 1977, Іванов, Іванова, 1982, Антонов та ін., 1990, Горбатко, Кудрін, 1990, Красиловець, 2006).

Враховуючи екологічну небажаність масового використання гербіцидів, сучасна аграрна наука про землеробство змінює концепцію тотальної «боротьби з бур'янами» на іншу, більш прогресивну і гнучку концепцію «управління бур'янистою рослинністю» (Baker, 1974, Миркин, 1995, 2001, Злобін, 1993, Бурда, 2002) з регулюванням чисельності бур'янів у посіві до економічно безпечного рівня. Реалізація нової стратегії вимагає більшої інформації про закономірності популяційного життя бур'янів.

2. Природні умови району досліджень

Дослідження проводились у виробничих посівах господарств Сумського, Білопільського, Краснопільського, Недригайлівського, Роменського, Велико-Писарівського, Охтирського, Липоводолинського, Конотопського, Тростянецького та Лебединського адміністративних районів Сумської області. Відповідно до фізико-географічного районування дослідження проведено в межах Північної лісостепової області Придніпровської рівнини і займає значну частину Лівобережно-Дніпровської Лісостепової провінції. Згідно геоботанічного районування України досліджуваний регіон належить до Європейсько-Сибірської Лісостепової області, Східноєвропейської провінції, Лівобережнопридніпровської та Середньоруської Лісостепової підпровінцій, включає території Конотопського, Прилуцько-Лохвицького, Хотинського, Краснопільсько-Тростянецького геоботанічних районів. (Андрієнко та ін., 1977). Основу ґрунтового покриву на землях сільськогосподарського користування складають типові чорноземи, що створює оптимальні умови як для росту культурних рослин, так і для розвитку бур'янистої рослинності. Клімат району досліджень помірно-теплий, з середнім рівнем зволоження. Переважає атмосферний тип зволоження. Сума активних температур вище 10о С складає 2500 - 2600о, кількість опадів за період вегетації 280 - 310 мм. Гідротермічний коефіцієнт дорівнює 1,1 - 1,2. Тривалість безморозного періоду 150 - 170 днів. Загальна вірогідність вегетаційних періодів із посухами складає 85 - 95%, а в окремі роки влітку період без дощів може тривати 35 - 45 днів.

3. Об'єкти і методи досліджень

Об'єктом дослідження були 7 видів бур'янів в агрофітоценозах зернових, зернобобових і круп'яних культур Лісостепової зони Лівобережної України, на частку яких у регіоні дослідження припадає до 70 - 80% полів, а самі культури грають найважливішу роль в економіці регіону (Зубець, 1999). Це найпоширеніші багаторічні і однорічні сегетальні рослини: осот рожевий (Cirsium arvense), осот жовтий (Sonchus arvensis), куколиця біла (Melandrium album), мишій сизий (Setaria glauca), гірчак березковидний (Fallopia convolvulus), лобода біла (Chenopodium album) і чистець однорічний (Stachys annua). Ці рослини належать до групи найшкідливіших, вони створюють значні запаси життєздатного насіння в ґрунті (Іващенко, 2000, Пупонін, Захаренко, 2007).

Аналіз сегетальної флори регіону дослідження проводився методом збору гербарію. Особливості рослинності виявлялися на основі стандартних методів сучасної геоботаніки. Показники продукційного процесу, росту і формоутворення культурних рослин і бур'янів вивчали на основі класичних методів аналізу росту рослин (Робертс, 1998, Карманова, 1976, Hunt, 1978 та. ін.). Популяційний аналіз проведений на підставі методів фітодемографії, описаних в роботах Т.А. Работнова (1950), Ю.А.Злобіна (1989), Я.П. Дідуха (1998) і Г.Г. Жиляєва (2005).

Основні принципи періодизації онтогенезу трав'янистих рослин розроблені Л.А. Жуковою (1997), були використані для класифікації онтогенетичних станів однорічних і багаторічних сегетальних рослин.

На підставі прийнятої у віталітетному аналізі методики (Злобін, 1989) були встановлені діагностичні ознаки віталітету семи видів бур'янів: Cirsium arvense - загальна надземна фітомаса W, фітомаса листків WL, маса генеративних органів WG; Sonchus arvensis - загальна надземна фітомаса W, фітомаса листків WL, маса генеративних органів WG; Melandrium album - загальна надземна фітомаса W, розмір листкової поверхні А; Setaria glauca - загальна надземна фітомаса W, загальна кущистість NB, маса генеративних органів WG; Fallopia convolvulus - загальна надземна фітомаса W, розмір листкової поверхні А, маса генеративних органів WG; Chenopodium album - загальна надземна фітомаса W, розмір листкової поверхні А, маса генеративних органів WG; Stachys annua - загальна надземна фітомаса W, розмір листкової поверхні А, фітомаса генеративних органів WG.

Для комп'ютерної статистичної обробки метеріалу використовувалися пакети «Microsoft Exel» та «PAST», розроблений і представлений для вільного використання групою авторів Hammer et all з Норвегії (2001).

4. Особливості сегетальноЇ флори і рослинності району досліджень

У Лівобережному Лісостепу України за літературними даними зареєстровано 297 видів бур'янів (Прокудин, 1987). З них в районі дослідження безпосередньо на обстежених полях виявлено 146 видів з 38 родин. Найбільший внесок в сегетальну флору регіону вносять представники родини Asteraceae (14,4%) і Brassicaceae (11,6%). На основі порівняльного аналізу встановлено, що в регіоні досліджень за останні десятиріччя спостерігається збіднення видової різноманітності бур'янів і зміна переважаючих видів.

В сегетальній флорі переважають малорічні терофіти, на долю яких припадає 64% загального складу бур'янів. Доля багаторічних гемікриптофітів 31%, геофітів 3%, хамефітів 2%. По відношенню до водного режиму переважають ксеромезофіти - їх 55%, мезофіти складають 27%, решта груп представлені меншим числом видів. За ареалами переважають види з голарктичним (25,3%), євразійським та гемикоcмополітним (відповідно по 15,1%), космополітним ареалами (14,4%).

На підставі геоботанічних описів агрофітоценозів методами дисперсійного і дискримінантного аналізів показано, що сегетальна флора утворює достатньо самостійний блок: з культурними рослинами з 33 видів найпоширеніших видів бур'янів виявились статистично зв'язаними тільки 5 видів. Цей результат підтверджує загальний континуальний характер сегетальної рослинності.

Згідно агротипологічної класифікації сегетальної рослинності, розробленої Соломахою В.А. із співавторами (1992), в регіоні досліджень виявлено 10 агротипів забур'яненості: кудрявцево-лободовий, мишієвий, осотовий, метлюговий, молочаєво-лободовий, плоскуховий, гірчаковий, ромашково-сокирковий, підмаренниковий, пирійний.

5. Формування і ріст сегетальних рослин

Види, які вивчалися, відрізняються індивідуальними особливостями біології і екології, що забезпечує специфічну роль кожного з них в агрофітоценозах. Це кореневищні полікарпіки Cirsium arvense, Sonchus arvensis, коренепаростковий малорічник Melandrium album, дводольні однорічники Fallopia convolvulus, Chenopodium album, Stachys annua, та однорічний злак Setaria glaucа.

Для кожного з семи видів характерні специфічні особливості продукційного процесу і росту. Як показав аналіз кривих росту, найбільш активно йде накопичення надземної фітомаси у Cirsium arvense. Наближаються до нього за цим показником Chenopodium album і Sonchus arvensis. Повільними темпами накопичення фітомаси і меншими розмірами особин відрізняються Setaria glauca і Stachys annua. За кінцевим розміром синтезованої надземної фітомаси особини Cirsium arvense і Setaria glauca різняться між собою майже в 5 разів. Для кожного з видів бур'янів були специфічні інтегральні показники продукційного процесу. Їх значення у різних видів бур'янів лежать в широких амплітудах: AGR - абсолютна швидкість росту - від 0,19 до 1,07, RGR - відносна швидкість росту - від 0,035 до 0,217, NAR - нетто ассиміляція - від 0,0011 до 0,0105. Найвищими продукційними параметрами в групі досліджуваних видів виділяється Chenopodium album, найнижчими - Melandrium album.

Показники росту у висоту у різних видів не так відрізняються, як загальна фітомаса особин. Величина алокації (г/см приросту у висоту) фактично у даних бур'янів складає: Cirsium arvense - 0,67, Chenopodium album - 0,44, Melandrium album - 0,38, Sonchus arvensis - 0,31, Stachys annua - 0,21, Fallopia convolvulus - 0,19, Setaria glauca - 0,08.

На ростові процеси бур'янів, як і на розвиток культурних рослин значний вплив мала посуха 2007 р. Середній розмір врожаю зернових в цей рік у відсотках від звичайного склав 78,4%, а середній розмір біологічного врожаю бур'янів, тобто їх надземної фітомаси в цей рік склав 77,9% від звичайного. Найкраще пережили посуху всі види бур'янів в умовах горохового агрофітоценозу. Найстійкішими до посухи виявились Cirsium arvense та Setaria glauca, в Sonchus arvensis ростові параметри майже не змінилися в ценозах гороху і гречки, а в озимих і ячменю - знизились. Найвразливішими до посухи виявились Fallopia convolvulus, Chenopodium album і Stachys annua. В усіх культурах, за винятком гороху, їх ростові показники різко знизились у період посухи. Різні види бур'янів мають різну пристосованість до дії посухи. Здатність бур'янів у посівах підтримувати високий рівень продукційного процесу в умовах посушливих вегетаційних періодів є одним з механізмів їх адаптації й життя в агрофітоценозах.

Потенційна насіннева продуктивність у бур'янів висока. В умовах посівів здатність формувати плоди і насіння істотно обмежена і складає за нашими оцінками від 2% (Chenopodium album) до 49% (Setaria glauca) від потенційно можливої. У всіх досліджуваних видів із збільшенням загального розміру рослини спостерігається збільшення маси генеративних структур.

Розвиток кожного з видів бур'янів істотно відрізняється по культурах. Реагування на умови посівів різних культурних рослин у бур'янів носить комплексний характер і проявляється в трансформації всіх морфометричних параметрів. Як показав метод морфограм, найбільш стійкі до дії полога культури бур'яни з розвиненими підземними органами, чого не можна сказати про однорічники. АПП - активність продукційного процесу, WG - маса генеративних органів, RE - репродуктивне зусилля, IY - індекс відновлення популяції, IG - індекс генеративності популяції, Q - індекс якості популяції - мають найбільші значення у всіх семи видів в посівах гороху. На другому місті за сприятливістю для Sonchus arvensis і Setaria glauca виявились посіви гречки, для Chenopodium album і Fallopia convolvulus - посіви озимої пшениці, для Melandrium album, Stachys annua - посіви ячменя.

Окрім того, в процесі досліджень виявилось, що кожна культура має найбільший пригнічуючий вплив на різні види бур'янів. Наприклад, Cirsium arvense, Setaria glauca і Melandrium album найбільше пригнічуються посівами жита,, Sonchus arvensis і Stachys annua - озимою пшеницею, Fallopia convolvulus - гречкою, Chenopodium album - ячменем і житом. А загальною закономірністю є той факт, що високорослі сорти зернових більше пригнічують всі види бур'янів, ніж низькорослі.

При обчисленні коефіцієнтів алометрії для пар ознак загальна фітомаса / площа листків, загальна фітомаса / маса генеративних структур, площа листків / маса генеративних структур виявилось, що їх значення лежать в досить широкій амплітуді - від 0,046 до 2,327. У вивчаємих видів бур'янів, залежно від умов зростання, спостерігаються ізометрія, негативна і позитивна алометрія. Це вказує на високу індивідуальність і гнучкість процесів алокації і формоутворення у сегетальних рослин. Встановлено закономірність в змінах коефіцієнтів алометрії у сегетальних рослин залежно від виду культурної рослини, в посіві якої вони ростуть. Канонічний аналіз показав, що коефіцієнти канонічної кореляції між вегетативними і генеративними структурами бур'янів лежать в амплітуді від 0,8879 (Setaria glauca ) до 0,9835 (Stachys annua ) і всі мають статистичну достовірність більше 99,9% (р = 0,000). Коефіцієнти канонічної кореляції і характер еліпсів розсіювання в сукупності свідчать про високу взаємообумовленість у формуванні вегетативної і генеративної сфер групи видів, які вивчалися і про наявність загального фонду матеріальних і енергетичних ресурсів. Кореляції між групами ознак більш стійкі, ніж кореляції однієї ознаки з групою ознак. Система парних кореляцій виявилась дуже рухомою: парні коефіцієнти кореляції для основних морфопараметрів лежать в амплітуді від -0,50 до +0,93. В життєвих циклах бур'янів інтегрованість морфогенезу, яка проявляється в алокації речовин на процеси росту і репродукції, поєднується з високою пластичністю у вегетативній сфері, як показано Є.Л. Кордюм (2001). Це забезпечує адаптацію будь-яких видів рослин до умов існування. Одним з найважливіших напрямків цього процесу є гнучка синхронізація ростових процесів бур'янів з темпами розвитку культурних рослин посіву, що досягається шляхом швидкої переорієнтації потоків органічних речовин від вегетативних органів до репродуктивних.

6. Основні особливості генеративного розмноження бур'янів

Потенційна насіннева продуктивність у бур'янів висока. Але в умовах посівів здатність формувати плоди і насіння істотно обмежена і складає за нашими оцінками від 2% (Chenopodium album) до 49% (Setaria glauca) від потенційно можливої. У всіх досліджуваних видів із збільшенням загального розміру рослини спостерігається зростання фітомаси генеративних структур. Ця залежність апроксимується прямою лінією і статистично достовірна. Для репродуктивного процесу характерна висока фенотипічна пластичність - залежно від загальної еколого-ценотичної ситуації розвиток генеративних структур бур'янів істотно змінюється.

Видовий склад культурних рослин статистично достовірно змінював розмір генеративних органів бур'янів і процес утворення плодів у цілому. За допомогою двохфакторного аналізу простежили вплив полога культурних рослин і умов зволоження вегетаційного періоду на розвиток сегетальних видів. Виявилось, що характер погодних умов статистично достовірно впливає на формування генеративних органів бур'янів. У більшості з вивчаємих видів у посушливий вегетаційний період величина репродуктивного зусилля знижується в середньому на 50 - 60%. Виключенням із цієї закономірності став Chenopodium album, величина репродуктивного зусилля якого не міняється залежно від погодних умов вегетаційного періоду.

Під репродуктивним тиском того або іншого виду рослини на екотоп розуміють кількість продукованих діаспор на одиницю площі екотопу. Для видів бур'янів, що вивчаються, були визначені амплітуди цих компонентів, одержана гістограма, яка дозволяє оцінювати репродуктивний тиск популяції кожного з видів на посів залежно від стану її особин.

Протягом чотирьох вегетаційних періодів проводилася реєстрація термінів появи сходів бур'янів у посівах і кількості сходів. Встановлено, що для окремих видів характерний мономодальний тип гістограми появи сходів. Він типовий для Cirsium arvense і Fallopia convolvulus. У першого з цих видів рамети з'являються тільки в квітні - травні, а у другого - з квітня по червень. У Setaria glauca і Chenopodium album закономірність появи сходів була іншою - вони могли з'являтися протягом всього вегетаційного періоду від весни до осені. Чіткий бімодальний тип гістограм з двома періодами появи сходів був встановлений для Sonchus arvensis, Melandrium album і Stachys annua. Сходи цих трьох видів з'являлися на початку вегетаційного періоду і наприкінці. Встановлені закономірності появи сходів бур'янів можуть бути корисні для проведення агротехнічних заходів щодо їх пригнічення.

7. Онтогенетична структура популяцій

Вивчення онтогенетичної структури популяцій бур'янів проводилося в 2004 -2007 роках. В цілому, в роки типового зволоження в період дозрівання культури для всіх видів характерні нормальні вікові спектри популяцій з піком чисельності на генеративних особинах, або з рівномірним розподілом всіх вікових груп. Виключенням є інвазійні популяції Fallopia convolvulus у посівах гречки, не залежно від погодних умов. В умовах посухи спостерігалась різка зміна онтогенетичних спектрів всіх видів - для Сirsium arvense і Melandrium album характерні нормальні популяції, для Sonchus arvense, Setaria glauca, Chenopodium album - нормальні в ярових культурах і інвазійні в озимих, для Stachys annua - у більшості культур інвазійні, лише в ячмені і горосі - нормальні.

У всіх випадках онтогенетичні спектри бур'янів у посушливий рік статистично достовірно на рівні р < 0,05 відрізняються від онтогенетичних спектрів цих рослин у роки з типовим режимом зволоження. Встановлено, що порівняно з типовими погодними умовами для Лісостепової зони України в посушливий рік онтогенетичні спектри мають чіткі однонаправлені динамічні зміни: а) у всіх семи видів рослин у посушливий рік значення індексу відновлювання зростає, що вказує на збільшення в популяціях частки догенеративних особин, б) значення індексу генеративності зменшується, що свідчить про закономірний лівосторонній зсув піків чисельності в онтогенетичних спектрах, в) індекс віковості в посушливі роки у трьох вивчених видів багаторічних коренепаросткових рослин збільшується, тоді як у чотирьох видів однорічників індекс віковості знижується.

Встановлені закономірності трансформації онтогенетичних спектрів показують, що вони в сегетальних рослин достатньо лабільні і залежать від погодних умов вегетаційного періоду.

Вперше встановлено трансформацію онтогенетичної структури популяцій бур'янів залежно від типу попередника і гербіцидного навантаження на посів.

При загальній оцінці особливостей онтогенетичних спектрів бур'янів у посівах випливають наступні висновки. По-перше, онтогенетичні спектри популяцій індивідуальні для різних видів і відображають особливості їх біоморфології і характер розмноження. Найбільше виражені відмінності в онтогенетичних спектрах однорічників і коренепаросткових багаторічників, популяції яких в основному складають рамети. По-друге, фітоценотична позиція бур'янів в посівах відрізняється стійкістю: в жодному випадку не виявлено онтогенетичних спектрів регресійного типу з відсутністю в популяціях догенеративних особин і переважанням субсенильних і сенильних рослин. По-третє, онтогенетичні спектри популяцій одного і того ж виду різні в посівах різних сільськогосподарських культур. При зміні агрофітоценотичних умов онтогенетичні спектри багаторічників у цілому більш стійкі, ніж однорічників. По-четверте, онтогенетичні спектри бур'янів легко трансформуються при зміні умов вирощування культурних рослин. Тип сівозміни, попередники і гербіцидні навантаження істотно трансформують онтогенетичний склад популяцій. Така лабільність забезпечує стійкість популяцій бур'янів у посівах навіть в стресових ситуаціях. По-п'яте, у вивчених видів сегетальних рослин в умовах агрофітоценозів різного типу і в умовах вегетаційних періодів із контрастними погодними умовами виявлено, що найчастіше трапляються популяції сукцесійного типу, тобто сегетальна рослинність агрофітоценозів знаходиться переважно в сукцесійному стані.

8. Віталітетна структура популяцій бур'янів

Для дослідження віталітетної структури популяцій були використані набуті діагностичні ознаки віталітету. Результати віталітетного аналізу популяцій бур'янів показали видову специфічність віталітетних спектрів і виражену їх залежність від культурної рослини, яка формує агрофітоценоз за відповідної технології (рис. 3). Аналіз віталітетної структури популяцій виявився у даному випадку могутнім інструментом з'ясування еколого-ценотичних оптимумів і песимумів видів сегетальних рослин.

За результатами аналізу середніх значень коефіцієнтів Q по видах сільськогосподарських культур з'ясовано: найбільше пригнічено розвиток популяцій бур'янів у посівах озимого жита, оскільки для досліджених видів там зареєстровано найнижче середнє значення Q = 0,073. В протилежність цьому посіви гороху найменше здатні пригнічувати розвиток бур'янів. Середній показник індексу якості популяцій тут найбільший Q = 0,334. Посіви решти вивчених сільськогосподарських культур приблизно рівноцінні за ступенем впливу на розвиток бур'янів. Значення Q популяцій вивчених видів тут близькі і лежать на рівні 0,223 - 0,250.

Одержані дані щодо росту, репродукції, онтогенетичної і віталітетної структури популяцій сегетальних рослин дозволяють надати узагальнену комплексну оцінку їх стану залежно від конкретних агрофітоценотичних умов і про дію різних сільськогосподарських культур на бур'яни. Для побудови комплексної оцінки враховували активність продукційного процесу виду, фітомасу генеративних органів, репродуктивне зусилля, індекс відновлення популяції, індекс генеративності популяції і індекс якості популяції. Одержані результати є узагальненою кількісною моделлю стану особин і популяцій сегетальних рослин залежно від типа агрофітоценозу, в якому вони перебувають. Модель показала, що стан особин і популяцій бур'янів в різних посівах не однаковий. З 35 проаналізованих ситуацій не виявлено жодної ідентичної. Розвиток особин і популяцій бур'янів у поєднанні з різними видами культурних рослин і відповідною технологією їх вирощування завжди специфічний.

Особини і популяції Cirsium arvense найбільшою мірою пригнічують озима пшениця і озиме жито, Sonchus arvensis і Melandrium album - озиме жито, Setaria glauca - озимі зернові культури, Fallopia convolvulus і Stachys annua - гречка, Chenopodium album - ячмінь. Включення в сівозміни цих культур при масовій забур'яненості поля тим або іншим видом дозволить істотно контролювати розвиток бур'янів без додаткових гербіцидних навантажень на посів.

9. Популяційний моніторинг стану сегетальної рослинності і шляхи біоекологізації систем землеробства

У функціонуванні агрофітоценозів важливу роль грає рівень конкуренції між культурними рослинами і бур'янами. Конкуренція йде за простір, світло, воду, елементи мінерального живлення. В ході конкуренції виникають певні фізико-механічні дії між культурними і бур'янистими рослинами, які іноді завершуються виляганням посівів. Значну роль також відіграють біохімічні взаємодії конкуруючих видів.

Проведена нами оцінка залежності урожаю культурних рослин від загальної забур'яненості посіву з використанням апарату математичної статистики і сучасних комп'ютерних методів дозволила апроксимувати цю залежність точними рівняннями. Вони мають вигляд:

Озиме жито:

,

при r = 0,87, критерії Фішера F = 174,3, а = 0,0045, b = 0,004.

Озима пшениця:

,

при r = 0,73, критерії Фішера F = 48,5, а = 0,017, b = 0,008.

Ячмінь:

,

при r = 0,97, критерії Фішера F = 236,5, а = - 7,87, b = 0,011, с = 20,8.

Гречка:

,

при r = 0,64, критерії Фішера F = 57,3, а = 0,030, b = 0,00054.

Горох:

у = а + bx + cx1,5 + dx0,5,

при r = 0,98, критерії Фішера F = 432,6, а = 76,4, b = 1,2, с = - 0,031, d = - 15,9.

Запропоновані рівняння точної апроксимації дозволяють обчислювати втрати урожаю для будь-якого рівня забур'янення посіву відповідної культури.

Одним з реальних шляхів управління сегетальною рослинністю має стати підвищення конкурентної здатності культурних рослин щодо бур'янів. Інший ефективний шлях - аналіз біологічних і економічних порогів шкодочинності бур'янів. Наведений в дисертації аналіз згаданих порогів показав, що при певних теоретичних і розрахункових обмеженнях концепція біологічних і екологічних порогів корисна і дозволяє у практичному використанні знизити гербіцидний прес на посіви і середовище вцілому. Головним завданням агронома є управління динамікою популяцій бур'янів протягом тривалих періодів часу, а не вирішення проблеми пригнічення бур'янів одноразовими заходами. До нових підходів виводить агрономію концепція економічних порогів і економічної доцільності (Freckleton, Watkinson, 2002, Cline, 2006). Досвід передових господарств показує, що на фоні високих і точних технологій в цілому і контролю чисельності бур'янів, зокрема, виробництво продукції рослинництва завжди економічно рентабельне.

На сучасному етапі розвитку сільського господарства не можливий повний контроль сегетальної рослинності, але успішно нею управляти можливо. Інформація про біологію, екологію і закономірності формування популяцій бур'янів на цьому шляху грає вирішальну роль.

Висновки

сегетальний агрофітоценоз віталітетний бур'ян

На основі комплексного підходу з використанням широкого арсеналу сучасних методів морфометрії і популяційної біології вивчено сім видів бур'янів, характерних для Лісостепової зони України, у посівах зернових, бобових і круп'яних культур. Встановлені основні закономірності росту, формоутворення, репродукції і формування популяцій згаданих бур'янів; сформульовано наступні висновки.

1. У Лівобережному Лісостепу України на території Сумської області основними засмічувачами посівів у польових сівозмінах виступають 146 видів сегетальних рослин з 38 родин. Переважають представники родин Asteraceae, Brassicaceae і Fabaсеae. Сегетальна флора утворює достатньо самостійний блок: із загального списку видів статистично достовірно спорідненими з культурними рослинами виявились 9 видів, що вказує на континуальний характер агрофітоценозів. З урахуванням діагностичних видів, результатів синтаксономічного аналізу для району дослідження як показник в-різноманіття виділено 10 агротипів і проведено їх порівняння з асоціаціями і дериватними угрупованнями флористичної класифікації.

2. Ростові та формоутворюючі процеси у бур'янів статистично достовірно змінювались в залежності від виду культурних рослин і щільності посіву. Найактивніший ріст і формоутворення Cirsium arvense - в посівах гороху і гречки, Sonchus arvensis, Setaria glauca і Melandrium album - гороху, Fallopia convolvulus, Chenopodium album, Stachys annua - озимої пшениці і гороху.

3. Порівняння ростових і формоутворюючих процесів бур'янів у роки з типовими умовами зволоження і в посушливі показало: і в культурних рослин, і у бур'янів посушливі умови пригнічували продукційний процес. Урожай культурних рослин в посушливий рік в середньому складав 78,4%, а продукційний процес - 97,4 - 29,4% від показників у роки з типовими умовами зволоження. З обстежених видів найбільш стійкими до посухи виявились Fallopia convolvulus і багаторічні коренепаросткові бур'яни Cirsium arvense та Sonchus arvensis.

4. В залежності від виду культури і щільності посіву в бур'янів виявлено здатність перенаправляти алокацію речовин на ріст у висоту як основний механізм конкуренції за світло. Поглиблене дослідження алометричних співвідношень у бур'янів показало, що в їх формоутворенні між основними структурними частинами тіла спостерігається позитивна, негативна алометрія, а також ізометрія. Коефіцієнти алометрії бур'янів змінювалися залежно від виду культурної рослини, в посівах якої вони росли. Багатовимірна алометрія і обчислення коефіцієнтів канонічної кореляції для вегетативних і генеративних структур бур'янів показали, що у формоутворенні особин бур'янів у різних умовах зберігається високий рівень цілісності, зокрема, розвиток вегетативних структур пропорційний розвитку генеративних: коефіцієнти канонічної кореляції «вегетативні структури - генеративні структури» лежать в амплітуді від 0,89 до 0,98. Такий тип формоутворення є найважливішим механізмом забезпечення стійкості бур'янів в умовах агрофітоценозів.

5. Алокація органічних речовин в генеративні структури у бур'янів залежала від виду культури і статистично достовірно змінювалась залежно від щільності посіву і погодних умов вегетаційного періоду. У всіх видів бур'янів із збільшенням розміру особини зростала маса генеративних структур. У посушливих умовах репродуктивне зусилля у бур'янів знижувалося на 50-60%. Встановлено, що у всіх видів компоненти репродукції і особливо фітомаса генеративних органів знижуються при збільшенні щільності посіву, що необхідно враховувати в агрономічній практиці.

6. Для семи видів бур'янів уточнена система виділення онтогенетичних станів з урахуванням особливостей їх життєвої форми і тривалості онтогенезу, що дозволило встановити особливості онтогенетичної структури їх популяцій і її трансформацїї. В роки типового зволоження для видів, що вивчалися, характерні нормальні популяції, за виключенням інвазійних у Fallopia convolvulus в посівах гречки. У посушливий вегетаційний період у більшості випадків в посівах озимих культур спостерігалось зростання частки догенеративних особин бур'янів, а значення індексу генеративності зменшувалось, спостерігалась зміна нормальних онтогенетичних спектрів на інвазійні. Зміни в онтогенетичній структурі популяцій бур'янів пов'язані також з технологією вирощування культур (сорт, попередник, система захисту, особливості агротехніки тощо). Лабільний характер онтогенетичних спектрів і здатність формувати популяції сукцесійного типу підвищує рівень витривалості бур'янів. У всіх однорічних бур'янів онтогенетична структура популяцій більш рухома і в більшою мірою залежить від виду культурної рослини, ніж у багаторічних бур'янів.

7. Віталітетна структура популяцій бур'янів більш рухома, ніж онтогенетична, вона висвітлює умови агрофітоценотичного середовища. В різних культуроценозах для кожного з видів бур'янів вона змінювалась від депресивної до процвітаючої, а індекс якості популяцій - від 0 до 0,5. Внутрішньопопуляційна неоднорідність життєвого стану особин бур'янів є не лише механізмом їх виживання в умовах агрофітоценозів, в яких кількість вільних екологічних ніш набагато менша, ніж у природному рослинному покриві, а і способом ефективного розселення. Це дозволяє встановлювати еколого-ценотичні оптимуми і песимуми сегетальних видів.

8. На основі комплексного підходу з урахуванням активності продукційного процесу, маси генеративних структур, репродуктивного зусилля, індексу відновлювання, індексу генеративності і індексу якості популяції встановлені рівні пригнічення популяцій бур'янів у різних видах агрофітоценозів. Найбільше пригнічуються особини і популяції Cirsium arvense і Setaria glauca - озимими зерновими культурами, Sonchus arvensis і Melandrium album - озимим житом, Fallopia convolvulus і Stachys annua - гречкою, Chenopodium album - ячменем, житом. Включення в сівозміни цих сільськогосподарських культур з метою запобігання масового розростання того або іншого виду бур'яну дозволить загальмувати розвиток небажаних рослин без додаткових гербіцидних навантажень на посів і навколишнє середовище.

9. Різностороння біолого-екологічна інформація про сегетальні рослини в рамках стійкого і екологічно безпечного сільського господарства допомагає перейти від стратегії тотального знищення бур'янів до стратегії управління сегетальною рослинністю в агрофітоценозах, яка повинна включати короткостроковий і довгостроковий моніторинг з оцінкою стану особин, онтогенетичної і віталітетної структури популяцій та урахуванням біологічних і економічних порогів шкодочинності бур'янів і критичних періодів розвитку культурних рослин.

Література

1. Злобін Ю.А. Взаємообумовленість формування вегетативної та генеративної сфер рослин: метод канонічних кореляцій / Ю.А. Злобін, К.С. Кирильчук, О.М. Тихонова, Т.І. Мельник // Український ботанічний журнал. - 2007. - Т. 64, № 2. - С. 206 - 218.

2. Тихонова О.М. Типологія агрофітоценозів зернових культур Лівобережного Лісостепу (Сумська область) / О.М. Тихонова // Український ботанічний журнал - 2007. - Т. 64, № 6. - С. 840 - 849.

3. Злобін Ю.А. Формоутворення у трав'янистих рослин: алометрія і алокація / А.Ю. Злобін, К.С. Кирильчук, О.М. Тихонова. // Український ботанічний журнал. - 2008. - Т. 65, № 6. - С. 849 - 862.

4. Тихонова О.М. Залежність розвитку загальної фітомаси бур'янів від еколого-ценотичних умов існування / О.М. Тихонова // Вісник Сумського НАУ. - Суми: ВТД «Університетська книга», 2004. ? № 1(8). - С. 164 - 169.

5. Тихонова О.М. Формування популяцій Sonchus arvensis та Circium arvense в різних агрофітоценозах / О.М. Тихонова // Вісник Сумського НАУ. - Суми: ВТД «Університетська книга», 2004. - № 6. - С. 156 - 159.

6. Тихонова О.М. Морфологічні особливості Chenopodium album в різних фітоценозах / О.М. Тихонова // Вісник Сумського НАУ. - Суми: ВТД «Університетська книга», 2004. - № 12 (10). - С. 151 - 154.

7. Злобін Ю.А. Біологічні та економічні критерії контролю бур'янів./ Ю.А. Злобін, О.М. Тихонова, І.М. Кутузова-Удовенко // Вісник Сумського НАУ. - Суми: ВТД «Університетська книга», 2006. - № 11 - 12 (12 - 13). - С.195 - 200.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Фізико-географічні умови Київської області. Характеристики та проблеми збереження весняних ефемероїдів флори регіону. Методи вивчення популяцій ефемероїдів. Створення нових природно-заповідних об’єктів. Ефективність охорони весняних ефемероїдів.

    курсовая работа [2,4 M], добавлен 08.10.2014

  • Історія дослідження рослинності Рівненської області, її типи, систематична структура флори. Екологічні умови зростання Брусничних на території Рівненської області. Популяція родини Брусничні (Vacciniaceae). Методики поширення та урожайності рослин.

    дипломная работа [1,6 M], добавлен 29.11.2011

  • Розвиток еволюційного вчення і еволюція людини. Властивості популяції як біологічної системи. Закономірності існування популяцій людини. Вплив елементарних еволюційних факторів на генофонд людських популяцій. Демографічні процеси в популяціях людини.

    дипломная работа [106,9 K], добавлен 06.09.2010

  • Вивчення фіторізноманіття властивостей лікарських видів рослин, що зростають у Харківській області. Еколого-біологічна характеристика та біохімічний склад рослин, які використовуються в косметології. Фармакотерапевтичні властивості дослідженої флори.

    дипломная работа [138,2 K], добавлен 15.05.2014

  • Популяція як одиниця еволюційного процесу. Панміктичні або менделівські популяції. Частоти генотипів та частоти алелів. Застосування закону Харди-Вайнберга у розрахунках частоти гетерозигот. Вивчення структури популяцій. Елементарна еволюційна подія.

    презентация [2,0 M], добавлен 04.10.2013

  • Рослинність як складова природного середовища. Стан рослинності у Полтавській області. Об'єкти садово-паркової архітектури м. Полтава. Характеристика деяких видів представників флори, що проростають в Октябрському районі. Заходи охорони рослинного світу.

    курсовая работа [73,9 K], добавлен 03.01.2011

  • Загальні тенденції антропогенної трансформації рослинного покриву. Антропогенна еволюція рослинності. Синантропізація рослинності: історія вивчення процесу. Склад синантропної флори околиць с. Рахни–Лісові Шаргородського району Вінницької обл.

    курсовая работа [33,7 K], добавлен 28.04.2011

  • Фізико-географічна характеристика корінного берега долини р. Сула Роменського району Сумської області. Ліси як безцінний дар природи району. Знайомство з основними квітковими рослинами досліджувальної території. Систематичний і екологічний аналіз флори.

    дипломная работа [1,1 M], добавлен 08.05.2011

  • Географічно-кліматичні особливості селища Козелець. Характеристика та застосування видового складу придорожньої рослинності околиць регіону - деревовидної та трав'яної флори. Розгляд структури фітоценозу, його основних ознак та флористичного складу.

    курсовая работа [8,2 M], добавлен 21.09.2010

  • Поява адвентивних рослин у флорі півночі України. Рослинний покрив та його зміни, зумовлені господарською діяльністю як передумови появи адвентивних рослин. Особливості рослинного покриву Чернігівської області. Географічні ареали адвентивних рослин.

    дипломная работа [3,4 M], добавлен 21.09.2010

  • Вивчення систематичної структури флори медоносних рослин та їх еколого-ценотичних особливостей. Ботанічна характеристика флори лучних угідь України - родин Мальвових (Алтея лікарська), Зонтичних (борщівник сибірський) , Айстрових, Бобових та Розових.

    курсовая работа [12,8 M], добавлен 21.09.2010

  • Сучасний расовий вигляд людства, історичний розвиток расових груп. Вивчення антропологічного складу народів за поширенням рас на Землі. Проблеми класифікації рас, їх походження, розселення, розвитку і взаємодії у зв'язку з історією людських популяцій.

    реферат [24,8 K], добавлен 10.06.2011

  • Фізико-географічна характеристика, ландшафт та клімат степу. Поняття про степову рослинність. Методичні підходи до таксономічного аналізу рослинних угруповань. Степові рослини у флорі Дніпропетровської області. Охорона та заповідання степових рослин.

    курсовая работа [3,9 M], добавлен 30.06.2015

  • Життєві форми водних рослин і їх класифікація. Основні типи водних макрофітів. Значення гідроекологічної флори в самоочищенні водойм, макрофіти як індикатори екологічного стану водойми. Характеристики окремих рідкісних та типових видів водної рослинності.

    курсовая работа [48,3 K], добавлен 21.09.2010

  • Поняття про популяцію. Нові методи у функційній геноміці. Імуно-генетичні маркери, їх класифікація. Властивості набутого імунітету. Методи аналізу поліморфізму білків. Функційна геноміка сільськогосподарських тварин. Метод мікрочіпів, нутрігеноміка.

    курс лекций [1,8 M], добавлен 28.12.2013

  • Використання методів біотехнології для підвищення продуктивності сільськогосподарських культур. Розширення і покращення ефективності біологічної фіксації атмосферного азоту. Застосування мікроклонального розмноження. Створення трансгенних рослин.

    курсовая работа [49,7 K], добавлен 23.07.2011

  • Напрямки та методика вивчення флори урочища Пагур. Встановлення переліку видів рослин урочища. Проведення флористичного аналізу. Встановлення рідкісних і зникаючих видів рослин. Розробка пропозицій щодо охорони і використання флори даного урочища.

    курсовая работа [55,7 K], добавлен 05.11.2010

  • Основні особливості створення нового селекційного матеріалу, причини використання маркерних ознак в селекції при створенні нових популяцій. Сутність терміну "Marker-Assisted Selection". Аналіз генетичних маркерів м’ясної продуктивності свиней та корів.

    курсовая работа [401,4 K], добавлен 27.08.2012

  • Стійкість до голодування, здатність вижити в екстремальних умовах нестачі корму як характеристика пристосованості. Активність алкогольдегідрогенази у плодової мушки Drosophila melanogaster. Матеріали та методи, результати досліджень та їх обговорення.

    курсовая работа [63,0 K], добавлен 25.09.2009

  • Механізми дії регуляторів росту рослин, їх роль в підвищенні продуктивності сільськогосподарських культур. Вплив біологічно-активних речовин на площу фотосинтетичної поверхні гречки, синтез хлорофілів в її листках, формування його чистої продуктивності.

    реферат [19,0 K], добавлен 10.04.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.