Екологічні особливості функціонування агроценозу пшениці озимої в умовах Полісся

Встановлення екологічних особливостей функціонування агроценозу пшениці озимої (на прикладі сорту Подолянка) в градієнті зростання рівнів факторного навантаження природного та антропогенного походження. Аналіз екологічного стану його основних підсистем.

Рубрика Экология и охрана природы
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 14.07.2015
Размер файла 375,6 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/

МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ

ЖИТОМИРСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРОЕКОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

спеціальність 03.00.16 ? екологія

ЕКОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ АГРОЦЕНОЗУ ПШЕНИЦІ ОЗИМОЇ В УМОВАХ ПОЛІССЯ

ШВАЙКА Ольга Вікторівна

Житомир - 2010

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

екологічний агроценоз пшениця озимий

Актуальність роботи. Взаємодія людини з навколишнім середовищем викликає численні негативні наслідки, особливо у галузі сільського господарства (А.М. Алпатьєв, 1983; S.R. Gliessman, 2000). Здебільшого цьому сприяє спрощене розуміння агроценозу як «чорної скриньки», внутрішні особливості якої при веденні господарської діяльності не беруться до уваги, а розглядаються лише зовнішні впливи та їх результат (В.П. Сутягін, 2008). Однак в рамках переходу аграрної сфери до сталого розвитку (О.О. Созінов, 1999, 2001; В.М. Трегобчук, 2002) передбачається усунення антагоністичних суперечностей між діяльністю людини та функціонуванням агроекосистем (М.С. Соколов з співавт., 1999; Концепція..., 2003).

Ефективне управління агроценозами уможливлюється шляхом врахування на практиці еколого-функціональних особливостей цих систем (С.Ф. Коваль, 2005; К.А. Шуркіна, 2007; J. Pretty, 2008). Тому пріоритетність сучасних екологічних досліджень пов'язана з вивченням ступеня трансформованості внутрішніх зв'язків динамічних аграрних систем за технологічних прийомів різної інтенсивності в контексті того, як тип структурної організації агроценозу впливає на його функціонування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, що проводилися за темою дисертації, були складовою частиною тематичного плану НДР відділу рослинництва Інституту сільського господарства Полісся НААНУ згідно НТП «Зернові культури», завдання «Вивчити закономірності формування врожаю зернових колосових культур на основі застосування агротехнічних прийомів різної інтенсивності» (номер державної реєстрації 0106U0009288).

Мета і завдання дослідження. Мета досліджень ? встановити екологічні особливості функціонування агроценозу пшениці озимої в градієнті зростання рівнів факторного навантаження природного та антропогенного походження.

Відповідно до мети було сформульовано наступні завдання:

- проаналізувати в умовах Полісся стан основних компонентів агроценозу пшениці озимої (ґрунту, мікробного ценозу, фітоценозу) за різних строків сівби культури та внесених норм мінеральних добрив;

- дослідити формування структури внутрішньо- та міжкомпонентних екологічних взаємозв'язків в системі «ґрунт-мікроорганізми-рослина» під впливом технологічних прийомів;

- встановити особливості формування продуктивності пшениці озимої сорту Подолянка залежно від строків сівби та норм мінеральних добрив;

- розробити модель функціонування агроценозу пшениці озимої в градієнті зростання рівнів антропогенного впливу.

Об'єкт дослідження ? функціонування агроценозу пшениці озимої в умовах Полісся.

Предмет дослідження ? дерново-підзолистий супіщаний ґрунт, його мікробний ценоз, фітоценоз пшениці озимої сорту Подолянка, еколого-функціональні зв'язки в системі «ґрунт-мікроорганізми-рослина».

Методи досліджень: польовий ? дослідження впливу технологічних прийомів на функціонування агроценозу пшениці озимої; лабораторний ? визначення за допомогою фізичних, хімічних та мікробіологічних методів кількісних та якісних характеристик досліджуваних об'єктів; аналітичний - аналіз отриманих результатів, їх наукове обґрунтування; математико-статистичний ? знаходження на основі математичної обробки експериментальних даних функціональних залежностей між показниками, що вивчалися, встановлення достовірності отриманих результатів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше для умов Полісся в рамках системного підходу досліджено екологічні особливості дерново-підзолистого ґрунту, його мікробного ценозу та фітоценозу пшениці озимої сорту Подолянка за різної інтенсивності природного (строки сівби) та антропогенного (норми добрив) впливу. У межах виконаної роботи уточнено напрямок трансформації структури екологічних взаємозв'язків системи «ґрунт-мікроорганізми-рослина» в градієнті зростання рівнів антропогенного впливу. Уперше отримано модель функціонування агроценозу пшениці озимої (на прикладі сорту Подолянка) та формалізовано передумови, що визначають рівень екологічної стійкості агроекосистеми.

Практичне значення отриманих результатів. Рекомендовано екологічно, економічно та енергетично обґрунтований ефективний прийом управління функціонуванням агроценозу пшениці озимої в умовах Полісся. Результати досліджень пройшли виробничу перевірку на землях ДП «Грозинське» Коростенського району Житомирської області.

Матеріали, викладені у дисертаційній роботі, використовуються у навчальному процесі Житомирського національного агроекологічного університету та Житомирського державного технологічного університету.

Особистий внесок здобувача. Здобувач самостійно здійснив огляд літературних джерел за темою дисертації, брав безпосередню участь у розробці програми та методики досліджень, особисто провів польові дослідження, брав участь у проведенні лабораторних досліджень, систематизував, проаналізував та статистично обробив отримані результати, сформулював основні положення дисертаційної роботи, висновки, підготував рекомендації виробництву.

Апробація результатів дисертації. Основні положення й результати досліджень доповідалися, обговорювалися і були опубліковані в матеріалах Міжнародної науково-практичної конференції «Проблеми підвищення адаптивного потенціалу системи рослинництва у зв'язку зі змінами клімату» (м. Біла Церква, 26-28 лютого 2008 р.), V Міжнародної наукової конференції студентів, магістрів та аспірантів «Сучасні проблеми екології та геотехнологій» (м. Житомир, 19-22 березня 2008 р.), Міжнародної науково-практичної конференції аспірантів, магістрів та студентів «Інновації для сільського господарства» (м. Житомир, 26 березня 2009 р.), міжвузівської наукової конференції «Екологія ? шляхи гармонізації відносин людини та суспільства» (м. Умань, 23-24 квітня 2009 р.), V Міжнародної наукової конференції студентів та аспірантів «Молодь і поступ біології» (м. Львів, 12-15 травня 2009 р.), ІІ Міжнародної науково-практичної конференції «Екологічна безпека сільськогосподарського виробництва» (м. Київ, 2-4 червня 2009 р.)

Публікації. За матеріалами досліджень опубліковано 17 наукових праць, з яких 10 - у фахових виданнях.

Структура дисертації. Робота складається зі вступу, шести розділів, загальних висновків, списку опрацьованої наукової літератури, додатків. Дисертаційна робота містить 15 таблиць, ілюстрована 51 рисунком. Загальний обсяг дисертації разом із бібліографією становить 187 сторінок, з них основний текст - 144 сторінки. В додатках вміщено 14 таблиць та акт виробничої перевірки результатів досліджень. Бібліографія налічує 291 позицію літературних джерел, з яких 27 - іноземними мовами.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ЕКОЛОГІЧНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ АГРОЦЕНОЗУ ТА ЙОГО ОСНОВНИХ КОМПОНЕНТІВ В ГРАДІЄНТІ ЗРОСТАННЯ РІВНІВ АНТРОПОГЕННОГО ВПЛИВУ

(огляд літератури)

У розділі на підставі аналізу наукової літератури розкрито поняття агроекосистеми як особливого класу природно-антропогенних систем. Акцентовано увагу на тому, що об'єктивна оцінка функціональних можливостей агроценозів залежить від екологічного стану ґрунтової, мікробної та рослинної підсистем, поведінка яких істотно змінюється в умовах регульованого середовища.

ПРОГРАМА, МЕТОДИКА ТА УМОВИ ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідження проводилися у тимчасових дослідах (2006-2009 рр.) в сівозміні відділу рослинництва Інституту сільського господарства Полісся НААНУ з наступним чергуванням культур: 1. Багаторічні трави (конюшина + тимофіївка) - Р45К45; 2. Жито озиме - N60P60K60; 3. Картопля - 40 т/га гною + N60P60K90; 4. Ячмінь - N30P60K60; 5. Ріпак ярий - N120P90K120; 6. Кукурудза на силос - 30 т/га гною + N60P60K90; 7. Люпин - Р45К45; 8. Пшениця озима - N60P60K60.

Двохфакторний дослід було закладено методом розщеплених ділянок. На ділянках першого порядку вивчалися строки сівби пшениці озимої, на ділянках другого порядку - норми мінеральних добрив. Варіанти досліду включали чотири строки сівби пшениці озимої сорту Подолянка (фактор А): І строк (А1) - 10 вересня, ІІ строк (А2) - 20 вересня, ІІІ строк (А3) - 30 вересня, ІV строк (А4) - 10 жовтня, та три фони удобрення (фактор В): І фон (В1) ? N60P60K60, ІІ фон (В2) ? N90P90K90, ІІІ фон (В3) ? N120P120K120. Фосфорні та калійні добрива (суперфосфат простий і калій магнезія) залежно від варіантів досліду в дозах P60K60-P120K120 вносили восени під передпосівну культивацію, азотні (аміачна селітра) ? згідно схеми: N30 під культивацію восени + N30 у фазу весняного кущіння (І фон) + N30 у фазу виходу в трубку (ІІ фон) + N30 (карбамід) у фазу колосіння (ІІІ фон).

Посівна площа ділянок І порядку - 220,5 м2, ІІ порядку - 73,5 м2. Облікова площа ділянок ІІ порядку - 36 м2. Повторність у досліді триразова.

Ґрунт дослідної ділянки дерново-середньопідзолистий супіщаний, в орному шарі якого міститься: гумусу - 1,2%, рухомого фосфору - 11,2, обмінного калію - 10,1 мг/100 г ґрунту, рНсол - 6,2. Вапнування проводили під картоплю та люпин у розрахунку 0,75 норми за гідролітичною кислотністю.

Система обробітку ґрунту під пшеницю озиму включала: лущення стерні на глибину 6-8 см лущильником ЛДГ-10, оранку на глибину 18-20 см плугом ПЛН-3-35, передпосівну культивацію на глибину 6-8 см культиватором КПС-4Г.

Технологія вирощування пшениці озимої загальноприйнята для зони Полісся. У дослідженнях вирощували сорт пшениці озимої інтенсивного типу Подолянка, створений спільними зусиллями Інституту фізіології рослин і генетики НАН України та Миронівського інституту пшениці ім. В.М. Ремесла НААНУ. Сорт занесений до реєстру сортів рослин України з 2003 року для вирощування у зонах Полісся, Лісостепу та Степу. Польовий дослід було закладено у відповідності до вимог методики дослідної справи (Доспєхов Б.О., 1985). Відбір зразків ґрунту та рослин проводили у основні фази вегетації пшениці озимої ? кущіння (осінній та весняний періоди), виходу в трубку та молочно-воскової стиглості.

Зразки ґрунту відбирали з шарів 0-20 та 20-40 см згідно з ДСТУ 4287:2004. Вологість ґрунту визначали ваговим методом (Агрохімічний аналіз, 2004). Визначення агрохімічних показників ґрунту проводили за стандартними методиками: органічну речовину ? титриметрично методом за ДСТУ 4289:2004; лужногідролізований азот ? за Корнфілдом в модифікації ЦІНАО; загальний азот ? колориметрично з реактивом Неслера (ГОСТ 26107-84); нітратний азот ? іонометричним методом (ГОСТ 26951-86); азот обмінного амонію ? за методом ЦІНАО (ГОСТ 26489-85); рухомі сполуки фосфору та калію ? за Кірсановим в модифікації ЦІНАО (ГОСТ 26207-91).

Мікробіологічні аналізи проводили у свіжих зразках ґрунту за загальноприйнятими методиками (Теппер Є.З. з співавт., 1993). Після попередньої пробопідготовки здійснювали кількісний облік наступних мікроорганізмів: бактерій, що споживають органічний азот ? на м'ясопептонному агарі (МПА); бактерій, що утилізують мінеральний азот, та актиноміцетів ? на крохмальаміачному агарі (КАА); Azotobacter chroococсum ? на безазотистому середовищі Ешбі за методом обростання грудочок ґрунту. Спрямованість мікробіологічних процесів в ґрунті визначали за коефіцієнтом мінералізації-іммобілізації (Андреюк. К.І. з співавт., 2001).

Відбір рослин для обліку біометричних показників проводили за методикою Мойсейченко В.Ф. з співавт. (1996). У кожен строк відбору визначали (в середньому з 10 рослин) висоту, сиру та повітряно-суху масу надземної та підземної частин рослин, кількість листків, стебел. У фазу молочно-воскової стиглості додатково встановлювали кількість продуктивних стебел, вимірювали довжину колоса, підраховували число колосків в колосі. Вміст вологи та сухої речовини в рослинах встановлювали термогравіметрично, хлорофілу в листках ? фотоелектроколориметрично (Грицаєнко З.М. з співавт., 2003). Загальний вміст азоту, фосфору та калію після мокрого озолення визначали за методом Гінзбург: азоту ? фотоколориметричним методом з використанням реакції індофенольної зелені; фосфору ? ванадо-молібдатним методом; калію - полуменево-фотометричним методом (Руководство..., 1982). Структуру врожаю визначали методом пробного снопа, відбираючи для обліку двадцять п'ять рослин (Мойсейченко В.Ф. з співавт., 1996). Облік врожаю проводили прямим комбайнуванням з поділяночним зважуванням і перерахунком на 100% чистоту та стандартну вологість зерна.

Структуру системних зв'язків встановлювали методом кореляційних плеяд шляхом побудови кореляційних циліндрів (Айвазян С.А. з співавт., 2001). Рівень структурної інтеграції систем визначали за Ю.А. Злобіним (2007). Статистичну обробку результатів проводили за Б.О. Доспєховим (1985) в середовищі програм Microsoft Excel 2003 та Аgrostat.

ЕКОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ ДЕРНОВО-ПІДЗОЛИСТОГО ҐРУНТУ ЯК СИСТЕМИ В УМОВАХ ПОЛІССЯ

У розділі з метою встановлення екологічних особливостей функціонування дерново-підзолистого ґрунту як системи досліджено процеси, які визначають поведінку його абіотичних та біотичних компонентів, а також структуру екологічних зв'язків між ними в градієнті зростання рівнів мінерального живлення пшениці озимої.

Поведінка абіотичної складової ґрунту в градієнті зростання рівнів мінерального живлення пшениці озимої. Виявлено, що за внесення під пшеницю озиму норми N60P60K60 ґрунтова екосистема функціонує оптимально, про що свідчить характеристика основних агрохімічних показників дерново-підзолистого ґрунту (табл. 1).

Таблиця 1.Агрохімічні показники дерново-підзолистого ґрунту в шарі 0-20 см залежно від внесених доз мінеральних добрив, середнє за вегетацію (2006-2009 рр.)

Показники

N60P60K60

N90P90K90

N120P120K120

Органічна речовина, %

1,37±0,03

1,21±0,01

1,22±0,02

Загальний азот, %

0,072±0,002

0,066±0,003

0,064±0,003

Азот лужногідролізований, мг/кг

68,36±4,01

59,16±4,64

57,40±3,97

3, мг/кг

7,31±3,60

6,58±3,81

5,35±3,28

NH4, мг/кг

6,05±2,28

5,04±2,07

7,59±3,10

Nмін, мг/кг

13,35±5,51

11,63±5,68

12,94±6,13

P2O5, мг/кг

215,25±4,71

199,45±4,39

193,54±5,47

K2O, мг/кг

122,43±15,48

105,09±11,15

114,25±8,22

Зі зростанням норми добрив спостерігаємо тенденцію до погіршення агроекологічного стану ґрунту. За внесення під пшеницю озиму норм N90P90K90 та N120P120K120 порівняно з N60P60K60 вміст в ґрунті органічної речовини знижується на 10-12%, загального азоту - на 8-11%, лужногідролізованого азоту ? на 13-15%, рухомого фосфору та обмінного калію на 7-14%. Вважаємо, це зумовлено активізацією механізмів, які змінюють напрямок протікання усіх біологічних процесів в ґрунті.

Екологічна взаємозалежність показників абіотичної та біотичної підсистем ґрунту. Доведено, що стан абіотичної складової ґрунту, зокрема його азотного фонду, функціонально взаємообумовлений поведінкою біотичної підсистеми, яка згладжує викликані внесенням підвищених доз мінеральних добрив зміни в педосистемі.

Проведений аналіз показав, що рівень азотного живлення пшениці озимої залежав не тільки від внесених доз мінеральних добрив, але й діяльності мікроорганізмів. Так, максимальна кількість амонійного азоту в ґрунті в межах 9,5-14,4 мг/кг спостерігається восени у варіантах за внесення доз N30P90K90 та N30P120K120. Встановлено, що додатковому накопиченню амонійного азоту в цей період (на 1,2-5,0 мг/кг більше ніж за внесення дози N30P60K60) сприяє діяльність сапротрофних мікроорганізмів, зокрема амоніфікувальних бактерій (r=0,67) та актиноміцетів (r=0,59). Також на високих агрофонах відмічено тенденцію до ускладнення подальшої трансформації амонійного азоту - кількість нітратного азоту в ґрунті, що утворювалася за внесення дози N30P120K120, становила 13,9 мг/кг, N30P60K60 - 15,4 мг/кг (НІР05=0,8 мг/кг).

Таким чином, фосфорні та калійні добрива, внесені під передпосівну культивацію у кількості P90K90 та P120K120, з одного боку стимулюють процеси розкладу органічних сполук ґрунту, з іншого - провокують ланцюг стабілізуючих перетворень: пригнічують процес нітрифікації та активізують процес іммобілізації.

Трансформація внутрішньої структури екологічних зв'язків дерново-підзолистого ґрунту під впливом мінеральних добрив. Окрім тенденції до зміни агрохімічних показників ґрунту під впливом підвищених норм мінеральних добрив нами спостерігалася трансформація внутрішньої структури екологічних зв'язків ґрунтової екосистеми.

Максимальну взаємопов'язаність агроекологічних показників дерново-підзолистого ґрунту відмічено за внесення під пшеницю озиму норми N60P60K60, за якої в ґрунтовій системі налічувалося 24 зв'язки (рис. 1).

Рис. 1. Кореляційні плеяди взаємозв'язків дерново-підзолистого ґрунту за внесення різних доз мінеральних добрив, достовірно при p<0,05, r0=0,58 1 ? органічна речовина; 2 ? загальний азот; 3 ? азот лужногідролізований; 4 ? NО3; 5 ? NH4; 6 ? азот мінеральний; 7 ? P2O5; 8 ? K2O; 9 ? рН; 10 - вологість ґрунту; 11 ? амоніфікатори; 12 ? іммобілізатори; 13 ? актиноміцети; 14 - Аzotobacter

Зі збільшенням норм добрив до N90P90K90 та N120P120K120 кількість взаємозв'язків у ґрунті зменшується у 1,7 разів. Вважаємо, це зумовлено дією принципу Ле-Шательє у відповідь на внесення у ґрунт екологічно недоцільних доз добрив.

Детальний аналіз структури взаємозв'язків засвідчив, що кореляційне коло показників за внесення норми N60P60K60 не містить незамкнених графів, що вказує на функціональну збалансованість параметрів ґрунтової системи. Якщо тиск перевищує цю дозову межу, то в потоці речовин з'являються розімкнуті траєкторії, що є ознакою руйнівного впливу антропогенних чинників на ґрунт. Так, за внесення норми N90P90K90 в ґрунтовій системі виявлено 8 незамкнених графів. Подальше зростання норми добрив (до N120P120K120) на фоні зниження загальної кількості зв'язків призводить до утворення 4 незамкнених траєкторій.

ЕКОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ МІКРОБНОГО ЦЕНОЗУ ДЕРНОВО-ПІДЗОЛИСТОГО ҐРУНТУ

У розділі досліджено екологічні особливості функціонування біотичної складової дерново-підзолистого ґрунту залежно від строків сівби пшениці озимої та рівнів її удобрення.

Реакція ґрунтових мікроорганізмів основних еколого-трофічних груп на зміну інтенсивності біогенного навантаження. Встановлено, що найбільша кількість амоніфікаторів у посівах пшениці озимої на рівні 4,5-5,4 млн. КУО/г ґрунту відмічається в періоди достатньої забезпеченості цих мікроорганізмів пластичним та енергетичним матеріалом у вигляді рослинного опаду ? фази виходу в трубку та молочно-воскової стиглості. Виявлено тенденцію до зростання в ризосфері пшениці озимої кількості амоніфікувальних бактерій за сівби культури 20, 30 вересня та 10 жовтня, що, на нашу думку, пов'язано зі стресовим станом цих рослин, який формується у відповідь на посилення невідповідності умов в системі «середовище-рослина» оптимальним. З'ясовано, що чисельність мікроорганізмів, які засвоюють мінеральний азот, суттєво залежить від норми внесених під пшеницю озиму добрив. Підвищені норми сприяють активному розвитку мікроорганізмів цієї групи. Так, зі збільшенням норми мінеральних добрив з N60P60K60 до N90P90K90 та N120P120K120 кількість іммобілізаторів в ґрунті достовірно зростає в середньому на 35%. Встановлено, що в агроценозі пшениці озимої впродовж усього періоду вегетації культури іммобілізатори стабільно домінують і в 1,1-16,9 разів перевищують кількість амоніфікаторів. Дисбаланс процесів розкладу та синтезу органічних сполук в ґрунті посилюється пропорційно до збільшення норми внесених мінеральних добрив.

Регуляторна роль окремих видів мікроорганізмів у функціонуванні дерново-підзолистого ґрунту. Доведено, що мікробний ценоз дерново-підзолистого ґрунту як саморегулююча підсистема агроценозу здатний не тільки сприймати зовнішні впливи, але й в певній мірі трансформувати їх в напрямку згладжування дії несприятливих факторів.

Еколого-функціональна роль актиноміцетів. В результаті проведених досліджень встановлено, що у дерново-підзолистих ґрунтах актиноміцетам належить роль біологічного індикатора глибини трансформації органічної речовини. Істотне зростання в ґрунті кількості актиноміцетів відмічаємо у фазу осіннього кущіння та молочно-воскової стиглості. У ці періоди загальна чисельність актиноміцетів у варіантах за внесення N90P90K90 та N120P120K120 перевищує їх кількість у варіантах з N60P60K60 на 54%, а в середньому за вегетацію - на 17-21%. Виявлено тісний прямий зв'язок (r=0,94, при р<0,0001) між розвитком актиноміцетів та коефіцієнтом мінералізації. Встановлено, що існує обернена залежність між чисельністю актиноміцетів та вмістом загального азоту в ґрунті (r=?0,67, при р<0,001).Еколого-функціональна роль азотобактера. Виявлено, що еколого-функціональна роль азотобактера в агроценозі пшениці озимої не вичерпується наявністю цього мікроорганізму в ґрунті, але й залежить від характеру його взаємовідносин з іншими мікроорганізмами, рослинами, продуктами трансформації органічних та мінеральних сполук. Найбільший відсоток обростання грудочок ґрунту азотобактером спостерігався у варіантах підвищених норм мінеральних добрив ? N90P90K90 (81%) та N120P120K120 (92%), найменший (68%) ? N60P60K60. Ймовірно, що за внесення високих норм добрив мінеральні сполуки азоту пригнічували азотфіксуючу здатність азотобактера. На це вказують його позитивні кореляції з амонійним (r=0,60, при р<0,001) та нітратним (r=0,58, при р<0,001) азотом ґрунту. Висока чисельність азотобактера на підвищених агрофонах свідчить про чутливість цього мікроорганізму до вмісту фосфору в ґрунті. За внесення норми N60P60K60 нами відмічено численні прямі кореляції кількості цього мікроорганізму з біометричними та хімічними показниками рослин.

ЕКОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ ФІТОЦЕНОЗУ ПШЕНИЦІ ОЗИМОЇ В УМОВАХ ПОЛІССЯ

Розділ присвячено ідентифікації особливостей екологічної поведінки рослин пшениці озимої в градієнті посилення екологічного стресу, тобто залежно від строків сівби. Виявлено, що за реакцією рослин на умови вегетації та за ступенем відповідності цих умов оптимальним можливо передбачити рівень продуктивності та стійкості фітоценозу.

Характеристика екологічних умов вегетації рослин пшениці озимої різних строків сівби. Одним з провідних факторів, який визначає комфортність вегетації і в подальшому продуктивність пшениці озимої є температурні умови, що складаються впродовж вегетаційного періоду культури.

В наших дослідженнях температурні умови осіннього та весняно-літнього періодів найбільш сприятливо складалися за сівби пшениці озимої 10 вересня. Це підтверджують значення коефіцієнта відповідності, який коливався від 0,83 (осінній період) до 0,92 (весняно-літній період). При зміщенні терміну сівби на десять днів пізніше (20 вересня) умови існування рослин погіршувалися - восени коефіцієнт відповідності знижувався на 12%, залишаючись незмінним у весняно-літній період. За сівби 30 вересня та 10 жовтня нижня та верхня межі коефіцієнта відповідності розширювалися на 40-21%, що свідчить про високу екстремальність умов вегетації цих рослин. За коефіцієнтом варіації (CV) стабільність температурного фактору для рослин першого та другого строків сівби була високою (CV в межах 3-8%), третього-четвертого - низькою (CV в межах 27-32%).

Виявлено, що умови вегетації впливають на життєвий стан рослин, на що вказує значення індексу віталітету (IVC). Так, за сівби пшениці озимої 10 вересня цей показник становив 1,68. При зміщенні строків сівби від 10 вересня на 10 днів в бік пізніших значення індексу знижувалося на 20-65%. Нами відмічено значну роль віталітету у формуванні рівня врожайності пшениці озимої (r=0,96).

Екологічні стратегії рослин пшениці озимої різних строків сівби. З'ясовано, що причина зниження продуктивності рослин пшениці озимої пізніх строків сівби полягає у зміні реактивності організму на умови вегетації. Встановлено, що у відповідь на посилення стресу зростає інтегрованість рослинного організму. Про це свідчить аналіз кореляцій між морфофізіологічними показниками пшениці озимої сорту Подолянка різних строків сівби (рис. 2).

Найбільші значення індексу морфофізіологічної інтеграції на рівні 86,6-97,7% характерні для пшениці озимої третього та четвертого строків сівби, найменші ? 40,0-55,6% ? для другого та першого строків. Вважаємо, різниця у рівні інтегрованості параметрів рослин обумовлена переходом організму від однієї пристосувальної стратегії до іншої.

Таким чином, пшениця озима, володіючи змішаним типом екологічної стратегії, за сприятливих умов проявляє продуктивні властивості (експлерентність або R-стратегію), а при погіршенні умов вегетації ? захисну онтогенетичну стратегію ? стрес-толерантність (S-стратегію).

Морфофізіологічні прояви адаптивних стратегій рослинами пшениці озимої. Встановлено, що морфофізіологічні параметри рослин пшениці озимої різних строків сівби суттєво відрізняються. Так, за посилення екологічного стресу абсолютні значення морфофізіологічних параметрів рослин знижувалися в середньому на 48%, тоді як їх варіабельність навпаки, зростала на 34%. Також виявлено, що за оптимальних та субоптимальних умов (сівба 10 та 20 вересня) параметри пшениці озимої мають більший запас гомеостатичності ніж параметри рослин, які вегетували за песимальних умов.

Рис. 2. Кореляційні плеяди взаємозв'язків між морфофізіологічними параметрами рослин пшениці озимої сорту Подолянка різних строків сівби, достовірно при p<0,05, r0=0,64

1 ? кількість стебел; 2 ? кількість листків; 3 ? висота рослини; 4 ? сира маса; 5 ? кореневий індекс; 6 ? суха біомаса; 7 ? вміст хлорофілу; 8 ? вміст азоту; 9 ? вміст фосфору; 10 ? вміст калію

Екологічна оцінка впливу підвищених доз мінеральних добрив на ростові процеси пшениці озимої різних строків сівби. Встановлено, що підвищені дози мінеральних добрив восени гальмують ростові процеси рослин, а у весняно-літній - прискорюють їх.

З'ясовано, що у початковий період росту рослини пшениці озимої особливо чутливі до надлишку мінеральних сполук в ґрунті, про що свідчить відсутність восени стимулюючого впливу підвищених доз мінеральних добрив на масу рослин, які вже перейшли на автотрофне живлення (за сівби 10-30 вересня) (табл. 2).

Встановлено, що у весняно-літній період вегетації з поступовим підживленням рослин дозою N30 по фону N30P90K90 та N30P120K120 продуктивні властивості пшениці озимої за рахунок стимуляції весняного формоутворення підвищуються порівняно з варіантами за внесення N60P60K60 на 10-15%.

Таблиця 2. Вплив доз мінеральних добрив на ріст рослин пшениці озимої різних строків сівби в осінній період вегетації (n=20), середнє 2007-2008 рр.

Варіанти

Сира маса, г

Суха маса, г

Кореневий індекс

надземної частини

коріння

надземної частини

коріння

N30P60K60

10.09.

21,38

3,30

3,87

0,58

0,16

20.09.

8,26

1,42

1,55

0,33

0,21

30.09.

4,62

0,92

0,80

0,21

0,24

10.10*.

1,36

0,21

0,28

0,05

0,36

N30P90K90

10.09.

17,20

2,96

3,12

0,57

0,18

20.09.

6,57

2,03

1,27

0,27

0,21

30.09.

4,71

0,77

0,74

0,17

0,26

10.10*.

1,85

0,46

0,33

0,10

0,32

N30P120K120

10.09.

17,23

2,79

3,39

0,51

0,18

20.09.

7,88

1,67

1,31

0,34

0,26

30.09.

4,11

0,79

0,77

0,18

0,24

10.10*.

1,51

0,31

0,21

0,10

0,47

НІР05

А

0,66

0,08

0,08

0,05

0,02

В

0,36

0,04

0,03

0,01

0,01

* фаза сходів

ОСОБЛИВОСТІ СИСТЕМНОЇ ПОВЕДІНКИ ТА ФУНКЦІОНУВАННЯ АГРОЦЕНОЗУ ПШЕНИЦІ ОЗИМОЇ В УМОВАХ ПОЛІССЯ

У розділі розглянуто системну реакцію та екологічні особливості функціонування агроценозу пшениці озимої в умовах Полісся за різного ступеня трансформованості його структури під впливом мінеральних добрив.

Синергетичний підхід до визначення режиму функціонування агроценозу пшениці озимої. Встановлено, що режим функціонування агроценозу пшениці озимої об'єктивно можна визначити шляхом врахування синергізму стану (критерій - індекс стану) та поведінки (критерій - кількість зв'язків) його ґрунтово-біотичного комплексу.

Виявлено, що індекс стану біотичної складової агроценозу за внесення норм N90P90K90 та N120P120K120 коливається в межах від 1,01 до 1,08, що на 10-12% перевищує значення індексу для варіантів за внесення N60P60K60. Стосовно абіотичної складової ґрунту, яка вважається слабкою ланкою агроценозу, простежується протилежна тенденція. Ґрунтовий індекс досягає максимальних значень за внесення норми N60P60K60 і становить 1,09 проти 0,93-0,98 у варіантах підвищених норм добрив. Відносно ступеня цілісності загальносистемних зв'язків встановлено, що за внесення норми N60P60K60 в системі налічується 107, N90P90K90 - 99, N120P120K120 - 92 зв'язки. Отримані результати було узагальнено у вигляді графічної моделі, де в координатах «кількість зв'язків ? індекс стану» нами визначено зони, в рамках яких проявляється потенціал продуктивності та стійкості агроценозу (рис. 3).

Відповідно до розробленої моделі, програма стабільного функціонування агроценозу реалізується при удобренні пшениці озимої нормою N60P60K60. На це вказує підвищення загальної кількості зв'язків в агроценозі на 15%, збільшення відсотку взаємовідносин, обумовлених діяльністю мікроорганізмів до 27%, а також екологічний стан ґрунту. У точці перетину прямих, що відповідає внесенню N90P90K90, режими змінюються. Режим продуктивного та виснажливого (відносно стану ґрунтової підсистеми) функціонування реалізується за внесення під пшеницю озиму норми N120P120K120.

абіотична складова агроценозу

біотична складова агроценозу

Зона А ? режим продуктивного функціонування

Зона В ? режим екологічно стійкого функціонування

С - точка біфуркації

Рис. 3. Модель функціонування агроценозу пшениці озимої за внесення різних норм мінеральних добрив в умовах Полісся

Особливості формування врожайності пшениці озимої в умовах Полісся. Аналіз усереднених за роки досліджень даних по врожайності пшениці озимої показує, що за внесення норми N60P60K60 при сівбі 10 вересня рівень врожайності 4,19 т/га за подвійної норми добрив досягається при сівбі 20 вересня, а в оптимальний строк - зростає на 0,54 т/га (табл. 3).

Таблиця 3. Урожайність пшениці озимої залежно від строків сівби та внесених норм мінеральних добрив, т/га (2007-2009 рр.)

Варіанти досліду

Роки

Середнє

Приріст врожаю від

строків сівби

добрив

2007

2008

2009

т/га

%

т/га

%

N60P60K60

10.09.

2,18

5,96

4,44

4,19

-

-

-

-

20.09.

1,62

5,74

4,31

3,89

-0,3

-7,16

-

-

30.09.

1,49

5,22

4,25

3,65

-0,54

-12,89

-

-

10.10.

0,95

4,96

4,02

3,31

-0,88

-21,00

-

-

N90P90K90

10.09.

2,42

6,22

4,78

4,47

-

-

0,28

6,68

20.09.

2,11

5,62

4,62

4,12

-0,35

-7,83

0,23

5,91

30.09.

1,25

4,96

4,50

3,57

-0,90

-20,13

-0,08

-2,19

10.10.

0,93

4,92

3,80

3,22

-1,25

-27,96

-0,09

-2,72

N120P120K120

10.09.

2,81

6,96

4,42

4,73

-

-

0,54

12,89

20.09.

2,62

6,22

4,23

4,36

-0,37

-7,82

0,47

12,08

30.09.

1,57

6,33

4,00

3,97

-0,76

-16,07

0,32

8,77

10.10.

1,24

5,59

3,87

3,57

-1,16

-24,52

0,26

7,85

НІР05

А

0,15

0,27

0,26

В

0,10

0,14

0,08

Вважаємо, що при прийнятті управлінських рішень щодо організації функціонування агроценозу пшениці озимої в умовах Полісся слід розрізняти агрономічний та екологічний аспекти. Агрономічний аспект полягає в тому, що за застосування високих норм мінеральних добрив межі оптимальних строків сівби пшениці озимої сорту Подолянка розширюються. Таким чином, з огляду на врожайність, втрачений через запізнення з сівбою час можна знівелювати підвищеним агрофоном. Втім, з екологічної точки зору, компенсація одного фактору іншим має екологічно обґрунтовані межі - за внесення підвищених норм мінеральних добрив (N90P90K90 та N120P120K120) порушується екологічна стійкість ґрунтової підсистеми.

Енергетична та економічна ефективність вирощування пшениці озимої в умовах Полісся. Визначення енергетичних та економічних характеристик технології вирощування пшениці озимої засвідчило, що в агроекологічних умовах Полісся найбільш ефективним технологічним заходом є сівба пшениці 10 вересня за внесення норми N60P60K60. Застосування зазначеного комплексу прийомів сприяє найнижчим витратам енергії на створення врожаю (18073,6 МДж/га) при Кее на рівні 3,8. В економічному відношенні впровадження рекомендованих заходів забезпечує відносно найнижчу собівартість продукції - 727,74 грн./т, отримання максимального умовно чистого прибутку в розмірі 2188,27 грн. і рентабельність виробництва 72%. При зміщенні строків сівби в бік пізніших за внесення N60P60K60 енергетичні та економічні показники ефективності погіршуються на 6-24%, N90P90K90 та N120P120K120 - на 15-38%.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Теоретичні положення і результати, висвітлені в дисертаційній роботі, дозволили розкрити екологічні особливості функціонування агроценозу пшениці озимої в умовах Полісся. Встановлено, що досягнути стійкого та екологічно збалансованого функціонування агроценозу цієї культури можливо шляхом врахування на практиці наступних екологічних особливостей ґрунтової, мікробної, рослинної підсистем зокрема та агроекосистеми взагалі:

1. Реакція дерново-підзолистого ґрунту на стрес проявляється через трансформацію внутрішньосистемної структури екологічних зв'язків, яка зумовлена внесенням під пшеницю озиму підвищених (N90P90K90 та N120P120K120) норм мінеральних добрив. Порівняно вища кількість взаємозв'язків в ґрунті (24 шт.) налічується за внесення норми N60P60K60.

2. Екологічна вразливість ґрунтової системи щодо впливу підвищених норм мінеральних добрив проявляється через зменшення числа зв'язків між її біотичним та абіотичним блоками. Внаслідок цього кількість кореляцій між живими та неживими компонентами дерново-підзолистого ґрунту знижується з 13 (N60P60K60) до 7 (N90P90K90) та 5 (N120P120K120), а їх частка від загального числа зв'язків педосистеми складає відповідно 54%, 46% та 33%.

3. Оптимальне функціонування ґрунтової екосистеми (відносно інтегрованості її параметрів) відмічається за внесення під пшеницю озиму норми N60P60K60. Про це свідчать наступні агрохімічні показники дерново-підзолистого ґрунту - вміст органічної речовини на рівні 1,37%, загального азоту ? 0,072%, лужногідролізуємого азоту ? 68,36 мг/кг. За збільшення норми добрив до N90P90K90 та N120P120K120 значення цих показників знижуються на 8-15%.

4. Мінеральні добрива стимулюють у ґрунті процеси розкладу, про що свідчить домінування впродовж усього періоду вегетації пшениці озимої мікроорганізмів, які засвоюють мінеральний азот, над мікроорганізмами, що утилізують органічний азот (КАА/МПА). Мінімальні значення коефіцієнту мінералізації відмічено у варіантах за внесення N60P60K60, максимальні ? на підвищених агрофонах.

5. В умовах Полісся за удобрення пшениці озимої підвищеними нормами мінеральних добрив спостерігається інтенсифікація активності актиноміцетів. Зростання чисельності актиноміцетів за внесення норм N90P90K90 та N120P120K120 порівняно з N60P60K60 на 17-21% свідчить про те, що на високих агрофонах ґрунт збіднений на легкодоступні органічні сполуки.

6. Співвідношення між рівнем продуктивності та екологічної стійкості фітоценозу пшениці озимої залежить від комплексу екологічних умов, що складаються впродовж вегетації рослин та ступеня відхилення цих умов від оптимальних. Продуктивність культури наростає за оптимальних та субоптимальних умов, що характерно за сівби пшениці озимої 10 та 20 вересня. В песимальних умовах, тобто за сівби 30 вересня та 10 жовтня, пшениця озима реалізує властивості стійкості.

7. Агроценоз пшениці озимої як цілісна система функціонує в стійкому режимі при удобренні пшениці озимої нормою N60P60K60. За її внесення в агроценозі налічується 107 еколого-функціональнальних зв'язків, підвищений мінеральний агрофон понижує загальний рівень інтегрованості взаємозв'язків агроценозу на 15%.

8. В умовах Полісся агроекологічна оптимізація технологічних прийомів вирощування пшениці озимої (сівба 10 вересня за внесення норми N60P60K60) дозволяє отримати врожайність зерна на рівні 4,19 т/га. Зростання продуктивності культури на 0,3-0,5 т/га за рахунок збільшення норм мінеральних добрив до N90P90K90 та N120P120K120 досягається в збиток стійкості агроценозу та його найслабкішої ланки - ґрунтової підсистеми.

9. З економічної та енергетичної точок зору, найбільш ефективним технологічним прийомом в умовах Полісся є сівба пшениці озимої 10 вересня за внесення під культуру норми N60P60K60. Комплексне застосування цих заходів забезпечує порівняно найнижчу собівартість продукції - 727,74 грн./т, отримання максимального умовно чистого прибутку в розмірі 2188,27 грн. при рентабельності виробництва 72%. Економічний ефект зазначених прийомів значною мірою обумовлюється нижчими витратами енергії на створення врожаю (18073,6 МДж/га), що сприяє їх високій енергетичній ефективності (Кее=3,8).

РЕКОМЕНДАЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

В умовах Полісся при вирощуванні пшениці озимої сорту Подолянка на окультуреному дерново-підзолистому супіщаному ґрунті для отримання екологічно, економічно та енергетично обґрунтованого рівня врожайності в межах 4,0-4,2 т/га рекомендується проводити сівбу 10 вересня по фону N30P60K60 з весняним підживленням культури аміачною селітрою дозою N30.

СПИСОК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Швайка О. В. Оцінка режиму вологості ґрунту в посівах озимої пшениці / О. В. Швайка // Вісник НУВГП. - 2008. - № 2 (42), Ч.1. - С. 173-179

2. Борисюк Б. В. Залежність екологічних умов вегетації озимої пшениці від строків сівби в зоні Полісся України / Б. В. Борисюк, Л. І. Ворона, О. В. Швайка // Вісник БДАУ. - 2008. - № 52. - С. 53-57 (постановка проблеми, систематизація та аналіз метеорологічних умов впродовж вегетації пшениці озимої).

3. Швайка О. В. Морфофізіологічні прояви адаптивних реакцій пшениці озимої / О. В. Швайка, Б. В. Борисюк, Л. І. Ворона // Аграрні вісті. - 2008. - № 4. - С. 12-15 (постановка задачі, проведення польових досліджень, аналіз отриманих даних).

4. Швайка О. В. Екологічна оцінка ефективності засвоєння азоту рослинами озимої пшениці у зв'язку з вологозабезпеченістю / О. В. Швайка, Б. В. Борисюк, Л. І. Ворона // Збірник наукових праць ЛНАУ. - 2008. - № 93. - С. 108-112 (постановка проблеми, проведення польових досліджень, аналіз отриманих даних).

5. Ворона Л. І. Продуктивність пшениці озимої на Поліссі залежно від строків сівби / Л. І. Ворона, О. В. Швайка, В. М. Дема // Землеробство. - 2008. - № 80. - С. 40-47 (математико-статистична обробка даних).

6. Борисюк Б. В. Еколого-функціональні особливості азотного живлення сільськогосподарських культур / Б. В. Борисюк, О. В. Швайка // Вісник ЛНАУ. - 2008. - № 12 (1). - С. 31-35 (постановка проблеми, теоретичний аналіз літературних даних).

7. Швайка О. В. Аналіз функціональних зв'язків між агроекологічними показниками ґрунту залежно від внесених доз мінеральних добрив / О. В. Швайка, Б. В. Борисюк, Л. І. Ворона // Агрохімія і ґрунтознавство. - 2009. - № 70. - С. 94-98 (ідея, постановка проблеми, аналіз та узагальнення експериментальних даних).

8. Борисюк Б. В. Реакція мікробного комплексу ґрунту на зміну інтенсивності антропогенного навантаження / Б. В. Борисюк, О. В. Швайка, О. В. Іщук // Агроекологічний журнал. - 2009. - № 2. - С. 86-91 (постановка задачі, проведення польових досліджень, аналіз отриманих даних).

9. Борисюк Б. В. Еколого-функціональна роль актиноміцетів у процесі трансформації органічної речовини дерново-підзолистого ґрунту / Б. В. Борисюк, О. В. Швайка, Л. І. Ворона // Вісник ЖНАЕУ. - 2009. - № 1. - С. 100-105 (постановка задачі, проведення польових досліджень, аналіз отриманих даних).

10. Борисюк Б. В. Біологічна активність як критерій інтенсивності та спрямованості трансформації азотних сполук в ризосфері пшениці озимої / Б. В. Борисюк, О. В. Швайка, Н. Е. Елланська, О. П. Юношева, І. Г. Хохлова // Науковий вісник НУБіПУ. - 2009. - Ч.1. - С. 158-165 (математико-статистична обробка та аналіз отриманих даних).

11. Швайка О. В. Екологічні стратегії рослин пшениці озимої (Triticum aestivum L.) різних строків сівби / О. В. Швайка // Природничий альманах. - 2008. - № 11. - С. 202-208

12. Борисюк Б. В. Синергетичний підхід до визначення режиму функціонування агроценозу / Б. В. Борисюк, І. Г. Грабар, О. В. Швайка, Л. І. Ворона // Агроекологічний журнал. - 2009. - Спец. вип. - червень. - С. 49-52 (ідея, постановка проблеми, узагальнення експериментальних даних).

13. Борисюк Б. В. Залежність екологічних умов вегетації озимої пшениці від строків сівби в зоні Полісся України / Б. В. Борисюк, Л. І. Ворона, О. В. Швайка // Тези доп. Міжнар. наук.-практ. конф. [«Проблеми підвищення адаптивного потенціалу системи рослинництва у зв'язку зі змінами клімату»], (Біла Церква, 26-28 лютого 2008 р.). - Біла Церква: БНАУ, 2008. - С. 9 (постановка проблеми, аналіз експериментальних даних).

14. Швайка О. В. Особливості агроекологічної оцінки азотного статусу рослин пшениці озимої / О. В. Швайка, Б. В. Борисюк // Тези V Міжнар. наук. конф. студентів, магістрів та аспірантів [«Сучасні проблеми екології та геотехнологій»], (Житомир, 19-22 березня 2008 р.). - Житомир: ЖДТУ, 2008. - С. 302-303 (постановка проблеми, узагальнення експериментальних даних)

15. Швайка О. В. Екологічні особливості функціонування мікробного ценозу дерново-підзолистого ґрунту / О. В. Швайка // Тези Міжнар. наук.-практ. конф. аспірантів, магістрів та студентів [«Інновації для сільського господарства»], (Житомир, 26 березня 2009 р.). - Житомир: ЖДУ ім. І. Франка, 2009. - С.14-15

16. Швайка О. В. Насиченість ґрунту еколого-функціональними зв'язками як критерій його стійкості / О. В. Швайка, Б. В. Борисюк, Л. І. Ворона // Збірник тез міжвуз. наук. конф. [«Екологія - шляхи гармонізації природи та суспільства»], (Умань, 23-24 квітня 2009 р.). - Умань: УДАУ, 2009. - С. 51-52 (постановка проблеми, узагальнення експериментальних даних).

17. Швайка О. В. Зв'язок рівня структурної інтеграції рослин пшениці озимої з типом адаптивної стратегії / О. В. Швайка // Збірник тез V Міжнар. наук. конф. студентів та аспірантів [«Молодь і поступ біології»], (Львів, 12-15 травня 2009 р.). - Львів: ЛНУ ім. І. Франка, 2009. - С. 122-123

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

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.