Показатель определяющий продуктивность агрофитоценоза посева
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 19.09.2024
Агрофитоценоз и его отличия от естественного фитоценоза
В отличие от агрофитоценозов естественный фитоценоз представлен видами растений, естественно приспособленных друг к другу, и каждое такое сообщество отражает своеобразие данного местообитания, данного конкретного почвенного покрова. Поверхность последнего в течение всего вегетационного периода защищена растениями, которые сохраняют почву от действия солнечного излучения, ветра, проявления эрозионных процессов. Естественные фитоценозы более многообразны, чем агрофитоценозы. По данным В. В. Алехина, в фитоценозах Стрелецкой степи Курской обл. на 1 м2 целинного чернозема обнаружено более 80 видов растений.
Растения, входящие в состав естественного сообщества, характеризуются многообразными связями как внутри фитоценозов, биоценозов, так и между последними и абиотической средой, что делает их более устойчивыми, чем растения в агрофитоценозах. Растения, входящие в состав естественного сообщества, хорошо уживаются, приспосабливаются к взаимному сосуществованию. Глубокоукореняющиеся виды растений произрастают рядом с мелкоукореняющимися; обогащающие почву азотом и органическим веществом— рядом с видами, потребляющими эти вещества; высокие — рядом с низкорослыми. Густота стояния растений и площадь покрытия растениями почвы максимально возможные, ярусное расположение видов растений в растительном покрове и их корневых систем, а также вегетация на протяжении всего теплого периода времени года позволяют растениям максимально использовать поступающую солнечную энергию. При установившемся динамическом равновесии система почва — растения продуктивность почвы, измеряемая годовым приростом ее растительного покрова (биомассы), соответствует ее естественному плодородию.
Из таких растительных сообществ человек когда-то отобрал определенные виды дикорастущих растений и создал из них культурные. В агроэкосистемах большая часть культур однолетние, посевы которых ежегодно возобновляются, в силу чего экологические связи каждый раз нарушаются и создаются заново, что обостряет проблему их устойчивости. Поэтому агроэкосистемы нуждаются в специальных мерах по поддержанию их устойчивости и продуктивности. В агрофитоценозах, как правило, отсутствует ярусность и, за исключением посевов многолетних трав, почва до посева однолетних культур и после уборки их урожая не используется, что может в отдельных районах составлять до 40% теплого вегетационного периода года. Культурные растения предъявляют высокие требования к почвам. Свойства целинных почв не в полной мере соответствуют потребностям культурных растений. Даже самые лучшие по многим агрономическим показателям черноземы не могут в полной мере удовлетворять культурные растения в воде и питательных элементах. Необходимо проводить комплекс специальных агротехнических мероприятий по повышению искусственного и эффективного плодородия почвы, чтобы привести их в соответствие с требованиями культурных растений.
В условиях проявления малого биологического круговорота веществ в естественном фитоценозе все элементы минерального питания и образующаяся биомасса растений остаются в пределах БГЦ, за исключением той части, которая вовлекается в большой геологический круговорот веществ. При возделывании культурных растений чаще всего создается большая биомасса растений, значительная часть которой выносится за пределы поля с урожаем, а вместе с ней и многие химические элементы (табл. 14). Сельскохозяйственные растения в сильной степени различаются по биологической продуктивности. В ряде случаев выращиваются малопродуктивные по биомассе культуры, продукция которых необходима человеку, например лен.
Все основные химические элементы организмов обычно циркулируют в биогеоценозе по характерным путям из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. Участвуя в круговороте, некоторые элементы и вещества могут из него выбывать. Это в значительной степени зависит от относительной подвижности каждого отдельного химического элемента. Так, кальций и азот очень подвижны и могут легко выноситься из биологического круговорота веществ. Однако кальций прочнее удерживается в почве, чем азот. Сама растительность служит мощным регулятором удержания различных элементов в круговороте веществ.
Характер круговорота элементов питания растений в тропиках, особенно влажных, и в северном умеренном поясе различен по ряду важных признаков. В умеренном поясе большая часть органических веществ и доступных элементов питания находится в почвах; в тропиках же гораздо больший процент этих веществ содержится в живой биомассе и циркулирует в пределах органической части экосистемы, чему способствуют различные биологические связи между растениями и микроорганизмами, удерживающими элементы питания. При разложении органического вещества в условиях тропиков освобождающиеся элементы быстро усваиваются живыми организмами, и, таким образом, их вынос за пределы малого круговорота веществ предотвращается. Сравнение распределения органических веществ в хвойном и тропическом лесах свидетельствует, что при примерно одинаковом количестве органического углерода в расчете на 1 га в лесу на севере более половины углерода содержится в подстилке и в почве, а в тропическом — более 3/4 углерода содержится в живых растительных тканях.
На бедных по содержанию элементов питания тропических почвах, где в условиях высоких температур и обильных осадков многие вещества быстро выщелачиваются, большая биомасса растений сохраняется за счет того, что множество тонких сосущих корней пронизывают подстилку и быстро извлекают или перехватывают элементы питания из листового опада и дождевой воды, пока они не вымыты. Этому способствуют и микоризные грибы, связанные с корневыми системами. В этих условиях элементы питания находятся в круговороте от растения к растению, часто минуя почву. Когда такие леса уничтожаются, вырубаются в целях использования почвы в сельскохозяйственном производстве, существующие в естественных условиях связи нарушаются и очень быстро падает продуктивность, а с ней и урожай сельскохозяйственных культур. Если после этого почву оставляют, забрасывают, то естественный лес восстанавливается очень медленно или не восстанавливается вовсе.
В северном умеренном поясе на полях, периодически свободных от возделывания сельскохозяйственных культур, часть химических элементов и веществ также постепенно удаляется, хотя по времени это намного более длительный процесс, нежели в тропиках (если не проявляются процессы эрозии). Поэтому естественное плодородие, а следовательно, и потенциальное в длительном временном периоде, если не принимать меры по сохранению и повышению искусственного плодородия, будет снижаться.
Анализ особенностей круговорота веществ в тропиках и в умеренном поясе показывает, что земледелие умеренной зоны, основанное главным образом на возделывании одних культур, недолго живущих однолетних и некоторых многолетних растений, непригодно для тропических условий.
Функционирование растительного ценоза зависит от конкурентных отношений между видами растений, уровня минерального питания, засоренности, состава травосмеси. Корреляционно-регрессионный анализ данных участия видов злаковых трав в травосмесях позволил установить, что повышение уровня минерального питания увеличивает тесноту связи между участием видов, в меньшей степени это выражено для тройной смеси. Функциональная зависимость (г = – 0,984, – 0,997) при N60Р60К80, N40Р90К120 для участия ежи сборной (х0) и тимофеевки луговой (х3) в двойной травосмеси. Связь между участием видов и уровнем удобрения изменяется по фазам развития. В среднем за четыре года в фазу начала трубкования выявлена умеренная отрицательная связь между весенними дозами азотных удобрений и участием в травостое ежи сборной и овсяницы луговой. В фазы начала выметывания и начала цветения наблюдается тесная связь изменений доз аммиачной селитры и количества ежи сборной (коэффициент корреляции больше 0,70). По всем фазам отмечена положительная сопряженность изменений урожайности и участия ежи сборной. Самый высокий коэффициент корреляции (г = 0,93) в фазу начала выметывания. Установлено, что в посевах клеверов и трав первого года пользования многолетние сорняки представлены в основном бодяком полевым, осотом жёлтым, пыреем ползучим. К третьему и четвёртому году пользования флористический состав представлен одуванчиком лекарственным, лапчаткой гусиной, васильком луговым, подорожником большим, пыреем ползучим и другими видами. Внесение минеральных удобрений вызывает сокращение доли клевера в агрофитоценозе, место которого занимают злаки и сорняки, т.е. происходит выпадение клевера уже в первый год пользования. Увеличение продолжительности использования многолетних трав сопровождается устойчивой тенденцией в ботаническом составе сокращением клевера и повышением доли овсяницы луговой, мятлика лугового, ежи сборной.
1. Андреев И.Г. Ботанический состав травостоев культурных пастбищ и сенокосов при внесении повышенных норм азотных удобрений // Андреев И.Г., Лазарев Н.Н., Гиленко В.А., Кулюкин С. С. Известия ТСХА. – 1987. – № 3. – С. 11–17.
2. Афанасьев Р.А. Дробное внесение азотных удобрений на сеяных лугах // Афанасьев Р.А., Мерзлая Г.Е., Тюлин В.А. Тезисы докладов, Горький. – М.: ТСХА, ВИУА, 1984. – С. 176–177.
3. Баздырев Г.И. Сорные растения и борьбы с ними в современных условиях / Г.И. Баздырев – М.: Изд. МСХА, 1995. – 283 с.
5. Захаренко А.В. Теоретические основы управления сорным компонентом агрофитоценоза в системах земледелия / Захаренко А.В. – М.: МСХА, 2000. – 468 с.
6. Козлова Л.Г. Влияние норм азотных удобрений и частоты использования на урожайность, ботанический и химический состав злаковой травосмеси // Козлова Л.Г. Сборник трудов. Рациональное использование и охрана лугов Урала. – Пермь, 1984. – С. 132–137.
7. Лопатин В.Д. Использование метода относительной конкурентоспособности при анализе изменений растительности лугов под воздействием удобрений // Лопатин В Д. Формирование луговых агроценозов на мелиорированных землях. – Петрозаводск, 1984. – С. 4–15.
8. Миркин Б.М. Теоретические основы современной фитоценологии / Миркин Б.М. – М.: Наука, 1985. – 137 с.
9. Скоблин Г.С. Продуктивность ежи сборной при постоянных сроках скашивания // Скоблин Г.С. Доклады ТСХА. – 1972. – Вып. 180. – Ч. 2. – С. 217–220.
11. Шарашова B.C. Создание мозаичных устойчивых луговых травостоев методом перекрестного посева // Шарашова B.C., Тюлин В.А., Кустова М.А. Научные труды. Проблемы кормопроизводства и пути их решения. – Л.: ЛГАУ, 1991. – С. 57–62.
Устойчивое функционирование многолетних агроценозов зависит от фитоценотических особенностей популяций высших и низших организмов и от количества энергии, поступающей в почву с органическим веществом. Изучение ценотических особенностей многолетних трав является теоретической основой составления травосмесей. Исследованием травосмесей (подбор видов трав, число компонентов, норма высева, удобрение и использование травостоев различного ботанического состава) занимались многие луговоды [1, 2, 11].
Г.С. Скоблин (1972) указывает, что овсяница луговая в меньшей степени, чем другие злаки, угнетается ежой сборной. В исследовании Л.Г. Козловой (1984) конкурентоспособность овсяницы луговой определяется интенсивностью скашивания. При 2- и 4-кратном отчуждении надземной массы и полном минеральном удобрении в посевах малокомпонентных травосмесей основу травостоя составляют тимофеевка и овсяница луговая.
Повышенные нормы минеральных удобрений обостряют конкурентные взаимоотношения. Процесс формирования травостоя идет во времени быстрее. По данным В.П. Лопатина (1984), в травостое лугоовсяничника с ежегодным двукратным скашиванием при воздействии удобрений резко повышают конкурентноспособность нитрофилы: пырей ползучий, купырь лесной; в меньшей степени эумезофиты: тимофеевка луговая и мятлик луговой и совсем незначительно овсяница луговая.
Сорный компонент агрофитоценоза в земледелии имеет противоречивый характер воздействия на экологию и на экономику возделывания полевых культур. С одной стороны, сорные растения оказывают отрицательное влияние на продуктивность агрофитоценоза и подлежат уничтожению агротехническими, химическими и биологическими методами. С другой стороны, сорные растения оставляют растительные остатки в почве, расширяют видовой состав агрофитоценоза и повышают устойчивость экосистемы [3, 4, 5, 8], отмечают их высокую конкурентная способность по сравнению с сорняками. Поэтому стратегическим направлением в борьбе с сорной растительностью является поддержание обилия сорняков на экономически безопасном уровне и имеет экологическую направленность.
Взаимоотношения многолетних трав в нашем эксперименте начинаются с первого года жизни, с первых дней после посева и определяются в известной мере компонентами травосмеси. В исследованиях полевая всхожесть ежи сборной колебалась от 30 % до 50 %, в зависимости от состава смеси. Всхожесть ежи сборной выше в смеси с тимофеевкой, ниже в тройной смеси, сохраняется хорошо к весне следующего года в травосмеси с овсяницей луговой. Из трех видов трав самая высокая полевая всхожесть (60,4 %) отмечена у овсяницы луговой в трехкомпонентной смеси. Лучше всего (69,2 %) она перезимовывает с ежой сборной. У тимофеевки луговой, по-видимому, растянут период всходов, весной проросли не все семена. Поскольку полевая всхожесть 10–14 %, сохранность при этом 100 %. В период всходов конкурентные взаимоотношения между видами выражены не сильно, а определяются генетической информацией каждого вида.
С первого года пользования в эксперименте взаимоотношения в смесях усложняются и зависят от режима использования, числа компонентов, уровня минерального питания. При скашивании в первые три года пользования конкурентные отношения как фактор формирования ботанического состава второстепенны, а определяющими являются погодные условия. В нашем опыте на четвертый год пользования ежа сборная плохо перезимовала, особенно на фоне минерального питания, при этом освободившуюся экологическую нишу заняли сопутствующие виды. Это не говорит об их агрессивности как конкурентов, так как ежа сборная выпала из травостоя из-за погодных условий. При низком уровне минерального питания (N80) ежа сборная успешно развивается в смеси с тимофеевкой луговой. В первый год пользования ее участие в смеси было 28,5 %, во второй 32,5 %, в третий – 61,5 %, в четвертый 46,3 %, в пятый – 50,9 %. Более высокий уровень минерального питания (N160, N240) ускоряет формирование одновидового травостоя. К пятому году пользования во всех травосмесях ее содержание увеличивается, а в тройной смеси достигает 100 %.
Тимофеевку луговую нельзя назвать агрессивным видом, однако она устойчиво противостоит угнетению как со стороны ежи сборной, так и со стороны овсяницы луговой. Она явно уступает овсянице луговой на неудобряемых делянках, в то же время на средних и высоких фонах минеральных удобрений дает устойчивые урожаи. Также успешно она сохраняет и увеличивает свое участие в смеси с ежой сборной. В тройной смеси на 2-й, 3-й годы пользования она отходит на второй план в сравнении с ежой сборной и овсяницей луговой. И только выпадение ежи позволяет ей восстановиться в травостое.
К третьему году пользования участие ежи сборной достигает 80–85 %, к четвертому снижается, к пятому опять возрастает. Овсяница луговая конкурентно устойчива во всех смесях без удобрений. Однако в двухкомпонентных смесях ее участие выше в этом варианте, чем в трехкомпонентной.
В среднем за пять лет при внесении удобрений во всех травосмесях доминирует ежа сборная (табл. 1). При максимальной дозе NPK в смеси с тимофеевкой луговой ее конкурентоспособность снижается и доля тимофеевки достигает 63,5 %. В двойную овсянице-тимофеечную смесь по мере повышения уровня удобрений внедряется ежа сборная; овсяница и тимофеевка становятся сопутствующими видами за исключением контрольного варианта.
Ботанический состав злаковых травосмесей, % по массе, в среднем за 5 лет
Высокая конкурентная способность ежи сборной определяется тем, что она нитрофил, а поэтому при хорошем минеральном питании отличается высокой побегообразующей способностью. Выживаемость и продуктивность ее определяются уровнем азотного питания и не зависят от внутривидовых и межвидовых отношений. Овсяница луговая быстроразвивающаяся культура, но недолговечна. Тимофеевка луговая только сопутствующий вид.
В эксперименте количество ежи сборной в течение сезона от укоса к укосу возрастает. Так, в смеси с тимофеевкой луговой при удобрении N80P30K40 в первый год пользования в первом укосе ее было 0,9 % по массе, а в третьем 72,2 %. У овсяницы луговой также есть это качество: наблюдается усиление побегообразования от укоса к укосу, только оно выражено в меньшей степени, чем у ежи сборной. Для тимофеевки луговой – злака ярового типа развития, характерен усиленный рост с весны. И в смеси с овсяницей и с ежой в первом укосе тимофеевки, как правило, больше по массе, чем сопутствующих видов. Эта тенденция сохраняется на продолжении всех лет пользования, особенно при невысоком (N80) и среднем (N160) уровне минерального питания.
Проведенный корреляционно-регрессионный анализ участия злаковых трав в травосмесях подтверждает тот факт, что в вариантах без удобрений корреляционная связь между участием в смесях для ежово-овсяницевой травосмеси отсутствует (г = – 0,051), ежово-овсянице-тимофеечной чаще отсутствует (г = – 0,201–0,040), для ежово-тимофеечной характерна обратная средняя (г = – 0,548) и овсянице-тимофеечной обратная слабая (г = – 0,290). Выявлена тесная положительная корреляционная зависимость (г = 0,622) в тройной смеси при удобрении N240P90K120 для процентного участия овсяницы луговой (х2) и тимофеевки луговой (х3), остальные все зависимости или сопряженности отрицательные:
х3 = 77,548 + 0,728х2, г = 0,622; х2 = 12,602 + 0,532х3, г = 0,622.
Средний и повышенный уровни минерального питания увеличивают тесноту связи между участием видов, в меньшей степени это выражено для тройной смеси. Однако в овсянице-тимофеечной смеси при повышенном уровне питания связь умеренная (г = – 0,396). Для участия ежи сборной (xt) и тимофеевки луговой (х3) в двойной травосмеси установлена функциональная зависимость при N160P60K80:
х3 = 83,982 – 0,899x1, г = – 0,984; х1 = 101,172 – 1,078х3, г = – 0,984.
х3 = 101,172 – 0,981хь г = – 0,997; х1 = 98,194 – 1,О13хз, г = – 0,997.
Связь между видами и уровнем удобрения изменяется по фазам развития (табл. 2). В среднем за четыре года в фазу начала трубкования установлена умеренная отрицательная связь между весенними дозами азотных удобрений и участием в травостое ежи сборной и овсяницы луговой. Для тимофеевки луговой и доз N коэффициент корреляции составил 0,62. В фазы начала выметывания и начала цветения установлена тесная связь изменений доз аммиачной селитры и количества ежи сборной (коэффициент корреляции больше 0,70). Для овсяницы луговой при той же тесноте связи тенденция обратная.
Коэффициенты корреляции данных злакового травостоя в фазе начала цветения
Примечание: у – урожай сухой массы, ц с 1 га; X1 – доза N кг/га д. в.; х2 – сырой протеин, %; х3 – сырая клетчатка, %; Х4 – сырой жир, %; Х5 – каротин, мг в кг; х6 – сырая зола, %; х7 – кальций, %; х8 – фосфор, %; х9 – калий, %; х10 – % по массе ежи сборной; х11 – % овсяницы луговой; х12 – % тимофеевки луговой; х13 – % дикорастущих злаков.
Взаимосвязь содержания злаковых трав по фазам вегетации сравнима. В большей степени в позднюю фазу развития ежа сборная угнетает овсяницу луговую, чем тимофеевку луговую.
По всем фазам вегетации положительна сопряженность изменений урожайности и участия ежи сборной. Самый высокий коэффициент корреляции (г = 0,93) отмечен в фазу начала выметывания. В эту фазу коэффициент максимальный для содержания вида и урожайности. Изменения процента тимофеевки луговой и урожайности менее тесно связаны, чем у других злаков.
Взаимоотношения между злаковыми травами отражаются на возможности формирования листовой поверхности. Наблюдения проводили во второй половине лета на среднем уровне минеральных удобрений. К концу пятого года жизни площадь листьев сеяных видов уменьшилась в сравнении с 1-м, 2-м годами пользования в тройной смеси и в овсянице-тимофеечной.
Конкурентные отношения в ценозе между видами в большей степени определяются особенностями корневой системы. Масса корней к концу 4-го года опыта в удобряемых вариантах была выше, чем без удобрений во всех травосмесях. Отмечена тенденция уменьшения количества корней при самой высокой норме удобрений. При высоком уровне питания растениям нет необходимости развивать мощную корневую систему. Самая низкая масса корней по всем вариантам удобрений отмечена в тройной смеси, так как взаимная конкуренция сдерживала развитие подземных частей растений. Судя по количеству углеводов, которое накопилось в корнях, лучше всего будет обеспечена перезимовка овсянице-тимофеечной смеси, а хуже всего ежово-овсяницевой при N0Р30К40, где содержалось сахара только 4,9 %. Внесение удобрений снижает, за редким исключением, содержание сахара в массе корней. Однако в тройной смеси количество сахара составляет 9,6 % при N240 и соответствующем РК; в ежово-овсяницевой травосмеси при среднем уровне минерального питания легкорастворимых углеводов содержалось – 9,7 %. Сорт Сахаровская овсяницы луговой характеризуется повышенной сахаристостью в сравнении с другими сортами. Увеличение длительности пользования лугом изменяет зависимость между дозами NРК и массой корней.
Урожай злаковых травосмесей определяется уровнем минерального питания, погодными условиями и динамикой ботанического состава. В первый год пользования в варианте без удобрений имела преимущество в урожайности тройная смесь в сравнении с двухкомпонентными. Ежово-тимофеечная и овсянице-тимофеечная травосмеси давали больше растительной продукции особенно при повышенной дозе минеральных удобрений. Во всех траво-смесях была достоверная прибавка в урожае при повышении доз минеральных удобрений. На второй год нет достоверной прибавки урожая в ежово-овсяницевой смеси при повышении дозы с N80 до N160. Овсянице-тимофеечная травосмесь не имеет преимуществ перед тройной. На третий год опыта больше всего продукции получено в ежово-овсяницевой смеси – 16,7 т с 1 га сухой массы; при средних дозах минеральных удобрений (N160 и соответствующим РК) урожай по травосмесям не различается. В 4-й год исследований при повышенных дозах удобрений (N240) имела преимущество опять ежово-овсяницевая смесь, при дозе N80 она уступала ежово-тимофеечной травосмеси. В последний год опыта устойчиво продуктивна при низком и высоком уровне минерального питания тройная смесь; при среднем – овсянице-тимофеечная. По годам пользования не выявлено такой травосмеси, которая давала бы устойчивые урожаи при всех уровнях минерального питания.
В среднем за 5 лет пользования преимущество определенной травосмеси проявилось в зависимости от уровня минерального питания. При удобрении N0Р30К40 ежово-тимофеечная травосмесь более урожайна, чем тройная, при N60Р60К80 наибольшая урожайность в овсянице-тимофеечной травосмеси, при N40Р90К120 в ежово-овсяницевой и тройной смесях. Сама по себе урожайность сухой массы не в достаточной мере определяет эффективность минерального удобрения. Большее значение имеет показатель окупаемости: окупаемость 1 кг РК, окупаемость 1 кг N. Самая высокая эффективность минеральных удобрений в овсянице-тимофеечной смеси. Особенно четко это выражено при удобрении N0Р30К40, где на 1 кг N получено 47,6 кг прибавки урожая. Тройная смесь не имела явных преимуществ ни при каком уровне минерального питания.
Продолжительное многоукосное использование травостоев приводит к отрицательным последствиям. В этом случае необходимо перезалужение или подсев трав. В нашем исследовании опытный участок из травостев трех видов, с доминированием ежи сборной, овсяницы красной и почти равноценным участием ежи сборной, мятлика лугового и овсяницы луговой продисковали и подсеяли клевер луговой.
На следующий год после подсева травостои удобряли Р60К80 с весны и скашивали два раза. Доля участия клевера лугового за год была больше 50 % (табл. 3). В среднем за два года при Р60К80 в первом укосе его было больше на делянках, где в предыдущие годы доминировала ежа сборная. Во втором укосе в варианте с овсяницей красной она интенсивно развивалась и заглушала клевер луговой, где его было 46,8 %.
Влияние предшественников, срока пользования многолетними травами и фона питания на нарастание сырой массы сорняков в их посевах, г/м2, в среднем за 6 лет
Читайте также: