WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Влияние пирогенного фактора на особенности структуры и продуктивности луговых сообществ юго-западного забайкалья

На правах рукописи

Молчанов Виктор Иванович

ВЛИЯНИЕ ПИРОГЕННОГО ФАКТОРА НА ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И ПРОДУКТИВНОСТИ ЛУГОВЫХ СООБЩЕСТВ

ЮГО-ЗАПАДНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ




03.02.08 – экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Улан-Удэ 2012

Работа выполнена на кафедре растениеводства и луговодства в ФГБОУ ВПО «Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В.Р. Филиппова»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:


Ведущая организация:

Защита состоится «20» февраля 2012 г. в 14.00 ч. на заседании

Диссертационного совета Д 212.022.03. при Бурятском государственном университете по адресу: 670000 г. Улан - Удэ, ул. Смолина, 24а, конференц-зал.

Факс (301-2) 21-05-88. E-mail: d21202203@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Бурятского Государственного Университета и на сайте d21202203@mail.ru

Автореферат разослан «__» января 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук, доцент Н.А. Шорноева


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Стихийные пожары и преднамеренные сельскохозяйственные палы в открытых ландшафтов в условиях Южной Сибири – обычное явление. Однако их влияние на травянистую растительность лугово-степных сообществ изучено недостаточно. Известно, например, что выжигание способствует ранней вегетации растений по сравнению с невыженными угодьями (Ларин, Матвеев, Сырокомская, 1956; Дымина, 1965; Падеревская, 1971 и др.).

На участках лугово-степных ценозов, на нескошенных и не подвергшихся сельскохозяйственному палу, прошлогодние побеги (стрика, ветошь, опад) нередко составляют свыше 30 % от общей урожайности. Это препятствует весеннему возобновлению побегов и обуславливает их медленный рост. Кроме этого, стрика мешает животным использовать их с достаточной полнотой.

Сельскохозяйственные палы нередко являются причиной возникновения лесных пожаров, и с этим был связан запрет на выжигание сухой травы на прилегающих к лесным массивам угодьях. Исследования, обосновывающие возможность использования контролируемого выжигания опада и ветоши на безлесных участках с целью профилактики весенних лесных пожаров проведено недостаточно. Имеются лишь некоторые данные исследований Ю.А. Кузнецова (2001), проведенные на территории Бурятии в бассейне рек Тугнуй и Сухара.

Огневое воздействие на рост и развитие травяных ценозов, на устойчивость отношений, сложившихся между растениями, а также их взаимовлияние условиями среды зависит от сочетания ряда факторов. Основными факторами, определяющими эффект выжигания, является время его проведения и условия увлажнения почвы после огневого уничтожения сухого травянистого слоя. Поэтому продуктивность природных кормовых угодий региона, их качество, а также приемы использования и сроки выжигания опада и ветоши в условиях Западного Забайкалья, юга Бурятии представляет не только практический, но и научный интерес.

Цель работы выявление особенностей экологического воздействия пирогенного фактора на структуру и продуктивность лугово-степных сообществ юго-западного Забайкалья.

Задачи исследований. 1. Установить изменения структуры луговых и степных ценозов в результате воздействия сельскохозяйственных палов.

2. Определить влияние сроков выжиганий старики и опада на видовой и биохимический состав, а также продуктивность травостоев.

3. Выявить особенности формирования подземной массы в луговых сообществах при внесении азотных удобрений после влияния весенних палов.

4. Дать экологическое обоснование влияния пирогенного фактора на растительность лугово-степных сообществ.

Защищаемые положения. 1. Весенние палы, вызывая некоторые изменения в экологических условиях поверхностного слоя почвы, способствуют, изменению видового и биохимического составов растений и повышают продуктивность лугово-степных сообществ.

2. Пирогенный фактор, в сочетании с внесением азотных удобрений, изменяет соотношение надземной и подземной массы, усиливают выход валовой биопродукции травяных экосистем и способствует минерализации почвы.

Научная новизна. В условиях юго-западного Забайкалья установлено, что воздействие ранневесенних выжиганий сухой травы, прежде всего, отражается на биоморфологических особенностях видов. Выявлено, что степень их воздействия в наибольшей степени зависит от начала вегетации растений, типа строения корневой системы, экологических условий среды, а также глубины залегания почек возобновления и их защищенности. Установлены различные реакции видов растений к условиям среды, изменившимся в результате устранения с поверхности почвы сухого опада и ветоши. Это в значительной степени зависит от жизненных форм растений. Установлена более выраженная устойчивость длиннокорневищных злаков (Elytrigia repens, Hordeum brevisubulatum, Bromopsis inermis) и сравнительно слабая защищенность дерновинных и короткокорневищных (Agropyron cristatum, Medicago falcata) травянистых многолетников к воздействию палов.

Практическая значимость. Установлено, что ранневесеннее выжигание ветоши, вследствие низкой интенсивности горения и при сохранении влажности поверхностных горизонтов, устраняет опасность уничтожения гумусового слоя почвы. Все это создает благоприятные условия для прорастания семян и дальнейшего их развития в степных и луговых ценозах за счет удаления опада сухих травянистых остатков, что увеличивает число всходов.

Исследования проводились в соответствии с государственными научно-техническими программами и заданиями в рамках выполнения тематического плана ФГБОУ ВПО «Бурятская ГСХА им. В. Р. Филиппова» в 2006-2010 гг. Основные результаты исследований прошли производственную проверку и внедрены в лесхозе «Иволгинский» филиал ГУ РБ и хозяйствах различных форм собственности Иволгинского, Селенгинского районов Республики Бурятия.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции «Адаптивные ресурсосберегающие технологии возделывания сельскохозяйственных культур в Сибири» (Улан-Удэ, 2009); на международной научно-практической конференции «Образование, наука, практика: экологические аспекты» (Улан-Удэ, 2010); всероссийской с международным участием конференции «Оптимизация агрохимических свойств почв и продукционных процессов в горно-степных экосистемах» (Улан-Удэ, 2010); на ежегодных научно-практических конференциях сотрудников агрономического факультета ФГБОУ ВПО «БГСХА им. В. Р. Филиппова» (2007-2011), а также на заседаниях кафедры лесоводства и лесоустройства ФГБОУ ВПО «БГСХА им. В. Р. Филиппова».

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 6 печатных работах, в том числе 2 статьи в рецензируемых изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 156 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 6 глав, выводов и предложения производству; содержит 46 таблиц, 1 приложение, 19 рисунков. Список литературы включает 193 источника, в том числе 7 иностранных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Влияние выжигания на растительность лугово-степных сообществ

(обзор литературы)

В главе приводится анализ литературных источников (Ларин, 1933, 1937, 1969; Конюшков, 1935; Иванов, 1950, 1952; Дымина, 1965; Падеревская, 1971; Работнов, 1978, 1983; Неустроева, 1980; Родин, 1981; Полозова, 1986; Кузнецов, 2001; Бутуханов, 2005 и др.), рассматривающих вопросы влияния пирогенного фактора на растительные сообщества, при применении которого нарушается естественный ритм разложения растительных остатков, происходит вмешательство в сложившиеся фитоценотические связи и изменяются условия существования ценоза.

Глава 2. Природные условия района исследований

Западное Забайкалье расположено в глубине Азиатского субконтинента, в бассейне озера Байкал. Климат региона резко-континентальный.

Метеорологические условия вегетационных периодов 2006-2010 гг. в целом характерны для климата юга Западного Забайкалья и представлены в таблице 1. Распределение осадков и температурный режим по годам исследований несколько отличается от среднемноголетних данных. Среднегодовая температура воздуха составляет от -0,5 до -8,7°С (средняя температура января – -23 и -260 С; июля – 19-20°С). Среднегодовая сумма осадков составляет от 126 до 242 мм.

Таблица 1. Среднемесячные осадки и температура воздуха (оС) за вегетационный период в годы проведения исследований

Год Осадки, мм Сумма и средняя температура за вегетационный период
Май Июнь Июль Август Сентябрь
Среднемноголетние данные 12,0/8,4 32,0/15,5 65,0/18,9 59,0/15,6 27,0/8,3 195,0/13,3
2006 15,0/8,1 83,3/16,7 63,3/20,1 49,1/15,7 31,7/9,6 242,4/14,0
2007 29,7/11,7 42,4/16,3 25,4/21,6 18,3/18,2 35,5/12,0 151,3/15,9
2008 8,6/8,6 92,2/18,7 85,5/20,3 27.2/15,7 9,8/9,9 223,3/14,6
2009 7,9/11,0 64,3/16,2 26,0/19,3 53,9/16,5 14,5/8,1 166,6/14,2
2010 3,7/10,4 20,6/19,7 56,9/21,0 26,7/15,9 17,7/9,7 125,6/15,3

Примечание: Показатели в числителе – среднемесячные осадки, в знаменателе – среднемесячную температуру воздуха

Глава 3. Объект и методы исследований

Исследования влияния пирогенного фактора проводили в производственных условиях на 6 опытных участках в пределах 6 растительных сообществ, характерных для Западного Забайкалья.

Видовой состав сообществ растительности разнообразен, изменяется в зависимости от водного и пищевого режима и представлен в таблице 2.

Таблица 2. Видовой состав растительных сообществ опытных участков

Виды растений Растительные сообщества
Ковыльно-житняковая Полынно-леймусовая Разнотравно-мятликовое Полыннохолодно-типчаковое Ковыльно-леймусовое Стопоосоково-пырейное
1 2 3 4 5 6 7
Житняк гребенчатый Agropyron cristatum (L.) Gaertn. 2 1 + 1 2 -
Пырей ползучий Elytrigia repens (L.) Nevski - 1 - 1 - -
Кострец безостый Bromopsis inermis - - 1 + - +
Ячмень короткоостый Hordeum brevisubulatum (Trin.) Link 1 + - 1 1 1
Полынь веничная Artemisia scoparia Waldst. et Kit. - + 1 - + -
Полынь холодная Artemisia frigida Willd - 1 + 1 2 1
Полынь широколистная Artemisia latifolia Ledeb.
Овсяница ленская Festuca lenensis Drobov 2 - - - - -
Овсяница даурская Festuca dahurica (St.-Yves) Krecz. et Bobrov - - - 3 1 -
Леймус китайский Leymus chinensis (Trin.) Tzvel. - 3 - - 3 -
Люцерна желтая Medicago falcata L. 1 - - 2 2 3
Клевер луговой Trifolium pratense L. - 1 - - - 1
Ковыль байкальский Stipa baicalensis Roshev. 1 - - 2 2 3
Ковыль Крылова Stipa krylovii Roshev. + 1 2
Змеевка растопыренная Cleistogenes sqarrosa (Trin.) Keng - 2 - 1 1 -
Лапчатка гусиная Potentilla anserina L. - 1 - + 1 -
Лапчатка бесстебельная Potentilla acaulis L. - + - - - 1
Лапчатка вильчатая Potentilla bifurca L. - - - + - -
Остролодочник остролистный Oxytropis oxyphylla (Pall.) DC. 1 1 - - - 1
Нителистник сибирский Filifolium sibiricum (L.)Kitam. - + - - 1 -
Астра альпийская Aster alpinus - - - - + -
Кохия простертая Kochia prostrata (L.) Schrad - + - - 1 -
Осока Коржинского Carex supina ssp. korshinskyi (Kom.) Hult. - 2 - - - 2

Продолжение таблицы 2

1 2 3 4 5 6 7
Осока стоповидная Carex pediformis C.A. Meyer - - - - - 1
Осока твёрдоватая Carex duriuscula C. A. Meyer - - - - - 1
Володушка козелецелистная Bupleurum scorzonerifolium Willd. - - - + - 1
Тонконог стройный Koeleria gracilis Pers. 1 - + - 1 -
Тонконог гребенчатый Koeleria cristata (L.) Pers. s. str. - 2 - - - -
Прострел Турчанинова Pulsatilla turczaninovii Krylov et Serg. + + + - + -
Скабиоза венечная Scabiosa comosa Fischer ex Roemer et Schultes - - - + - -
Мятлик луговой Poa pratensis subsp. pratensis - - 3 1 - -
Мятлик кистевидный Poa botryoides (Trin. ex Griseb.) Roshev. - 2 1 1 - -
Полевица Триниуса Agrostis trinii Turcz. - - 1 - - -
Полевица беловатая Agrostis albida Trin. - + 1 - + -
Подмаренник настоящий Galium verum L. 1 - - - 1 -
Тысячелистник азиатский Achillea asiatica Serg. - - 1 + - -
Тысячелистник обыкновенный Achillea millefolium L. 1 - + - + -
Девясил британский Inula britannica L. 1 - - - - -
Вероника седая Veronica incana L. + - - - + -

Примечание. Шкала обилия растений: 3 – обильно; 2 – рассеяно; 1 – редко; + – единично; - – не встречаются.


Таблица 3. Ценотическая характеристика опытных участков

№ участка Растительные сообщества Проективное покрытие, % Высота травостоя, см Мощность дернины, см
1 Ковыльно-житняковое 60-70 70-80 15-20
2 Полынно-леймусовое 70-80 80-100 20-30
3 Разнотравно-мятликовое 60-70 60-80 15-20
4 Полыннохолодно-типчаковое 60-70 50-70 10-15
5 Ковыльно-леймусовое 60-70 60-90 20-30
6 Стопоосоково-пырейное 70-80 70-90 20-30

Обилие основных видов трав и экологическая оценка растительности участков ко времени начала опыта, определяли при помощи шкалы Д. Г. Раменского и др. (1956).Урожайность учитывалась методом дробного учета на площадках S=1,0 м2 в 3-5 кратной повторностях. Трава скашивалась вручную на высоте 3-4 см от поверхности почвы и взвешивалась сразу после скашивания, при этом брали пробу массой 1 кг на сушку.

Биохимический анализ сухого вещества травянистой растительности проводили по общепринятым методикам. Экспериментальные данные подвергнуты математической обработке согласно общепринятым методикам (Доспехов, 1985; Основы…,1996). Биохимические анализы выполнены в агрохимической лаборатории станции «Иволгинская» и на кафедре растениеводства и луговодства ФГБОУ ВПО «БГСХА им. В. Р. Филиппова».


Глава 4. Влияние пирогенного фактора на травостои лугово-степных сообществ

Прямое воздействие огня на вегетирующую травянистую растительность отрицательно влияет на их рост и развитие. Приспособленность злаков к пирогенному фактору нивелирует негативные последствия при поздневесенних выжиганиях. Ранневесеннее выжигание до начала вегетации трав позволяет избежать прямого контакта высоких температур с особями растений. Однако и в этом случае возможно влияние пирогенного фактора на травостой, которое проявляется опосредованно через изменения условий местообитания.

4. 2. Прямое воздействие огня на травянистую растительность. Данные получены по трем вариантам опыта – выжигание сухих остатков трав проводили в марте, апреле и мае. Приуроченность огневых очисток и время схода постоянного снежного покрова на опытных участках указана в таблице 4.

Таблица 4. Даты схода постоянного снежного покрова на опытных участках по годам

(2006-2008 гг.)

Опытный участок Год
2006 2007 2008
Ковыльно-житняковое 24.03 29.03 25.03
Полынно-леймусовое 24.03 28.03 29.03
Разнотравно-мятликовое 27.03 30.03 31.03
Полыннохолодно-типчаковое 27.03 31.03 29.03

Ковыльно-леймусовое 25.03 03.04 04.04

Стопоосоково-пырейное 30.03 07.04 09.04

Даты проведения выжиганий на опытных площадках по вариантам указаны в таблице 5.

Таблица 5. Продолжительность бесснежного периода и дата проведения выжигания опытных участков (2006-2008 гг.)

Опытный участок Продолжительность бесснежного периода (дни) Дата проведения выжиганий (число, месяц)
2006 г. 2007 г. 2008 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г.
1 2 3 4 5 6 7
Ковыльно-житняковое 5 3 7 28.03 31.03 01.04
30 30 27 28.04 29.04 29.04
60 60 57 23.05 26.05 27.05
Полынно-леймусовое 5 3 7 29.03 30.03 04.04
30 30 27 26.04 29.04 24.04
60 60 57 26.05 29.05 21.05
Разнотравно-мятликовое 4 7 5 30.03 05.04 04.04
30 30 30 24.04 28.04 29.04
60 63 60 25.05 31.05 28.05
Полыннохолодно-типчаковое 6 9 8 30.03 06.04 05.04
34 31 30 29.04 30.04 27.04
60 64 60 27.05 27.05 28.05

Продолжение таблицы 5

1 2 3 4 5 6 7
Ковыльно-леймусовое 4 7 8 28.03 09.04 11.04
30 30 30 26.04 02.05 03.05
60 60 60 27.05 28.05 29.05
Стопоосоково-пырейное 4 7 5 03.04 13.04 13.04
27 30 35 25.04 06.05 13.05
61 62 65 28.05 07.06 14.06

При весенних выжиганиях сухих травостоев безлесных участков происходит полное сгорание стрики и частично подстилки. Чем позднее была проведена огневая очистка участка, тем большая часть подстилки устраняется с поверхности почвы, но полного сгорания не наблюдалось. Удаление сухих травянистых остатков огневым способом в марте вызывает усиление ростовых процессов трав и показало превышение контрольных показателей надземной вегетирующей массы трав в 2,4-5,3 раза. При использовании огня в апреле это проявилось в несколько меньших размерах – в 1,2 и 4,6 раза. В августе, разница в запасах зеленой массы травостоев, выжженных в марте и не тронутых огнем, колебалась от 40 до 66 %. В апрельском варианте опыта она варьировала от 24 до 68 %.

Огневая очистка в конце мая ведет к снижению урожайности травостоя, т.к. в августе зарегистрировано значительное снижение запасов надземной массы вегетирующей травы, особенно на опытных участках 2 и 3. По отношению к контролю они составили соответственно 89 и 69 % (рис. 1).

Запасы вегетирующей массы в третьем году исследований опытных фитоценозов в августе составили по отношению к контролю соответственно по участкам в мартовском варианте опыта 160 %, 129 % и 155 %, в апрельском – 145 %, 102 % и 117 %, а в майском всего лишь – 95 %, 85 % и 83 %. (рис. 1).

Таким образом, степень влияния весенних выжиганий сухих травянистых остатков на травяное сообщество зависит от времени их проведения (продолжительности периода со дня схода снежного покрова до начала выжигания). Выжигания сухих остатков трав в марте-апреле (не позднее середины апреля) увеличивает запас надземной фитомассы трав в июле и августе до 60 %. Однако, более позднее выжигание особенно сильно отражается на участках 5 и 6 (ковыльно-леймусовый и стопоосокво-пырейный). Использование огня ранней весной позволяет удалить ветошную часть травостоя и сохранить часть травяной подстилки как источник накопления гумуса почвы.

Опытный участок 1 Опытный участок 2 Опытный участок 3

Ковыльно-житняковый Полынно-леймусовый Разнотравно-мятликовый

Рисунок 1. Влияние ежегодно повторяющихся выжиганий на рост травостоев (запас надземной массы вегетирующих трав в августе в % по отношению к контролю – без выжигания)

4.3. Влияние выжигания на рост растений в различных фитоценозах. Огневая очистка изменяет питательный и температурный режимы почв и вследствие этого могут в значительной степени влиять на ботанический состав травостоев, причем большинство авторов (Кузнецов, 2001; Бутуханов, 2010 и др.) отмечают увеличение участия в урожае ценных в кормовом отношении видов злаковых растений.

Ранневесеннее выжигание создает более благоприятные условия для роста злаков. Положительность данного эффекта усиливается при устранении с поверхности почвы значительной массы сухих остатков трав. Количество растений, начавших к этому времени вегетацию и испытавших прямое воздействие огня, было выше на участках с ковыльно-житняковым и разнотравно-мятликовым растительными сообществами. Однако мы наблюдали и противоположную ситуацию. Различия в интенсивности роста злаков, ввиду особенностей месторасположения узла кущения отдельных видов, по этим вариантам опыта (участки 1 и 3) характеризуются следующими данными: в августе запас вегетирующей массы в майском варианте опыта был ниже, чем в апрельском соответственно на 21 % и 20 %. На участке 6 разница достигла 33 %. Запас сухих травянистых остатков, сгоревших на этом участке в апреле, более чем в 2 раза превысил этот показатель опытных участков 1 и 3. Тем самым создались наиболее благоприятные условия для роста злаков (табл. 6).

В ходе исследований установлено более выраженная устойчивость длиннокорневищных злаков (Elytrigia repens, Hordeum brevisubulatum, Bromopsis inermis) и сравнительно слабая защищенность дерновинных и короткокорневищных (Agropyron cristatum, Medicago falcata) травянистых многолетников к воздействию палов. Это в основном связано с меньшей доступностью к температурному стрессу почек возобновления, расположенных на горизонтальных и удлиненных корневищах злаков в поверхностных слоях почвы.

Таблица 6. Влияние весеннего выжигания на рост растений в разных сообществах

Растительные сообщества Сроки выжиганий Запас надземной вегетирующей массы трав в абсолютно-сухом состоянии, г/м2
Злаки Осоки Разнотравье
опыт контроль опыт контроль опыт контроль
Ковыльно-житняковое Апрель 38 36 91 75 64 63
Май 30 36 32 75 55 54
Полынно-леймусовое Март 172 118 - - 92 67
Апрель 165 118 - - 64 67
Май 131 118 - - 33 67
Разнотравно-мятликовое Март 85 64 - - 149 127
Апрель 77 64 - - 115 127
Май 48 64 - - 110 127
Полыннохолодно-типчаковое Апрель - - 167 118 122 74
Май - - 98 118 94 74
Ковыльно-леймусовое Апрель 125 65 60 57 135 120
Май 121 65 30 57 86 120
Стопоосоково-пырейное Март 153 80 37 46 121 96
Апрель 130 80 20 46 70 96
Май 106 80 12 46 68 96

Реакция осоковых растений на весенние выжигания зависит от сочетания двух факторов: времени проведения огневой очистки и присутствия в составе травостоя представителей злаков, обладающих большей устойчивостью к огневому воздействию.

Запас надземной вегетирующей массы осок (Carex supina ssp. korshinskyi, Carex pediformis, Carex duriuscula), входящих в состав фитоценоза опытного участка 6 (стопоосоково-пырейная ассоциация), испытавшего огневое воздействие в апреле, превысил контрольный показатель на 42 %. Усиление интенсивности роста растений группы осоковых зарегистрировано в апрельском варианте опыта на участке 1.

Таким образом, весенние выжигания сухих остатков трав приводят к увеличению процентного содержания злаков в ценозах. Использование огня во второй половине весны угнетающе действует на возобновление роста и развитие осок. Огнеустойчивость злаков Agropyron cristatum, Elytrigia repens, Bromopsis inermis, Hordeum brevisubulatum, доминирующих в травостоях, в совокупности с ранневесенним сроком проведения выжиганий позволяет получить корма с высокими кормовыми качествами.

4.4. Влияние пирогенного фактора на биохимический состав растений разных систематических групп. Исследования, проведенные на участке 6 со стопоосоково-пырейным растительным сообществом показали, что наиболее качественное сено по биохимическому составу дают, после однократной огневой чистки бобовые травы (Medicago falcata, Oxytropis oxyphylla, Trifolium pratense). Эти растения начинают свое развитие позже, поэтому в момент скашивания они находятся на более ранней стадии развития и содержат больше азота и зольных элементов, чем злаковые и разнотравье (табл. 7).

Таблица 7. Биохимический состав сена из трав разных систематических групп в стопоосоково-пырейном сообществе после однократного огневого воздействия (среднее за 2007-2009 гг.)

Группа трав Содержание сырых веществ, %
протеин клетчатка жир БЭВ зола
Бобовые 10,73 44,35 2,63 36,39 5,96
Злаковые 9,56 46,34 2,38 35,76 5,90
Разнотравье 7,85 54,32 2,23 29,80 5,80

Изменения биохимического состава сена различных групп трав на 6 участке (стопоосоково-пырейное растительное сообщество) могут быть вызваны изменением их соотношения в группе. Это хорошо проявляется в группе разнотравья, так как в нее входят виды разных семейств, часто резко различающихся друг от друга по биохимическому составу.

Таблица 8. Биохимический состав бобовых растений в стопоосоково-пырейном сообществе при внесении азотных удобрений после однократного огневого воздействия (в % на сухое вещество)

Вещество Год Вариант опыта
контроль N40 N60 N90
Сырая зола 2006 5,0 5,0 5,5 5,3
2007 5,3 5,6 6,0 6,2
2008 5,1 5,0 5,2 5,5
2009 6,0 6,1 6,7 7,0
В среднем 5,35 5,43 5,85 6,0
Сырой протеин 2006 8,3 8,8 9,4 12,0
2007 9,0 9,5 9,3 11,7
2008 8,7 9,0 9,6 11,2
2009 9,2 9,6 10,4 11,3
В среднем 8,8 9,2 9,7 11,8
Сырой жир 2006 2,4 2,4 2,3 2,4
2007 2,4 2,4 2,2 2,3
2008 2,5 2,8 2,7 2,7
2009 2,7 3,0 3,2 3,0
В среднем 2,5 2,7 2,6 2,6
Сырая клетчатка 2006 49,5 48,4 47,4 43,0
2007 50,4 49,0 48,9 45,0
2008 48,7 47,8 45,6 43,7
2009 39,1 39,3 38,7 35,7
В среднем 46,9 46,1 45,15 41,9
Безазотистые экстрактивные вещества (БЭВ) 2006 34,8 35,4 35,4 37,3
2007 32,9 33,5 33,6 35,3
2008 35,0 35,4 33,9 37,0
2009 43,0 42,2 41,2 42,3
В среднем 36,4 36,6 3,68 38,0

Внесение азотных удобрений, с возрастанием дозы их внесения, повышает в бобовых содержание золы с 6,0 % до 7,0 %, что выше в 1,7 раза в сравнении с контролем (табл. 8).Удобрения, улучшая азотное питание растений, замедляют их старение, а также и тем, что уменьшается содержание углеводов, повышается содержание белка в растениях.

Действия азотных удобрений на биохимический состав сухого вещества злаковых и разнотравья такое же, как и на качество сена бобовых (табл. 9). Под влиянием этого фактора у злаковых растений содержание сырого протеина существенно отличается (с 8,5 до 11,1%), тогда как у группы разнотравья – от 8,4 до 9,3% (в 2009 г.).

Таблица 9. Биохимический состав злаковых растений и разнотравья в стопоосоково-пырейном сообществе при внесении азотных удобрений после однократного огневого воздействия

(в % на сухое вещество)

Вещество Год Вариант опыта
контроль N40 N60 N90
Сырая зола 2006 5,3/5,0 5,7/5,4 5,8/5,3 5,7/5,9
2007 5,8/5,2 6,1/5,6 6,3/5,8 6,1/6,0
2008 5,0/5,1 5,4/5,4 5,5/5,2 5,5/5,8
2009 6,3/6,0 6,5/6,4 6,7/6,6 6,5/6,9
В среднем 5,6/5,3 5,9/5,7 6,1/5,7 6,0/6,2
Сырой протеин 2006 7,6/6,5 10,0/7,0 10,6/7,0 11,0/6,7
2007 8,9/8,0 10,2/7,9 11,0/8,2 11,3/8,0
2008 8,4/7,6 9,7/7,8 10,2/7,6 10,5/7,9
2009 9,0/8,4 11,4/8,6 11,3/8,9 11,4/9,3
В среднем 8,5/7,6 10,3/7,8 10,8/7,9 11,1/11,9
Сырой жир 2006 2,0/1,5 2,2/1,9 2,5/2,0 2,4/2,1
2007 2,1/1,7 2,0/1, 9 2,2/2,3 2,3/2,0
2008 2,3/2,4 2,4/2,8 2,7/2,8 2,6/2,6
2009 2,5/2,3 2,6/2,7 3,1/3,0 3,3/2,8
В среднем 2,2/1,98 2,3/2,4 2,6/2,5 2,7/2,38
Сырая клетчатка 2006 44,4/61,2 47,8/57,2 49,1/56,7 47,9/57,1
2007 42,5/59,6 51,0/57,7 49,2/56,1 48,1/56,4
2008 50,5/55,9 44,5/52,0 46,6/52,6 46,3/49,7
2009 40,2/48,3 37,3/45,9 35,4/44,5 35,1/42,0
В среднем 44,4/56,3 45,2/53,2 45,1/52,5 44,4/51,3
Безазотистые экстрактивные вещества (БЭВ) 2006 30,7/25,8 34,3/28,5 32,0/29,0 33,2/28,2
2007 30,6/25,5 30,7/26,9 31,3/27,6 32,2/27,6
2008 33,8/29,0 38,0/32,0 35,0/31,8 34,9/34,0
2009 42,0/35,0 42,2/36,4 43,5/37,0 43,7/39,0
В среднем 34,3/28,8 36,3/31,0 35,5/31.4 36,0/32,2

Примечание: в числителе – показатели по злакам, в знаменателе – разнотравья.

Выявлено, что изменение биохимического состава сухого вещества различных групп трав могут быть также вызваны изменением их соотношения в группе. При проведении однократного выжигания в сочетании с внесением азотных удобрений происходит увеличение зольных элементов, сырого протеина, жира, клетчатки и безазотистых экстрактивных веществ злаков и разнотравья.

Исследования показали, что под действием азотных удобрений (N40), содержание сырого протеина в корме увеличивается в 1,14 раза, а увеличение нормы внесения до N90 также существенно способствовало повышению концентрации сырого протеина в сухом веществе на 1,37%. Влияние азотных удобрений на содержание сырого белка в корме, объясняется двумя причинами: во-первых, улучшением азотного питания растений, за счет чего повышается концентрация азотистых соединений во всех группах растений; во-вторых, уменьшением в травостое разнотравья, имеющего более низкое содержание сырого протеина, чем злаки и бобовые. В результате, при внесении (N40) в сене, при однократной огневой чистке, содержание сырого протеина в среднем за 5 лет составило 10,7 %, или 107 г в кг корма.

Таким образом, данные, полученные в результате 5-летнего исследования по изучению содержания биохимических веществ, подчеркивают, что внесение возрастающих доз азотных удобрений на природные луга в сочетании с огневым воздействием вызывает определенные изменения в соотношении питательных веществ в сухой массе травостоя. Увеличивается концентрация сырых протеинов, жира и БЭВ, уменьшается содержание сырой клетчатки.


Глава 5. Формирование подземной массы растений лугово-степных сообществ

при пирогенном факторе

5.1. Формирование структуры подземной массы растений лугово-степных сообществ в зависимости от пирогенного фактора. Эффективность воздействия огня на формирование подземной массы травянистой растительности природного луга зависит от потенциальной возможности отдельных видов в наращивании массы, прежде всего от их способности усвоения элементов питания.

Из общего количества растений изучались численность и выживаемость растений в травостое после первого огневого воздействия таких растений как Medicago falcata, Bromopsis inermis, Hordeum brevisubulatum (табл. 10).

Из данных таблицы 10 видно, что после первого огневого воздействия на опытном участке в первый же год установлено заметное выпадение некоторого количества растений, а выживаемость всех растений после первого, второго, третьего, четвертого и пятого годов огневой чистки составила соответственно 85,6; 70,5; 59,0; 53,8 и 25,4 %. Таким образом, к осени четвертого года огневого воздействия погибло растений (% от полных всходов): люцерны серповидной – 53,9 %, костреца безостого – 34,4 %, а ячменя короткоостого сохранилось всего лишь 3 %. Вероятно, лучшая сохранность особей длиннокорневищного ячменя и рыхлокустового костреца объясняется не только относительно более поздней их вегетацией, но и лучшей сохранностью более зауглубленных в поверхностные слои почвы почек возобновления этих злаков, по сравнению со стержнекорневым травянистым многолетником люцерной. Последний, кроме этого, значительно сильнее испытывает влияние огня в связи с ранней вегетацией – конец марта – апрель.

Таблица 10. Выживаемость растений в травостое стопоосоково-пырейного сообщества (опытный участок 6)

Год огневого воздействия Дата учета Medicago falcata (А) Bromopsis inermis (Б) Hordeum brevisubulatum (В)
расте-ний, шт % выживае-мости расте-ний, шт % выживае-мости растений, шт % выживае-мости
Первый (2006) 01.10 260 85,5 230 83,3 235 88.0
01.10 Всего растений, шт – 725; % выживаемость – 85,6
Второй (2007) 10.
05
240 79,0 132 47,8 225 81,5
20.05 208 66,8 130 47,1 185 73,2
24.06 203 66,8 130 47,1 180 68,4
10.07 203 66,8 130 47,1 165 65,6
01.10 203 66,8 179 64,8 164 65,6
01.10 Всего растений, шт – 597; % выживаемость – 70,5
Третий (2008) 10.05 190 62,5 155 64,8 155 58,0
20.05 165 54,2 150 56,1 185 50,6
25.06 165 54,2 149 54,4 118 44,2
10.07 152 50,0 139 54,0 108 33,2
01.10 152 50,0 139 50,3 93 32,8
01.10 Всего растений, шт – 500; % выживаемость – 59,0
Четвертый (2009) 10.05 148 48,5 225 81,5 83 31,1
20.05 142 46,7 202 73,2 36 13,5
25.06 140 46,1 189 68,4 21 7,9
10.07 140 46,1 181 65,6 10 3,7
01.10 140 46,1 181 65,6 8 3,0
01.10 Всего растений, шт – 456; %выживаемость – 53,8
Пятый (2010) 10.07 109 35,8 106 38,4 - -
01.10 Всего растений, шт – 215; % выживаемость – 25,4

Примечание. Типы корневых систем: А – стержнекорневищный многолетник; Б – корневищно-рыхлокустовой; В – длиннокорневищный.

Накопление подземных органов травостоя в контроле (без огневого воздействия) и под влиянием огневой чистки в стопоосоково-пырейном сообществе увеличивается с возрастом растительности, особенно в четвертом году жизни растений (рис. 2).

Рисунок 2. Динамика накопления подземной массы (ц/га) под влиянием огневой чистки в 2006-2009 гг.

В общую учитываемую подземную фитомассу входили живые и отмершие органы растений. При ненарушенном ритме развития подземная масса растений повышалась ежегодно на 39-56 %, а в условиях огневого воздействия – значительно, до 77,2% к четвертому году (табл.11, 12).

Таблица 11. Динамика накопления массы подземных органов травостоя стоповоосоково-пырейного сообщества при исключении и использовании огневого воздействия, ц/га воздушно-сухой массы (2006-2009 гг.)

Дата учета Годы жизни трав
второй третий четвертый
02.05 32,3/33,0 54,0/55,1 88,3/77,2
22.05 40,4 64,8 101,5
22.06 26,6 45,4 76, 3
10.07 40,0 60,0 90,0
05.06 51,9 77,1 117,1
10.09 59,4 83,8 125,0
15.10 61,9 96,0 127,0
НСР05 1,5 3,8 5,8

Примечание. В числителе показатели массы при исключении, а в знаменателе – после использования огневого воздействия.

Содержание же пластических веществ в подземных органах у систематически скашиваемых и нескашиваемых трав сравнительно быстро выравнивалось (через 23-25 дней после срезания растений – в начале августа).

В целом, ускоренное срезание побегов, летнее кущение и дальнейшее отрастание отавы у кустов растений замедляли рост корней, что в конечном результате уменьшало накопление подземной массы травостоя. Побеги отавы трав развивались от середины июля до конца осени, не выходя из фазы вегетации. Дальнейшее их произрастание приостанавливалось под влиянием неблагоприятных осенних погодных условий.

5.2.Биохимический состав подземной массы травостоя. Содержание сырого протеина ведет к его уменьшению по мере углубления корневой массы в нижележащий слой (20-50 см) почвенного профиля (табл. 12). Фосфор в корнях, извлеченных из почвенного слоя 0-10 см, содержится в количестве 0,25 %, из слоя 10-50 см – 0,40 %. Калий в подземной массе концентрируется в количестве 0,58-0,70 %, кальций – от 1,80 до 2,13 %, магний – от 0,30-0,35 %.

Таблица 12. Химический состав подземной фитомассы растений после огневого воздействия в стоповоосково-пырейном сообществе (в % на абсолютно сухое вещество)

Фитомасса в слоях почвы, см Вода Зола Сырой протеин Са Mg P K
0-10 6 22,3 8,38 1,80 0,30 0,25 0,58
10-20 6 25,8 10,3 1,35 0,36 0,40 0,62
20-50 6 29,0 8,15 2,13 0,31 0,40 0,70

Позитивность воздействия ранневесенних выжиганий на рост фитоценозов Юго-Западного Забайкалья, концентрация элементов в подземной фитомассе находятся в определенной зависимости от структуры корневых систем растений и обусловлены увеличением интенсивности прогрева поверхностного слоя почвы, которая обеспечивает более раннее начало вегетации травянистых растений, и незначительным и кратковременным понижением влажности почвы.

Таким образом, установлено, что при выжигании старики в накоплении органических веществ и минеральных элементов питания корнями растений прослеживается определенная связь между величиной их концентрации в почве, структурой, мощностью развития корневой системы и глубиной ее распространения в слоях почвы.


Глава 6. Экологическое обоснование влияния пирогенного фактора

на растения лугово-степных сообществ

Основные факторы, оказывающие влияние на процесс горения: скорость ветра, запас и влагосодержание горючих материалов, структурность их комплекса, крутизна склона, температура и относительная влажность воздуха (Ткаченко, 1952; Курбатский, 1964; Амосов, 1964; Жуковская, 1970; Конев, 1970, 1984; Шешуков, 1970, 1971; Курбатский, Иванова, 1979 и др.).

Совокупность основных факторов, влияющих на скорость продвижения фронта травяного пожара, в нашем эксперименте представлена во-первых, скоростью ветра и комплексным показателем горимости, во-вторых – высотой травостоев и запасом массы сухих трав. Кроме того, каждый из них в отдельности должен быть управляемым. Требование управляемости позволяет поддерживать выбранное значение фактора постоянным в течение всего опыта. Управляемость таких факторов, как высота и запас массы сухих травостоев, достигается подбором опытных участков.

Единственным фактором, область определения которого колеблется в значительных пределах, является скорость ветра. Зависимость скорости продвижения огня от скорости попутного ветра (по Софронову, 1967) выражается примерно параболой 2-го порядка. Однако параболический участок кончается при силе ветра в 1,5-2,0 м/с. При ветре, превышающим данный показатель, зависимость становится прямолинейной.

Определение факторов, влияющих на скорость распространения огня, с весьма невысокой точностью позволяет не принимать во внимание ошибку, связанную с игнорированием нелинейности изменения факторов при учете их взаимовлияния. В таблице 13 приведены уровни варьирования факторов и их кодированные значения. При выборе уровней факторов и интервалов варьирования мы учитывали необходимость существования реальных областей определения, которые включали в себя всевозможные изменения хода погоды и варьирование фитоценотических условий безлесных пространств Западного Забайкалья.

Таблица 13. Характеристика показателей и уровней варьирования факторов на степень распространения огня в травяных ценозах и их кодированные значения

Факторы Единица измерения Обозначе- ние факторов Область определения факторов в эксперименте Уровни варьирования
нижний основной верхний
Кодированные значения
-1 0 + 1
Скорость ветра м/с X1 -10/ 1100 2 6 10
Комплексный пока­затель горимости мб. град. Х2 0,15 600 850 1100
Высота сухих трав м ХЗ 0,50 0,15 0,325 0,50
Запас массы сухих трав кг/кв. м. Х4 0,1/03 0,1 0,2 0,3

Эффекты взаимодействия оказывают воздействие на скорость продвижения фронта пожара независимо от степени влияния самих факторов. Наибольшее значение из эффектов взаимодействия имеет сочетание скорости ветра и высоты сухих травостоев (коэффициент при Х1, X3 равен 6,13).

Зависимость скорости продвижения фронта пожара от ветрового режима максимальна. Далее по убывающей следует высота сухих травостоев. Наше априорное предположение о большей значимости погодных условий (комплексный показатель горимости) результатами эксперимента не подтвердилось. Коэффициент при комплексном показателе горимости (Х2) составил 4,32, тогда как при Х3 (высота сухих травостоев) – 7,16. Незначительное влияние оказывает четвертый фактор – запас биомассы сухих травостоев.

Область определения скорости ветра в нашем эксперименте ограничена следующими уровнями варьирования: нижний – 2, верхний – 10 м/с. Столь резкое снижение величины данного фактора при его независимом влиянии приводит к понижению скорости фронта пожара. Натуральная величина верхнего уровня высоты сухих травостоев составляет 0,5 м, а нижнего – 0,15м. Изменение данного фактора в сторону понижения при постоянном запасе надземной массы сухих трав приводит к увеличению их структурной плотности. При запасе 0,3 кг/кв. м и высоте сухих травостоев 0,5 м их плотность составит 0,6 кг/мЗ, тогда как при высоте 0,15 м она равна 2,0 кг/м3.

Таким образом, результаты проведенного огневого эксперимента позволяют сделать следующие выводы: основными факторами, определяющими скорость продвижения фронта пожара на безлесных площадях в весеннее время, являются скорость ветра и высота сухих травостоев; колебание значений запаса надземной массы сухой массы трав от 0,1 до 0,3 кг/м2 вносит незначительные изменения в скорость продвижения фронта пожара.



Выводы

  1. Весеннее выжигание сухого травостоя лугово-степных сообществ отражается на структуре ценозов, приводит к изменению видового состава, соотношение в них жизненных форм, а также на соотношение надземной и подземной массе травостоев.
  2. Весенние выжигания сухих остатков трав приводят к увеличению содержания злаков в ценозах, особенно длиннокорневищных (пырей ползучий, кострец безостый, леймус китайский и другие). В травяных экосистемах при использовании сельскохозяйственных палов необходимо учесть, что основными факторами распространения огня является скорость ветра и высота сухого травостоя. При этом менее значим такой показатель, как запас надземной фитомассы.
  3. Периодическая огневая чистка приводила к накоплению массы корней и корневищ в почве, особенно к четвертому году жизни, что способствует увеличению запасов гумуса почвы.
  4. При сочетании палов с внесением азотного удобрения увеличивается содержание сырых форм протеина, жира, БЭВ. Повышается содержание обменной энергии в сухом веществе, в итоге усиливается выход валовой биопродукции.
  5. Степень влияния весенних выжиганий сухих травянистых остатков на травостой зависит от времени их проведения (период со дня схода постоянного снежного покрова до начала выжиганий). Оптимальными сроками выжигания в условиях юго-западного Забайкалья являются март-середина апреля, позволяющие заметно увеличивать надземную фитомассу травостоя лугово-степных сообществ.


Рекомендации производству

1. Наиболее приемлемым сроком проведения выжигания безлесных участков является первая половина весны (март – оптимально до 15 апреля в зависимости от времени схода снега).

2. Ранневесеннее выжигание обеспечивает более раннее начало вегетации травянистых растений.

3. Внесение азотных удобрений до N90 в сочетании с сельскохозяйственным палом улучшает кормовое достоинство в сухом веществе травостоя.








Список работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи, опубликованные в рецензируемых изданиях:

1. Молчанов В. И., Имескенова Э. Г., Бутуханов А. Б. Влияние пирогенного фактора на особенности структуры и продуктивность лугово-степных сообществ юго-западного Забайкалья//Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В. Р. Филиппова. – Улан-Удэ, 2011. – Вып. 4 (25). – С. 82-89.

2. Молчанов В.И. Влияние пирогенного фактора на растительность природного сенокоса/ В.И.Молчанов, А.Б.Бутуханов, Э.Г.Имескенова//Вестник Иркутской государственной сельскохозяйственной академии (научно-теоретический журнал), 2011. – Вып.4 (17). – С.40-43.

В других изданиях:

3. Молчанов В.И. Влияние пирогенных факторов на рост и развитие луговых трав/В.И. Молчанов, А.Б. Бутуханов//Оптимизация агрохимических свойств почв и продукционных процессов в горно-степных экосистемах/Мат-лы всеросс. науч.-практ. конф. с межд. участием. – Улан-Удэ, 2010. – С. 144-149.

4. Бутуханов А.Б. Отгонные пастбища Бурятии/А. Б. Бутуханов, Э. Г. Имескенова, Т. Д. Намдакова, В.И. Молчанов//Экология, наука, практика; экологические аспкты/Мат-лы межд. науч.-практ. конф. с межд. участием – Улан-Удэ, 2010. – С. 35-41.

5. Молчанов В.И. Улучшение ботанического состава травостоев/В.И. Молчанов, Т.Д. Намдакова, Е.А. Батоева//Социально-экологические проблемы Байкальского региона/Мат-лы I межвуз. науч.-практ. конф. студ. и аспирантов. – Улан-Удэ, 2011. – С. 57-59.

6. Намдакова Т.Д. Сбор семян дикорастущих трав/Т.Д. Намдакова, В.И. Молчанов//Социально-экологические проблемы Байкальского региона/Мат-лы I межвуз. науч.-практ. конф. студ. и аспирантов. – Улан-Удэ, 2011. – С. 60-62.



 



<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.