Продукционные процессы лугов Оренбуржья

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 581.526 (470.56)

ПРОДУКЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ ЛУГОВ ОРЕНБУРЖЬЯ

Г.А. Белая- д-р биолог. наук, проф.

ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»

г. Москва, Россия

Рассматривается геоботаническая характеристика пойменных лугов р. Сакмары (уральский бассейн). Определена надземная фитомасса травостоев в разные по погодным условиям годы и фазы развития. Прослежена динамика отрастания отавы и выделены группы растений с разной степенью отавности.

пойменный луг отавность травостой

A geobotanical characteristic of flood-plain meadows of Sakmara river (The Urals Basin) is described. The grass phytomass of herbage in different weather conditions years and stages of development is defined. The dynamics of regrows of attermath is traced and the group of plants with varying degrees of after-crop capacity are isolated.

Сегодня в научном мире нет специалистов, не обеспокоенных будущим природных экосистем. Экологический подход стал научной основой рационального природопользования и охраны окружающий среды. Всеобщее признание экологической проблемы, достигшей глобального масштаба, началось в ходе реализации результатов исследований в плане Международной биологической программы (МБП) и программы «Человек и биосфера» (МАБ) [1, 2, 3]. Рациональное природопользование в своей основе базируется на такой стратегии управления экосистемами, при которой любые формы вмешательства органично вписываются в природные процессы. Для разработки теоретических основ оптимизации использования и охраны растительных ресурсов ведущим моментом эколого-географических исследований является познание структуры и закономерностей функционирования растительных сообществ и составляющих их видов.

В экологии центральное место отведено вопросам структурно-функциональной организации экосистем, и поэтому первоочередной задачей считается изучение продукционной деятельности растительности. Проблема общей продуктивности наземного растительного покрова представляет собой исключительный интерес. Улавливая в процессе фотосинтеза световую энергию и синтезируя из углекислого газа и воды органическое вещество, растения тем самым обеспечивают существование жизни на Земле. Дальнейшее преобразование органического вещества и заключенной в нем энергии является основной движущей силой большого круговорота химических элементов в биосфере. В этой связи вопросы общей продуктивности растительного покрова должны занимать значительное место среди основных проблем биологии. В настоящее время накоплены материалы по оценке органической продукции на континентах и в океане. Наиболее полно представлены сведения по наземным ресурсам растительности различных географических зон [4, 5]. Результаты изучения продуктивности разных сообществ были предметом обобщений в ряде фундаментальных работ [6…9]. Исследователей привлекают поиски возобновляемых растительных ресурсов, оценка потенциальных возможностей растений для их рациональной эксплуатации и охраны. В связи с этим не ослабевает интерес ученых и практиков к высокопроизводительным растительным сообществам, в частности к луговым. В некоторых работах рассматриваются флористические и фитоценотические особенности этих группировок [10…14]. Для рационального использования травостоев проведена оценка их продуктивности. В литературе имеются данные, отражающие зависимость скорости продукционного процесса луговых травостоев от условий среды.

Изучение растительности Оренбургской области имеет достаточно длительную историю. В 1962-1972 гг. проведены обстоятельные маршрутные полевые работы поймы Урала на всем ее протяжении по Международной биологической программе [15]. В монографии Е.А. Агелеуов дает подробное описание всех типов пойменных лугов, приводит данные о продуктивности различных растительных группировок и предлагает пути улучшения и рационального использования лугов с целью изыскания резервов для нужд народного хозяйства.

Настоящая работа выполнена в 2000-2002 гг. в центральной части Оренбургской области в долине р. Сакмары (бассейн р. Урал). Климат района работ характеризуется континентальностью. Абсолютный максимум температур (данные метеостанции Оренбург) достигал в июле - августе 400С, абсолютный минимум в январе - минус 430С. Самый жаркий месяц - июль (20,6..21,50С), самый холодный январь - минус 150С. Среднегодовая температура составляет + 3,90С. Сумма активных температур выше 100С (при которой происходит активная вегетация луговых трав) колеблется в пределах 2300-28000С. Безморозный период 147 дней. Осадки на территории района в течение года распределяются не равномерно. Общее количество осадков за год составляет 337 мм, из них 228 мм приходиться на теплый период (апрель-октябрь). Весной выпадает до 78мм осадков, летом до 144. Характерной чертой климата района исследований является его засушливость. Осадков почти не бывает в критические для растений месяцы, когда они более всего нуждаются во влаге (рис. 1).

Дефицит влаги в теплый период зависит не только от малого количества осадков и низкой относительной влажности воздуха (среднегодовая - 69 %), но и от характера осадков, их быстрого стока. Летние осадки, как правило, имеют ливневый характер. Нередко в течение одного дня выпадает 30…50% всей нормы вегетационного периода. Выпавшие осадки не успевают впитаться в почву, этому способствует расчлененный рельеф большей части территории и высокие температуры воздуха. Климатические показатели в районе работ изменяются в течение суток, сезона вегетации и в разные годы (рис.2, 3, 4).

Рис.1. Климадиаграмма района работ

Рис.2. Температура воздуха и осадки (2000 г.)

Рис.3. Температура воздуха и осадки (2001 г.)

Рис.4. Температура воздуха и осадки (2002 г.)

Снеговой покров устанавливается 1…3 декабря. Сход снежного покрова наблюдается 4…12 апреля. Таким образом, продолжительность залегания снежного покрова составляет 125…135 дней. Высота снежного покрова зимой колеблется 6…30 см. Глубина промерзания почвы 36…114 см. Наибольшее число дней с сильным ветром отмечается в марте - мае, с пыльными бурями - в июне - июле.

При анализе закономерностей пространственно - временных изменений структуры и функционирования природных экосистем необходима количественная оценка продукционных процессов. Для определения интенсивности и сбалансированности биологического круговорота экосистем требуется учет их первичной продукции.

Исследования проводили на территории Сакмарского лесхоза на центральной пойме различных уровней р. Сакмара (бассейн реки Урал), где были выбраны по 3 травяных сообщества (участки 1, 2, 3) и в окрестностях поселка Татарская Каргала (участки 4, 5, 6).

Участок 1, расположен на пойме низкого уровня и представлен разнотравной ассоциацией. Почва дерново-луговая слоистая. Высота травостоя в период максимального развития 150 см, отдельные растения достигали высоты 180 см. Общее проективное покрытие составляет 90…95 %. Сообщество, по состоянию на начало августа, характеризовалось темно-зеленым аспектом травостоя с сиреневым оттенком от соцветий василька лугового, серпухи венценосной, зопника клубненосного, вероники австрийской, шалфея поникающего, с разнообразными пятнами соцветий белого цвета таволги обыкновенной, тысячелистника хрящеватого.

I ярус (высота 170…141 см) включает: sol. - щавель конский, пустырник татарский, кровохлебка лекарственная; sp. - дербенник прутовидный, серпуха венценосная, тысячелистник хрящеватый, василек луговой, солонечник узколистый; un. - спаржа лекарственная. II ярус (высота 140…81 см) представлен видами: sol. - вероника австрийская, подмаренник настоящий, мятлик болотный, колокольчик сибирский, лук круглый; sp. - зопник клубненосный; un. - синеголовник плосколистый. III ярус (высота 80… 40 см); sol. - чина клубненосная, клевер гибридный, девясил британский, шалфей поникающий, сурепка обыкновенная, кирказон обыкновенный; sp. - хвощ полевой, таволга обыкновенная, подмаренник мареновидный. Всего 25 видов сосудистых растений, количество побегов 140 - 168 на 1м2.

Участок 2, расположен на пойме среднего уровня, представлен лабазниково - разнотравной ассоциацией. Почва аллювиально - илистая. Высота травостоя 90 см, отдельные растения до 120 см. Проективное покрытие составляет 50…60 %. Сообщество в период максимального развития характеризовалось ярко - зеленым аспектом с пепельно-желтым оттенком от соцветий василистника желтого, василистника малого, подмаренника настоящего, астрагала нутового с большими пятнами белого цвета соцветий таволги обыкновенной. Высота - 90 см, отдельные побеги до 120 см. Травостой редкий, по участку распределен неравномерно, проективное покрытие составляет 50… 60%. Травостой разделен на 3 яруса: I ярус (высота 120…91) представлен видами: sol. - спаржа лекарственная, полынь белая, кровохлебка лекарственная, синеголовник плосколистый; sp. - подмаренник обыкновенный, василистник желтый, василистник малый; un. - щавель конский. II ярус (90…61 см) включает: sol. - подорожник большой, вербейник обыкновенный, цикорий обыкновенный, шалфей поникающий, тысячелистник обыкновенный, молочай полумохнатый, вероника длиннолистная, вероника дубравная, чина клубненосная, клевер гибридный, горошек мышиный, солодка голая, синяк русский, костер безостый, мятлик болотный, пижма обыкновенная; sp. - таволга обыкновенная, зопник клубненосный. III ярус (60…20 см): sol. - дивала однолетняя, девясил шероховатый, астрагал нутовый, лук круглый; un. - одуванчик лекарственный. Всего 36 видов, 120…148 побегов на 1 м2.

Участок 3 расположен на пойме высокого уровня, представлен разнотравно - овсяницевой ассоциацией. Почва аллювиально-слоистая, дерново - луговая. Сообщество в период максимального развития травостоя характеризовалось бледно - зеленым аспектом с бордовым оттенком от стеблей овсяницы красной с разнообразными пятнами соцветий сиреневого цвета шалфея поникающего, лука круглого и лилового цвета синяка русского. Высота основной массы травостоя 90 см. Отдельные растения достигают высоты - 110 см. Травостой редкий, равномерно распределен по участку, общее проективное покрытие составляет 50…60 %. Доминантом сообщества является овсяница красная. В сообществе выделяются 3 яруса: I ярус (высота 110…91 см) представлен видами: sol. - синеголовик плосколистный, подорожник ланцетолистный; un. - щавель конский. II ярус (высота 90…51 см) включает: сор1 - овсяница красная; sp. - солодка голая; sol. - лук круглый, цикорий обыкновенный, одуванчик лекарственный, девясил шершавый, шалфей поникающий, чина клубненосная, клевер горный, подмаренник настоящий; III ярус (50…15 см): sol. - лапчатка белая; sp. - земляника обыкновенная, синяк русский. Всего 17 видов сосудистых растений, 84…106 побегов на м2.

Участок 4 - лисохвостник, наиболее близко располагается к р. Сакмара. Почва пойменная луговая темноцветная. Поверхность участка ровная. В травостое доминирует лисохвост луговой, который создает фон, высота 50…120 см. В сообществе наблюдается хорошее развитие разнотравья: тысячелистник обыкновенный, кровохлебка лекарственная, таволга вязолистная, молочай уральский, солодка Коржинского, пижма обыкновенная, вероника узколистная и др. Над основным травостоем возвышаются генеративные и вегетативные побеги полыни горькой, лопуха войлочного и овсяницы луговой (120… 200 см). Из других растений отмечены: полынь лечебная, бодяк щетинистый, овсяница луговая, чина луговая, мята полевая, мятлик луговой, шалфей поникающий, мышиный горошек, крапива двудомная и др. Проективное покрытие 80…90 %. Всего 31 вид растений. Лисохвостные луга, являясь среднепоемными ценозами, по сравнению с другими злаковыми лугами, очень быстро реагируют на резкое переменное увлажнение. Поэтому в беспаводковые и засушливые годы, вследствие сокращения числа побегов доминанта этих лугов - лисохвоста лугового - наблюдается массовое развитие разнотравья. В дождливые годы в травостоях преобладал лисохвост.

Участок 5 - разнотравно-злаковый, располагается на открытой поляне. Основу травостоя I яруса составляют овсяница луговая и тысячелистник обыкновенный (сор3), как примесь отмечена кровохлебка лекарственная. Во II ярусе: лисохвост луговой, девясил шершавый, мятлик луговой, вероника узколистная, мышиный горошек, полынь горькая, череда трехраздельная и др. В III ярусе встречаются: подорожник средний, льнянка русская, чина луговая и др. Доминирующими видами являются овсяница луговая, мятлик луговой, тысячелистник обыкновенный и вероника узколистная. Всего на участке произрастает 25 видов, проективное покрытие - 75 %.

Участок 6 - полынник, разнотравно-злаково-полынный, по сравнению с участками 4 и 5 наиболее удален от реки, располагается на открытой поляне. Доминирующим видом является полынь лечебная со значительным участием в травостое полыни обыкновенной, тысячелистника обыкновенного, мятлика лугового, овсяницы луговой. В I ярусе преобладают: полынь лечебная, овсяница луговая, а также выделяется лопух войлочный. II ярус представлен следующими растениями: мятлик луговой, девясил шершавый, молочай уральский, щавель конский и др. В III ярусе: клевер луговой, чистотел большой и др. Всего 22 вида, проективное покрытие 75%.

В течение вегетационного сезона изменяется продуктивность отдельных видов луговых растений и образованных ими травостоев, а также прирост урожая. Сезонное изменение продуктивности и прироста урожая зависит от биологических свойств растений и условий произрастания, характера использования луга. Различают следующие периоды сезонного роста луговых трав: начальный период медленного роста, период быстрого роста, период постепенного замедления роста, период преобладания отмирания над образованием новых органов [16]. Нам удалось проследить динамику надземной фитомассы в разные периоды вегетации, а также интенсивность продукционного процесса травостоев после неоднократных укосов (табл. 1).

Таблица 1 - Динамика сырой надземной фитомассы луговых сообществ (г/м І)

Таким образом, в разнотравной ассоциации в 2002 г. фитомасса изменяется от 800 г/м2 в начале исследований до 1110 г/м2 в конце. При оценке производительности травостоев возникает вопрос о пределах величин, характеризующих потенциальные возможности лугов при неблагоприятных эдафических условиях и при оптимальном увлажнении. Максимальное количество надземной фитомассы способны создавать разнотравные (1800 г/м2) и лисохвостовые травостои. Для анализа полученных нами результатов с данными аналогичных работ, проведенных в других регионах страны, необходимо иметь материалы о запасе надземной фитомассы в воздушно - сухом или абсолютно сухом состоянии. По нашим данным, самый большой запас сухой органической продукции имеют разнотравные (572 г/м2) и разнотравно-овсяницевые ценозы (табл. 2).

Таблица 2 - Предельные величины фитомассы травяных сообществ, г/м2 (2000-2002 гг.)

Сравним полученные результаты с материалами других авторов. Урожайность луговых степей Приобья составляет 350 г/м2, Курской области - 362 г/м2[17]. Урожай пойменных лугов среднего течения реки Оби составляет 683 - 838 г/м2 в прирусловой зоне, 543…724 г/м2 - в зоне высокого уровня поймы, 422…678 г/м2 - в зоне среднего уровня поймы [18]. Запас надземной фитомассы лисохвостовых лугов Урала - 358 г/м2 сухого вещества [15]. По нашим данным, в Приморском крае сухая надземная фитомасса узколистновейниковых пойменных лугов составляет 640 г/м2, суходольных вейниковых лугов - 410, осоковых пойменных - 662 [19]. На Приханкайской равнине (Приморье) этот показатель достигает - 1560, лисохвостовых - 292 [20].

Интенсивность продукционного процесса травостоев мы оценивали, проводя повторные укосы на пробных площадях через 15 и 30 дней после первого. Срезание прерывало рост и развитие всех растении, после чего начиналось отрастание отавы. Способность отрастать после скашивания представляет очень важное свойство луговых трав. С ним связана возможность повторного, в том числе многократного использования в течение вегетационного сезона луга. Отрастание происходит в результате продолжения роста срезанных побегов и образования новых. Отрастание луговых растений зависит от их биологических свойств, жизненного состояния особей, времени проведения скашивания или стравливания, высоты скашивания или стравливании, условий произрастания. Нам удалось проследить способность к отрастанию и динамику отавности луговых сообществ (табл. 3).

Таблица 3 - Отавность луговых сообществ (в % от первого укоса)

Высокими величинами первой отавы отличались разнотравно-злаково-полынные, разнотравно-злаковые и лисохвостовые травостои (отавность 63,0…48,5%) особенно во влажные годы (2002 г.), но и второе скашивание на этих лугах дало высокую фитомассу (отавность до 30 %). Несмотря на то, что качество сена второго укоса выше, чем первого, и его отава содержит в 1,5…2 раза больше протеина [21], на лугах подобного типа проводить повторные укосы нецелесообразно. У растений, использованных в ранние фазы вегетации, отава создается за счет интенсивного развития как скошенных побегов, так и вновь возникающих из почек; в то же время создаются более благоприятные условия для укоренения побегов. У растений, использованных в более поздние фазы вегетации, отчужденные ниже соцветия побеги почти не отрастают, а возникающие вновь из почек до осени не успевают развить достаточной массы. Поэтому больше отавы получается от растений, скошенных в ранние фазы вегетации. По отавности злаки и бобовые (основные кормовые растения) можно разделить на группы. К растениям со слабовыраженной отавностью относятся: пырей ползучий и пырей бескорневищный, канареечник канарский, житняки; с хорошо выраженной отавностью - мятлик луговой, райграсс, овсяница красная, полевица белая, люцерна, клевер белый; со средневыраженной отавностью - тимофеевка луговая, мятлик болотный, ковыль волосатик, клевер, эспарцет [22]. Полученные данные могут служить основой для выяснения степени влияния климатических условий на интенсивность продукционного процесса травостоев и прогнозирования урожайности луговых трав, а также более полного понимания производительности экосистем. Научный подход к использованию, улучшению и охране лугов позволит раскрыть их потенциальные возможности, обеспечить животноводство кормами, сохранить богатейший фонд естественных сенокосов и пастбищ, улучшить окружающую среду для жизни.

Библиографический список

1. Белая Г.А. Экология доминантов камчатского крупнотравья [Текст] / Г.А. Белая. - М.: Наука, 1978. - 124 с.

2. Базилевич Н.И. Особенности функционирования травяных экосистем: (Некоторые итоги работ МБП в СССР и в других странах) [Текст] / Н.И. Базилевич, А.А. Титлянова // Журн. общей биол. 1978. Т. 39. № 1. С.34-51.

3. Базилевич Н.И. Географические закономерности структуры и функционирования экосистем [Текст] / Н.И. Базилевич, О.С.Гребенщиков, А.А. Тишков. - М.: Наука, 1988. 296 с.

4. Гулидова В.Н. Кормовые угодья Советского Союза [Текст] / В.Н. Гулидова, Г.В. Бессарабов // Естественные кормовые ресурсы Советского Союза и перспективы их рационального использования. - М., 1975.-Т. 1. С. 9-42.

5. Номоконов Л.И. Кормовые ресурсы пойменных лугов Сибири [Текст] / Л.И. Номоконов // Естественные кормовые ресурсы Советского Союза и перспективы их рационального использования. - М., 1975. Т. 1. С. 86-95.

6. Алексеенко Л.Н. Водный режим луговых растений, в связи с условиями среды [Текст] / Л.Н. Алексеенко. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1976. 199 с.

7. Мордкович В.Г. Степные катены [Текст] / В.Г. Мордкович, Н.Н. Шатохина, А.А. Титлянова. - Новосибирск: Наука, 1985. 210 с.

8. Базилевич Н.И. Биологическая продуктивность экосистем Северной Евразии [Текст] / Н.И. Базилевич. - М.: Наука, 1993. 292 с.

9. Степанова К.Д. Биологическая продуктивность сообществ Дальнего Востока (приокеанические районы) [Текст] /К.Д. Степанова, Г.А. Белая, Н.Н. Качура и др. - М.: Наука, 1981. 228 с.

10. Морозов В.Л. Экология дальневосточного крупнотравья [Текст] / В.Л. Морозов, Г.А. Белая. - М.: Наука, 1988. 255 с.

11. Белая Г.А. Структура и функционирование высокопродуктивных травяных экосистем [Текст] /Г.А. Белая. - Владивосток: ДВО АН СССР. 1991. 272 с.

12. Морозов В.Л. Феномен природы - крупнотравье [Текст] /В.Л. Морозов. - М.: Наука, 1994. 228 с.

13. Белая Г.А. Природные высокопродуктивные травяные экосистемы России, их структура и функционирование [Текст] / Г.А Белая, В.Л. Морозов // Вестник Оренбургского госуниве рситета. 2000. № 1(4). С. 34-39.

14. Белая Г.А. Надземная фитомасса пойменных лугов реки Сакмара [Текст] / Г.А. Белая, В.Л. Морозов, Т.А Булатова // Проблемы геоэкологии южного Урала. - Оренбург: ИПК ГОУ ВПО ОГУ. 2003. С. 71-73.

15. Агелеуов Е.А. Пойменные луга реки Урал [Текст] / Е.А. Агелеуов. - Алма-Ата: Наука, 1982. 224 с.

16. Работнов Т.А. Луговедение [Текст] / Т.А. Работников. - М.: Изд-во МГУ, 1974. 383 с.

17. Титлянова А.А. Биологическая продуктивность травяных экосистем. Географические закономерности и биологические особенности [Текст] / А.А.Титлянова, Н.И. Базилевич, В.А. Снытко и др. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1988. 134 с.

18. Игошева Н.И. Состав, структура и производительность луговой растительности среднего течения реки Оби. [Текст] / Н.И. Игошева // Бот. журн. 2001. Т. 86. № 5. С. 111-123

19. Belaya G.A. Zonobiom VI in Fernen Osten der USSR [Текст] / G.A. Belaya, V.L. Morozov // Walter H., Breckle S. - W. Okologie der Erde: geobiosphare. Bd.4. Stuttgart: Gustav Fischer Verlag. - 1991. S. 326-339.

20. Белая Г.А. Луговая и болотная растительность Приханкайской равнины: экология и охрана [Текст] / Г.А. Белая // Проблемы сохранения водно-болотных угодий международного значения: озеро Ханка: труды научно-практической конференции. - Спасск-Дальний, 1995. С. 33-34.

21. Кияк Г.С. Луговодство [Текст] / Г.С. Кияк. - Киев: Высшая школа, 1986. 352 с.

22. Ларин И.В. Луговодство и пастбищное хозяйство [Текст] / И.В. Ларин. - Л.: Колос, 1969. 548 с.

Размещено на Allbest.ru