Продуктивность и видовой состав естественного лугово-лесного биоценоза

Реферат Дипломная работа на тему: Продуктивность и видовой состав естественного лугово-лесного биоценоза.

Работа содержит 72 страницы печатного текста, 1 схему, 6 приложений, 6 формул, 17 таблиц, 5 выводов, 2 предложения. Список использованной литературы — 29 источников.

Тема исследований посвящена установлению влияния азотных, фосфорных и калийных удобрений на флористический состав, структуру и продуктивность лугово-лесного биоценоза. Удобрения вносились в дозе 30 кг/га ранней весной в фазе весеннего отрастания трав в один прием.

В результате трехлетних исследований выявлено, что удобрения в дозе 30 кг/га дают прибавку урожайности 1,96 т/га

Содержание Введение

1. Литературный обзор

1.1 Понятие о биогеоценозе

1.2 Сравнительная характеристика агроценозов и биоценозов

1.3 Влияние удобрений на состав луговых фитоценозов

1.4 Влияние удобрений на условия произрастания растений и структуру фитоценоза

2. Природно-климатические условия

2.1 Климат зоны

2.2 Погодные условия за годы исследования

2.3 Общая характеристика чернозема выщелоченного

3. Методика исследований

3.1 Общие положения

3.2 Наблюдения и исследования

3.3 Методика определения урожайности

3.4 Определение высоты растений

3.5 Определение площади листьев

3.6 Учет урожайности

3.7 Методика определения азота, фосфора, калия в растительных образцах

4. Результаты исследований

4.1 Фенологические наблюдения

4.2 Замеры высоты и площади листовой поверхности

4.3 Описание видового состава

4.4 Подсчет урожайности

4.5 Определение выноса азота, фосфора, калия растениями

5. Экономическая эффективность естественных сенокосов

6. Безопасность жизнедеятельности

6.1 Охрана труда

6.1.1 Общие положения

6.1.2 Меры безопасности при работе с минеральными удобрениями

6.2 Охрана природы Выводы и предложения Список литературы Приложения

Введение

Дефицит кормовых угодий в зоне Южного Урала неуклонно возрастает.

Превращение малоурожайных естественных сенокосов и пастбищ в культурные высокоурожайные угодья является важным резервом укрепления кормовой базы животноводства. Площадь естественных кормовых угодий в области значительна и составляет свыше 1млн. 700тыс. га. Однако в общем, объеме производства доля кормов, получаемых с естественных кормовых угодий, не превышает 20−25%, что связано с их низкой урожайностью, обусловленной природными факторами и организационно-хозяйственными условиями.

К причинам низкой продуктивности сельскохозяйственных угодий следует отнести почвенно-климатические факторы и несоблюдение технологии их эксплуатации.

Из организационных условий, причиняющий урон пастбищам, следует отметить чрезмерную нагрузку, бессистемную пастьбу, отсутствие ухода за дерниной и, как следствие, выбивание травостоя, приводящее к их деградации, падению урожайности. Так, площадь пастбищ различной степени выбитости с малоценной непоедаемой сорной растительностью достигает 15−20%.

В среднем по области урожайность сухой массы трав составляет 2−4 ц/га и зеленой массы 20−25ц/га.

В прежние годы с целью повышения урожайности значительная часть естественных кормовых угодий (около 400 тыс. га) была распахана, но не залужена, а трансформировалась в пашню и использовалась для выращивания зерновых и кормовых культур. Поэтому к 2000 году не предусматривается коренное улучшение сенокосов и пастбищ с переходом их в пашню ввиду низкого плодородия оставшихся земель. Наоборот, предстоит вывести из пахотного использования более150 тыс. га самых малопродуктивных земель (В.Я. Крамаренко, 1996).

В улучшении кормовой базы животноводства большая роль отводится повышению продуктивности естественных пастбищ и сенокосов. Площадь природных кормовых угодий на много превышает площадь полевых кормовых культур. Однако из-за низкой продуктивности удельный вес кормов, получаемых с этих угодий, в общем, балансе составляет всего лишь около 30%. В виду этого, поставлена задача, применительно к природным зонам разработать и совершенствовать технологии улучшения и использования кормовых угодий и добиваться превращения их в культурные сенокосы и пастбища с повышением их продуктивности в 5−8 раз (А.Ф. Иванов, В. И. Чурзин, В. И. Филин, 1996).

При осуществлении мероприятий по повышению продуктивности естественных кормовых угодий, предусмотренных специально разработанными технологиями для каждого типа угодья, реально поднять урожайность малопродуктивных угодий с 6 до 16 ц/га в лесостепной зоне.

В связи с этим возникает необходимость разработки научных основ повышения продуктивности и улучшения кормовых достоинств травостоя естественных лугов путем внесения удобрений.

Применение минеральных удобрений на кормовых угодьях должно быть направлено на повышение их рентабельности, быстрой отдачи, особенно при орошении (В.Я. Крамаренко, 1996).

Изучение роста, взаимодействия и питания растений в фитоценозе окажет большую пользу в решении ряда агрономических мероприятий, направленных на повышение продуктивности сельскохозяйственных посевов и лесных трав.

Передовая агротехника сельского хозяйства должна базироваться, на умении управлять жизнью растений и на основе этого создавать оптимальные условия для их роста и развития. Но для того, чтобы уметь делать это, нужно четко представлять закономерности роста и развития надземных и подземных органов в различные периоды жизни и в разных условиях произрастания. Важно знать и жизнедеятельность отдельных видов растений, входящих в фитоценоз, их биологическую и экологическую совместимость.

Изучение биоценозов важно для рационального использования земель и водных пространств, так как только правильное понимание сложных и тонких регуляторных процессов, сложившихся в ходе длительной эволюции, позволяет человеку изымать часть продукции биоценоза без его необратимого нарушения или уничтожения.

Задача нашего исследования — установить влияние удобренного фона на флористический состав, структуру, продуктивность лугово-лесного биоценоза и сравнить его с естественным биоценозом.

1. Литературный обзор

1.1 Понятие о биогеоценозе Существуют многочисленные определения фитоценозов. Одним из лучших является: биоценоз — это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира, микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая особую специфику воздействий этих компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией между собой и с другими явлениями природы и представляющий собой противоречивое внутреннее единство, находящееся в постоянном движении, развитии (В.Н. Сукачев, 1964).

Многообразие живых организмов встречающихся на Земле не в любом сочетании, а в процессе совместного существования образуют биологическое единство или биоценозы.

Биоценоз — это совокупность популяций всех видов живых организмов, населяющих определенную географическую территорию, отличающихся от других соседних территорий по химическому составу почв, вод, а также по ряду физических показателей. Он представлен тем или иным растительным сообществом — фитоценозом (А.А.Степаненко, 1996).

Фитоценоз или растительное сообщество, это совокупность растений, обитающих на данном однородном участке земной поверхности, с только им свойственными взаимоотношениями, как между собой, так и условиями местообитания и поэтому создающими свою своеобразную среду, фитосреду. В этом определении в качестве важнейших признаков фитоценоза выделены взаимоотношения, существующие между растениями и средой (Г.А. Работнов, 1978).

Фитоценоз — часть более сложных природных систем — биогеоценозов.

Биогеоценоз — это основная структурно — функциональная, материально — энергетическая единица биосферы, в которой совершаются обменные процессы, характерные для биогеохимической деятельности биосферы в целом. При этом биогеоценоз представляет собой саморазвивающуюся систему, обладающую способностью саморегулирования и самоорганизации (А.В. Черников, 2000).

Популяции различных видов живых организмов, заселяющих общие места обитания, неизбежно вступают в определенные взаимоотношения в области питания, использования пространства, влияния на особенности микроклимата и так далее.

Длительное совместное существование лежит в основе формирования многовидовых сообществбиоценозов, в которых подбор видов не случаен, а определяется возможностью непрерывного поддержания круговорота веществ, только на этой основе в принципе оказывается возможным существование любой формы жизни. Биоценоз представляет собой эволюционно сложившуюся форму организации живого населения биосферы, многовидовую биологическую (экологическую) систему. В ее состав входят представители разных таксонов, отличающиеся по своим экологическим и физиологическим свойствам и связанные по многим формам биологических отношений, как между собой, так и с окружающей их неорганической (абиотической) средой (И.А. Шилов, 2000).

Биоценоз как биологическую систему, можно определить как исторически сложившиеся группировки живого населения биосферы, заселяющие общие места обитания, возникшие на основе биогенного круговорота и обеспечивающие его в конкретных природных условиях.

Все сложные формы биоценотических взаимоотношений осуществляются в определенных условиях абиотической среды. Рельеф, климат, геологическое строение земной коры, гидрографическая сеть, гидрологические условия в водоемах и многие другие факторы оказывают определяющее влияние на состав и биологические особенности видов, формирующих биоценоз, служат источником неорганических веществ, поступающих в круговорот, аккумулируют продукты жизнедеятельности. Неорганическая среда — биотоп, представляет собой необходимую составляющую биоценотической системы, обязательное условие ее существования.

По Сукачеву, биогеоценоз — биокостная система, состоящая из костной среды — экотопа и организмов, образующих биоценоз. В биоценоз входят: растительность (фитоценоз), животное население (зооценоз) и микроорганизмы (микробоценоз). Взаимодействие между организмами в биоценозе происходит не на уровне ценозов, а на уровне особей или между видовыми популяциями. Поэтому следует подчеркнуть, что биоценоз состоит из двух функционально различных трофических групп организмов: автотрофов и гетеротрофов (В.Н. Сукачев, 1964).

Автотрофы представлены преимущественно фототрофами главным образом растениями, способными на основании использования солнечных лучей создавать из воды и углекислого газа органическое вещество, и в гораздо меньшей степени хемотрофами — микроорганизмами, использующих энергию восстановленных химических соединений.

Гетеротрофы (животные, бактерии, актиномицеты, грибы, паразиты и сапрофитные растения) используют в качестве энергии органическое вещество, созданное автотрофами (Г.А. Работнов, 1983).

Пища, извлекаемая тем или иным способом из внешней среды, используется гетеротрофами на построение собственного тела и как источник энергии для различных форм жизнедеятельности. Таким образом, гетеротрофы используют энергию, запасенную автотрофами в виде химических связей синтезированных ими органических веществ. Гетеротрофы не могут существовать без автотрофов (И.А. Шилов, 2000).

Однако и автотрофы не могут существовать без гетеротрофов длительное время, поскольку гетеротрофы осуществляют минерализацию отмерших органов растений, а некоторые из них — фиксацию азота (Г.А. Работнов, 1983).

Биогеоценозы крайне разнообразны и в различной степени насыщены живыми организмами. Организмы населяют биосферу и входят в тот или иной биогеоценоз не в любом сочетании, а образуют определенное сообщество из видов, приспособленных к совместному обитанию. Общее число видов в биоценозах достигает многих десятков и сотен. Каждый вид внутри биоценоза занимает то положение, которое отвечает его жизненным потребностям. Поэтому положение вида в пространстве, его функционирующая роль в биоценозе, связи с другими видами и отношение к биотопам определяют экологическую нишу вида (А.Г. Банников, А. А. Ваулин, А. К. Рустамов, 1996).

Между отдельными видами существует разделение их по высоте — ярусность. Ярусность выражена и в травяных фитоценозах, она может быть вертикальной — прежде всего это дифференциация растений по высоте, а также распределение животных и микроорганизмов в надземной части сообщества. Горизонтальная ярусность биоценозов выражена мозаичностью и реализуется в виде неравномерного распределения отдельных видов по площади. Это определяется, прежде всего, особенностями микроклимата, почвенно-грунтовых условий, взаимоотношениями отдельных видов как внутри популяции, так и между собой (И.А. Шилов, 2000).

Биоценозы динамические системы, они находятся в постоянном развитии, им свойственна сукцессия. Суть этого явления в том, что под влиянием внутреннего развития биоценозов, их взаимодействия с окружающей средой они постепенно «стареют» и сменяются другими типами биоценозов.

Устойчивость природных биоценозов определяется тем, что слагающие их виды в процессе эволюции приспособились друг к другу на столько, что стали как бы заботиться о целостности, устойчивости, оптимальных условиях существования и структуре всего биоценоза (А.Г. Банников, А. А. Ваулин, А. К. Рустамов, 1996).

1.2 Сравнительная характеристика агроценозов и биоценозов В природе все больше проявляются изменения, вызываемые сельскохозяйственной деятельностью человека в связи с увеличением потребностей в продовольствии и с ростом населения. В результате естественные (первичные) биоценозы вытесняются пашнями, садами, огородами, поливными лугами, искусственными пастбищами и возникают трансформированные экосистемы — агробиоценозы.

Агробиоценозами принято называть искусственные сообщества, формирующиеся в результате растениеводческой, животноводческой деятельности человека (А.Г. Банников, А. А. Ваулин, А. К. Рустамов, 1985).

В свете современных представлений агробиоценозы — вторичные, измененные человеком биогеоценозы, ставшие значительными элементарными единицами биосферы; их основу составляют искусственно созданные, как правило, обедненные видами живых организмов биотические сообщества. Эти сообщества формируют и регулируют люди для получения сельскохозяйственной продукции. Агроэкосистемы отличаются высокой биологической продуктивностью и доминированием одного или нескольких избранных видов (сортов, пород) растений или животных. Как экологические системы, агроэкосистемы неустойчивы: у них слабо выражена способность к саморегулированию, без поддержки человеком они быстро распадаются или дичают и трансформируются в естественные биоценозы (А.И. Черников, 2000).

Заслуживает внимание такое определение агроценоза — специальный вид экосистемы, на котором произрастают культурные растения, обитают другие виды растений и животных и происходит сложная цепь физических, химических трансформаций энергии и вещества (Р.А. Полуэктов, 2000).

Все агроценозы — поля, сады, огороды, культурные пастбища — с позиции экологии специально поддерживаются человеком на начальных стадиях формирования агроэкосистемы, поскольку эта молодая стадия сукцессии дает наиболее высокую чистую продукцию.

В результате вмешательства человека в процессы, идущие в экосистеме, в ее функционировании возникают отдельные помехи, поэтому и создаются агроэкосистемы, не способные к самовозобнавлению, саморегулированию и крайне неустойчивые. Антропогенное вмешательство вызывает соответствующие помехи в механизмах передачи обратных связей между биологическими компонентами экосистемы, но только неустанная забота о них со стороны человека позволяет им существовать (А.Г. Банников, А. А. Ваулин, А. К. Рустамов, 1996).

Естественные экосистемы выполняют три жизнеобеспечивающие функции (место, средство и условия жизни). Агроэкосистемы в отличие от них формируются для получения максимально возможного количества продукции, служащей первоисточником пищевых, кормовых, лекарственных и сырьевых ресурсов, то есть функции агроэкосистемы ограничиваются предоставлением средств жизни (А.И. Черников, 2000

1 Отличительные признаки биогеоценозов и агробиоценозов (по А. Г. Банникову, А.К. Рустамову)

Для создания высокопродуктивной и устойчивой экосистемы необходимо поддерживать максимально возможное разнообразие биогеоценозов, создавая оптимальный ландшафт. Агроценозы, должны быть разнообразны, и содержать такие компоненты, как лесные полосы, перелески, живые изгороди. Все неудобные земли рекомендуется использовать под зеленые насаждения, парки. Среди высокопродуктивных агроценозов следует сохранять как можно больше природных участков различного масштаба с естественными нетронутыми биогеоценозами, где с максимальной полнотой осуществляется биотический круговорот веществ и охраняется ценный генофонд (А.Г. Банников, А. А. Ваулин, А. К. Рустамов, 1996).

1.3 Влияние удобрений на состав луговых фитоценозов Отдельные виды луговой растительности различно реагируют на удобрения, что определяется несколькими причинами. Удобрения вносят на поверхность луга, они растворяются в воде, содержащейся в почве и поступающей из вне главным образом с атмосферными осадками, и в растворенном виде проникают в почву. Формируется особый поверхностный биогеоценотический почвенный горизонт, периодически обогащающийся элементами минерального питания. Естественно, что растения с более развитой поглощающей корневой системой, расположенной близ поверхности почвы, способны поглощать большее количество элементов минерального питания, содержащихся в удобрениях, что определяет увеличение их конкурентной способности в данных условиях.

При длительном внесение удобрений луговые растения, во всяком случае, некоторые виды, перестраивают свою корневую систему для более полного использования необходимых для них элементов, содержащихся в удобрениях, она становится более разветвленной и более поверхностно расположенной.

Многие виды, положительно реагирующие на улучшения обеспечения азотом и зольными элементами в одновидовых посевах, на лугах снижают свое участие в травостоях при внесении удобрений, поскольку в состав сообществ входят виды, более положительно реагирующие на удобрения и поэтому более конкурентоспособные при их применении (Ж.Ф. Пивоваров, 1987).

Внесение удобрений существенно влияет на семенное размножение луговых растений. У растений, благоприятно реагирующих на внесение удобрений, увеличивается число особей в генеративном состоянии, число генеративных побегов на особь, число цветков в соцветиях, давших плоды и количество семян нередко во много раз (Г.А. Работнов, 1992).

В зависимости от исходного состояния, форм и доз удобрений, длительности их применения и использования лугов и луговых фитоценозов происходят определенные изменения, связанные с тем, что конкурирующая способность одних видов возрастает, а других снижается. При этом имеют значения не только различия отдельных видов в их отношении к обеспеченности элементами минерального питания, помимо того, различия и в реакции к затенению, подкислению почвы и другим явлениям, сопутствующим внесению на луга удобрений (И.И. Рахтинко, Б. И. Якушев, Б. С. Мартинович, 1982).

При внесении минеральных удобрений повышается урожай и одновременно улучшается ботанический состав травостоя: уменьшается количество разнотравья, особенно осоковых. В связи с улучшением ботанического состава травостоя возрастает и поедаемость его скотом.

Для нормального роста и развития растений необходимы самые разнообразные химические элементы, но главные азот, фосфор, калий. Низкий урожай природных и сеяных лугов объясняется в основном недостатком в почвах именно этих питательных элементов.

Азотные удобрения резко усиливают рост и развитие растений. При внесении этих удобрений на лугах листья и стебли растений развиваются сильнее, становятся более мощными, благодаря чему значительно повышается урожай, это относится к злаковым растениям, тогда как бобовые нуждаются в азоте в меньшей степени. На бобовые положительное действие оказывают фосфорные и калийные удобрения.

Фосфорные удобрения сокращают период вегетации трав, способствуя быстрому развитию корневой системы и более глубокому проникновению ее в почву, делают растение более засухоустойчивыми.

Калийные удобрения более сильное действие оказывают на поддержание в травостое бобовых трав, которые при слабой обеспеченности калием вытесняются злаковыми растениями. Калийные удобрения способствуют также накоплению углеводов а, следовательно, и повышению зимостойкости многолетних кормовых трав. Эти удобрения хорошо поглощаются почвами и отличаются более длительным действием по сравнению с азотными удобрениями.

Различные типы лугов требуют разных видов минеральных удобрений. Суходольные луга сильнее нуждаются в азотных удобрениях, слабее в фосфорных и почти не реагируют на калийные. Низинные луга лучше отзываются на калийные и хуже на фосфорные и азотные удобрения. Пойменные луга в первую очередь испытывают потребность в азотных удобрениях, а затем в фосфорных (Н.Г. Андреев, 1981).

Азотные удобрения не только способствуют повышению урожайности, но и влияют на химический состав луговых растений, следовательно, и на питательную ценность травяных кормов, получаемых на лугах.

Центральная проблема кормопроизводства — обеспечение животных протеином. Основные пути ликвидации дефицита протеина в луговом кормопроизводстве — это применение азотных удобрений на злаковых и злаково-разнотравных травостоях (А.Ф. Иванов, В. И. Чурзин, В. И. Филин, 1996).

Особенности экотопа, увлажнение, содержание в почве доступных элементов питания, ее реакция и другое влияет на реакцию растений на удобрения. Имеют значения метеорологические и гидрологические условия отдельных лет. Многие виды разнотравья, во всяком случае, в определенных условиях, значительно повышают конкурентную способность и увеличивают свое участие в фитоценозах при внесении удобрений (Г.А. Работнов, 1992).

1.4 Влияние удобрений на условия произрастания растений и структуру фитоценоза Обычно применяют удобрения содержащие азот, фосфор, калий, иногда используют микроэлементы. При поверхностном внесении создается биогеоценотический горизонт почвы, периодически обогащающийся доступными формами элементов минерального питания, содержащихся в удобрениях. Удобрения помимо того, могут оказать косвенное влияние на растение и другие биокомпоненты, изменяя реакцию почвы (физиологически кислые удобрения).

В случае сенокосного использования при внесении удобрений возрастает высота травостоя, происходит более равномерное распределение вертикальной массы надземных органов, что способствует более полному использованию продукции человеком. На лугах, где удобрения (особенно азотные) вносятся в течение длительного времени, шел и продолжает идти отбор теневыносливых экотопов. Затенение отрицательно влияет на интенсивность побегообразования (Г.А. Работнов, 1978).

Действие удобрений зависит от возрастного состава популяций, и оно меньше, если в травостое преобладают стареющие растения и мало молодых особей.

Удобрения повышают площадь листьев, приходящихся на один побег, и общую их площадь, число, мощность и высоту побегов, количество листьев, расположенных в верхней и средней его частях. В связи с этим увеличивается общий объем, в котором распределена листовая поверхность, а в нем степень насыщенности листьями. Возрастает благодаря этому конкуренция за свет, затенение снижает способность конкурировать за питательные вещества.

Влияние удобрений может значительно измениться в связи с временным резким отклонением в метеорологических условиях, когда в результате гибели или повреждения ценных кормовых трав разрастаются хорошо сохранившиеся, часто не имеющие ценности растения.

Реакция отдельных видов на удобрения — явление динамическое, зависящее от условий произрастания, возможностей обсеменения, возрастного состава популяции и конкурентных отношений (А.Ф. Иванов, 1990).

2. Природно-климатические условия

2.1 Климат зоны Северная лесостепная предгорная зона Челябинской области представляет собой холмистую равнину, включает Красноармейский административный район, который относится ко второму агроклиматическому району.

Второй агроклиматический район имеет следующую характеристику: теплый в условиях увлажнения меняется от достаточно влажных до засушливых условий. Район вытянут с северо-востока на юго-запад, большая часть его занята лесостепью, лишь на крайнем юго-западе заходит степь.

Зима здесь холодная и достаточно снежная. Наступает она 21−23 октября и заканчивается 6−9 апреля. Снежный покров сохраняется 145−150 дней. Сумма отрицательных температур равняется 1850−1950⁰С. Средняя температура января -15,5−17,5⁰С. Абсолютный минимум достигает -42−49⁰С. Высота снежного покрова составляет 30−40 см. Глубина промерзания почвы колеблется от 90 до 130 см. Годовое количество осадков равняется 410−450 мм, наибольшее количество осадков наблюдается в Июле 75−80 мм.

Период активной вегетации растений (с температурой выше 10⁰С) наступает 9−10 мая и заканчивается 14−16 сентября. Обеспеченность теплом высокая, сумма положительных температур выше 10⁰С составляет 1900;2000⁰С. Такого количества тепла достаточно для созревания основных сельскохозяйственных культур, районированных в нашей области.

Влагообеспеченность вегетационного периода с северо-востока на юго-запад уменьшается, коэффициент увлажнения колеблется от 1,2−1,4 на северо-востоке до 1,0 на юго-западе. Осадков выпадает 250−280 мм.

Обеспеченность влагой ведущих зерновых культур составляет 50−70% оптимальной потребности во влаге.

2.2. Погодные условия за годы исследований (2000;2002 гг.)

Сумма осадков и температура вегетационного периода за годы исследований (2000;2002 гг.)

Погодные условия за время исследований складывались следующим образом.

Среднемесячная температура мая в 2000 году составила 8,7⁰С, что на 2,5⁰С меньше средних многолетних данных. Среднемесячная температура мая 2001 и 2002 года имеет небольшие отклонения от средних многолетних. Количество осадков в мае 2000 года составило 129 мм, что на 92 мм больше по сравнению со средними многолетними данными, в 2001 году осадков выпало на 5,8 мм меньше, а в 2002 году на 2,7 мм в сравнение со средними многолетними данными. Таким образом, можно сказать, что май 2000 года характеризуется довольно низкими температурами и большим количеством осадков, недостаток тепла и обилие осадков в период всходов многолетних трав отрицательно влияет на всхожесть и в дальнейшем может отрицательно сказаться на продуктивности луга.

Начало лета 2000 года теплое, среднемесячная температура 19,2⁰С, что на 2,8⁰С больше средней многолетней, в 2001 году на 1⁰С, а в 2002 году на 2,3⁰С меньше средней многолетней. Как видно температурный режим июня месяца за годы исследований был благоприятным, резких колебаний температур не наблюдалось, что довольно хорошо отразилось на таких вегетационных периодах многолетних культур, как кущение (бутонизация) и начало цветения. Сравнивая количество осадков в июне месяце можно сказать, что в 2000 году осадков выпало на 32 мм меньше, в 2001 году отклонение от средних многолетних составило 58,5 мм, то есть осадков выпало 113,5 мм, а в 2002 году отклонение составило 13,2 мм, осадков выпало 68,2 мм.

Июль 2000 года теплый, в отдельные дни жаркий, среднемесячная температура 19,6⁰С, что на 3,3⁰С больше средних многолетних данных, осадков выпало на 10 мм меньше. В июле 2001 года среднемесячная температура составила 18,7⁰С, что на 2,4⁰С больше средних многолетних данных осадков выпало на 30 мм меньше и в 2002 году среднемесячная температура 18,6⁰С, что на 2,3⁰С больше, а осадков на 36 мм выпало меньше по сравнению со средними многолетними данными. Анализируя полученные результаты можно сказать, что июль месяц характеризуется довольно высокими температурами и малым количеством осадков по сравнению со средними многолетними данными. В июле месяце у большинства многолетних трав наступает фаза цветения, в этот период должна быть обеспеченность не только теплом, но и влагой, так как от фазы цветения зависит формирование будущего семенного материала.

Первые две декады августа 2000 года были теплыми, среднемесячная температура 16⁰С, осадков выпало 57 мм, что на 6 мм больше средних многолетних данных. Август 2001 года был дождливым, осадков выпало на 28 мм больше по сравнению со средними многолетними данными, температурный режим не имеет значительных отклонений от средних многолетних данных. В 2002 году среднемесячная температура августа 14,8С⁰, что на 1,3С⁰ меньше средних многолетних данных, осадков выпало на 81 мм больше средних многолетних данных. Август 2002 года неблагоприятно повлиял на большинство многолетних трав, так как характеризуется недостаточной обеспеченностью теплом и большим количеством осадков, это повлияло на загнивание и выпревание некоторых видов трав.

Погодные условия в 2000 году были следующими, среднемесячная температура 8,8С⁰, что на 6С⁰ больше средних многолетних данных, в 2001 году на 1,4С⁰, в 2002 году на 3,6С⁰. Наиболее засушливым оказался сентябрь 2002 года, осадков выпало на 26 мм меньше по сравнению со средними многолетними данными. Погодные условия 2002 года наилучшим образом складывались для лугово-лесного биоценоза, обеспеченность теплом и влагой в целом была достаточной, что благоприятно сказалось на урожайности.

2.3 Общая характеристика чернозема выщелоченного Черноземы выщелоченные являются преобладающими почвами северной и южной лесостепи Челябинской области. Встречаются только в горно-лесной и степной зонах. Поэтому у черноземов выщелоченных прослеживается различная степень развития иллювиального горизонта и глубины залегания карбона0тов. Сильно выщелоченные черноземы по морфологическим признакам сильно близки к темно — серым лесным и оподзоленным черноземам: четко видна кремнеземистая присыпка на границе гумусового и элювиального горизонтов, хорошо обозначен иллювиальный горизонт, вскипание от соляной 90−110 см. кислоты происходит на глубине Сильно выщелоченные черноземы встречаются на остепненных пространствах горно-лесной и на облесенной северо-западной части лесостепи. Для большинства северных и южных районов области характерны черноземы средней и слабой выщелоченности, а на границе лесостепной и степной зоны выщелоченные черноземы по морфологическим признакам приближаются к черноземам обыкновенным. Вскипание карбонатов от соляной кислоты приближается к гумусовому горизонту.

Механический состав черноземов выщелоченных зависит от генезиса, состава почвообразующих и подстилающих пород. На территории Челябинской области они имеют суглинистый и глинистый механический состав, причем преобладают средние и тяжелые суглинки, легкая и средняя глина, встречаются черноземы и легкого механического состава.

Лучшими физическими, физико-механическими свойствами обладает суглинистая почва, легкие по механическому составу почвы хорошо аэрируют, но обладают малой водоудерживающей способностью, хуже противостоят засухе, водной эрозии. Черноземы выщелоченные Челябинской области характеризуются достаточно высоким содержанием пылеватой и илистой фракций, то есть частиц размером 0,01−0,001 мм и менее, поэтому имеют преимущество мелкопылевато — иловатый и иловато — пылеватый тяжелосуглинистый состав, но встречаются разновидности иного гранулометрического состава. Наиболее благоприятное для сельскохозяйственных культур сложение имеют тяжелосуглинистые и глинистые почвы, так как объемная равновесная масса пахотного слоя этих почв колеблется в пределах 1,00−1,10 г/см³, что обеспечивает оптимальный водно — воздушный режим. Физико-химические свойства почвы оцениваются по показателю кислотности почвы, для выщелоченных черноземов характерна слабокислая реакция в пахотном горизонте, в северной лесостепной зоне она сохраняется до материнской породы или становится нейтральной в горизонтах ВС и С. В районах южной лесостепи черноземы выщелоченные даже в пахотном горизонте имеют значение рН водной и солевой вытяжки близкое к нейтральному, а в иллювиальном горизонте — нейтральное и даже слабощелочное из-за скопления в нем карбонатов. В составе поглощенных оснований преобладают кальций и магний. Соотношение катионов Са²⁺ и Мg²⁺ в пахотном слое колеблется от 4,9 до 5,1 то есть на кальций в составе поглощенных оснований приходится 80−85%, таким образом можно сделать вывод, что резервы кальция достаточно большие. Недостаток магния проявляется при его содержании в поглощающем комплексе менее 2 мг — экв/100г, следовательно, нет дефицита магния. Отличительной особенностью черноземов Челябинской области является сравнительно высокое содержание гумуса, оно превышает 6% в относительном исчислении и 150 т/га при определении запаса в пахотном слое 0−20 см. В черноземах выщелоченных гумус имеет широкое соотношение С: N которое характеризует качество гумуса и биологическую активность почв. Чем шире соотношение C: N в почве, следовательно меньше азота содержится в гумусе, тем менее он доступен почвенным микроорганизмам и затем растениям. Для черноземов выщелоченных соотношение C: N колеблется в пределах 11,6−22,9 что (по Гришиной и Орлову) свидетельствует об очень низкой обогощенности гумуса азотом. С глубиной содержание гумуса снижается до нуля в материнской породе.

Содержание валового фосфора отражает наличие в почве всех форм фосфатов, их минеральных, органических соединений различной степени подвижности. Содержание фосфора в почве зависит от содержания его в почвообразующей породе и процессов биологической аккумуляции в биологически активных слоях почвы. Запасы валового фосфора весьма высоки в пахотном слое 0,15−0,27% или 3,98−6,61т/га. В то же время содержание подвижного фосфора, как правило, невелико.

Черноземы выщелоченные имеют среднюю и повышенную обеспеченность калием, если судить по содержанию его обменной фракции. В пахотном слое ее содержание от 93 до 155, в подпахотном 75−138 мг на 1 кг почвы. В поглощающем комплексе на долю обменного калия приходится 0,54−0,90%. Содержание калия по профилю увеличивается в гумусовом и иллювиальном горизонтах. Степень иллювирования калия определяется развитием процесса выщелачивания катионов. Сильнее она проявляется в северной лесостепной зоне. Основным поставщиком калия являются илистые фракции (П.Т. Адерихин, А. В. Беляев, 1989). Поэтому наиболее обеспечены калием черноземы выщелоченные тяжелосуглинистые и глинистые

3. Методика исследований

3.1 Общее положение Полевой метод — это проведение полевых опытов (экспериментов). Основной метод научной агрономии, с его помощью связываются теоретические исследования с практическими. На основе полевых экспериментов разрабатываются рекомендуемые агроприемы, технологии и испытывают сорта для сельскохозяйственного производства.

Основная задача полевого метода — выявление достоверных различий между вариантами опытов, количественная оценка влияния факторов жизни на урожайность растений и качество продукции. Почти все важные научные проблемы агрономической науки решаются с помощью полевого метода исследований. Также изучают технологии выращивания экологически чистой продукции, структуру посевных площадей, лучшие предшественники, способы и нормы орошения, мероприятия по борьбе сводной и ветровой эрозией почв, по коренной мелиорации почв, эффективность органических и минеральных удобрений и тому подобное. В агрономии используют различные виды полевых опытов (В.Ф. Мойсейченко, М. Ф. Трифанов, 1996).

Под методикой полевого метода подразумевают совокупность слагающих ее элементов: число вариантов, площадь делянок, их форму и направление, повторность, систему размещения повторений, делянок и вариантов на территории, метод учета урожая и организацию опыта во времени.

Число вариантов в схеме опыта — заранее заданная величина, которая всецело определяется его содержанием и задачами. Число вариантов не может оказать влияние на типичность опыта, но может существенно сказаться на его ошибке, так как опыт с большим числом вариантов будет занимать большую площадь.

Повторность опыта на территории называют число одноименных делянок каждого варианта, а повторностью опыта во времени — число лет испытаний новых агротехнических приемов сортов.

При увеличении повторности заметно снижается ошибка опыта. Особенно сильно ошибка снижается при увеличении повторности до четырех — шестикратной; дальнейшее повышение повторности менее значительным уменьшением ошибки.

Размер опытной делянки для различных видов полевого опыта в каждом конкретном случае будет меняться в зависимости от назначения и задачи опыта, культуры, степени и характера пестроты почвенного покрова, агротехники.

Полевые методы следует ставить на делянках сравнительно небольшого размера, дающие возможность проводить все агротехнические работы.

Достоверность опыта во многом зависит от направления делянок, то есть от ориентации их на опытном участке. Сравнение изученных вариантов будет правильным, если опытные делянки расположены длинной стороной в том же направлении, в каком сильнее всего изменяется плодородие почвы.

Говоря о форме делянки, обычно имеют в виду, отношение ее длинны к ширине. По форме различают квадратные, прямоугольные и удлиненные (Б.А. Доспехов, 1985).

В методологических основах планирования эксперимента и математической обработки его данных опытных работ на сенокосах и пастбищах преобладают систематические методы постановки полевых опытов.

Систематическое размещение вариантов — это такое расположение опыта, когда порядок следования вариантов в каждом повторении подчиняется определенной системе. Имеется много способов размещения вариантов по этому методу. Особенно распространены два — последовательный в один ярус и шахматный при расположении повторений в несколько ярусов.

Наиболее простым является последовательное расположение делянок в один ярус. Варианты на делянках всех повторений располагаются в той последовательности, которая заранее установлена следователем на основании главным образом организационно-технических причин — удобства обработки почвы, внесения удобрений, посева, ухода, уборки и тому подобное.

При шахматном размещении порядок следования вариантов в повторениях разных ярусов сдвигается, что позволяет полнее охватить каждым вариантом пестроту плодородия участка и несколько уменьшить влияние закономерного варьирования почвенного плодородия на эффект варианта. Чтобы определить число делянок в последующих ярусах, число вариантов опыта делят на число ярусов.

Общие требования к планированию и методике полевого опыта на сенокосах принципиально не отличаются от требований, изложенных применительно к полевым культурам. Однако необходимо хорошо знать и на всех этапах исследовательской работы учитывать специфику луговых трав, особо разное долголетие растений многовидовых сообществ (Б.А. Доспехов, 1985).

На основании всех вышеуказанных особенностей условий проведения полевого опыта летом 1998 года на территории опытного поля института агроэкологии был заложен опыт на тему: Продуктивность и видовой состав естественного лугово-лесного биоценоза.

3.2 Наблюдения и исследования Цель опыта: установить влияние азотных, фосфорных и калийных удобрений на флористический состав, структуру, продуктивность лугово-лесного биоценоза.

Исследования проводились в лесостепной зоне Южного Урала на территории опытного поля института агроэкологии села Миасского. Объектом был избран участок мелкозлаково-разнотравного луга с преобладанием мятлика лугового (Poa pratensis), лядвенца рогатого (Lotus conniculatus), мышиного горошка (Vicia eracca), вьюнка полевого (Convonvulus arvensis).

Опыт закладывался системным методом. Размер делянок 4 м².

Группируются два варианта:

1. Контроль (без удобрений);

2. Удобрения NPK 30кг/га Повторность вариантов четырехкратная. Таким образом, получается восемь делянок.

Азотные, фосфорные и калийные удобрения (аммиачная селитра, двойной суперфосфат и хлорид калия) вносились в дозах 30 кг/га. Удобрения вносились ранней весной, в фазе весеннего отрастания трав в один прием.

Для определения запаса надземной фитомассы травостой срезали на уровни поверхности почвы. Укосы разбирали в свежем виде по агроботаническим группам (злаки, бобовые, разнотравье). Кроме того, отдельно учитывали все виды, в том числе доминирующие. Разобранные укосы взвешивали, высушивали и взвешивали в сухом состоянии.

Схема опыта

1-Вариант без удобрений

2-Вариант с удобрениями

I-IV-Повторения Проводимые наблюдения и исследования:

1. Дата прохождения фаз развития: у злаков — появление всходов, кущение, выброс метелки, цветение (75% растений); у бобовых — всходы, бутонизация, начало цветения, массовое цветение (75%); у разнотравья — всходы, бутонизация, массовое цветение (75%).

2. Описание видового состава и структуры фитоценоза.

3. Замеры высоты растений, подсчет числа ярусов листьев.

4. Отбор растительных образцов для определения содержания элементов питания — азота, фосфора, калия.

5. Учет урожайности зеленой и сухой массы.

3.3 Методика определения урожайности

3.3.1 Определение высоты растений Высоту растений, как правило, измеряют в определенные фазы развития растений. Для этого используют мерную линейку. Конец линейки устанавливают на поверхность почвы. В зависимости от величины делянки объем выборки составляет 50−100 растений, отбираемых в разных местах по диагонали учетной площади. При этом стебель измеряют от поверхности почвы до верхушки.

Итоговый показатель такого учета — средняя высота растений на делянке (В.Ф. Мойсейченко, 1996).

3.3.2 Определение площади листьев оличество листьев по весу имеет значение для определения качества корма, особенно при соотношении менее питательных стеблей и более питательных листьев.

Для характеристики видов имеет большое значение как показатель, характеризующий аппарат, синтезирующий органическое вещество.

Существует несколько способов определения площади листьев. Мы использовали расчетный способ определения площади отдельных листьев. Зная длину и ширину листа и используя приведенный коэффициенты (0,67- для злаковых культур с линейной и продолговатой формой листьев и 0,744- для культур с овальной формой листьев), рассчитывают площадь одного отдельного листа (в квадратных сантиметрах) по формуле:

П=Д х Ш х К, (1)

где Д и Ш — длинна и ширина листа, см;

К — переводной коэффициент (0,67 или 0,74) (В.Ф.Мойсейченко, 1996).

3.3.3 Учет урожайности Зеленую массу травы учитывают сплошным способом, взвешивают урожай со всей учетной делянки и рассчитывают урожайность с 1га с использованием переводного коэффициента на площадь. Сено можно учитывать двумя способами — сплошным и с помощью пробных снопов. В первом случае взвешивают высушенное на делянке сено (со всей учетной площади). Во втором случае с покосов с охватом всей учетной площади отбирают пробный сноп зеленой массы (не менее 4−5 кг), затем взвешивают зеленую массу со всей учетной площади (с включением пробного снопа). Пробные снопы сушат на специальных стеллажах в хорошо проветриваемых помещениях или на чердаках до сухого состояния, после чего снова взвешивают и из них отбирают образцы для определения влажности сена в сухом состоянии. С учетом массы пробного снопа до и после сушки определяют выход сена в сухом состоянии. Умножая урожай зеленой массы трав с учетной делянки на показатель выхода сена и переводные коэффициенты на площадь 1га и стандартную 16%-ную влажность, рассчитывают итоговый показатель — урожайность сена (В.Ф. Мойсейченко, 1996).

Этот способ определения урожайности сена требует больших затрат времени.

Урожай сухого сена вычисляют по формуле:

(2)

где, А — масса скошенной травы, кг;

В — масса пробного снопа с делянки, кг;

С — площадь делянки, м²;

Д — масса пробного снопа после высушивания кг; (Б.А. Доспехов, 1985).

3.4 Методика определения азота, фосфора и калия в растительных образцах Анализ содержания элементов питания. Определение азота, фосфора и калия мокрым озолением позволяет исключить потери элементов, так как их температура в этом случае не превышает 338⁰C. Поэтому его применяют для точного определения элементов.

Из заранее приготовленного и подсушенного до сухого состояния растительного материала отбирают навеску 0,2−0,4 г помещают в мерную колбу на 50−100 мл концентрированной серной кислоты и 0,2 мл хлорной кислоты.

После взбалтывания содержимое колбы ставят на электрическую плитку и сжигают до полного обесцвечивания раствора. Затем содержимое колбы охлаждают до метки, тщательно перемешивают и используют как исходный раствор.

Определение азота

1. Взять 5 мл раствора и перенести в мерную колбу на 100 мл.

2. До половины налить дистиллированной водой.

3. Прилить в колбу 100 мл 12,5%-ного раствора сегнетовой соли.

4. Бросить в колбу кусок лакмусовой бумаги.

5. Нейтрализовать раствор 1,0 н КОН.

6. Прилить в колбу 4мл реактива Неслера и довести объем до метки дистиллированной водой.

7. Раствор взболтать, оставить на 15 минут.

8. Окрашенный раствор проанализировать на фотоколориметре.

9. Результаты рассчитать по формуле:

(3)

где С — концентрация азота по графику, мг;

Н — навеска вещества, мг соответствующая объему раствора, взятого для анализа;

100 — для перевода в проценты Определение фосфора

1. Взять 2−5 мл раствора и перенести в колбу на 100 мл.

2. Объем довести до метки реактивом Б.

3. Через 10 минут окрашенный раствор проанализировать на фотоколориметре.

4. Результаты анализа рассчитать по формуле:

(4)

где С — концентрация фосфора по графику, мг;

Н — навеска вещества, мг соответствующая объему раствора, взятого для анализа;

100 — для перевода в проценты Определение калия

1. В растворе после сжигания определить калий на пламенном фото метре.

2. Результаты анализа рассчитать по формуле:

(5)

где С — концентрация калия по графику, мг;

Н — навеска вещества, мг соответствующая объему раствора, взятого для анализа;

100 — для перевода в проценты;

Р — разведение, которое определяют по формуле:

(6)

где У — объем колбы с раствором

4. Результаты исследований

4.1 Фенологические наблюдения Даты наступления фаз вегетации растений в вариантах опыта без удобрений

Даты наступления фаз вегетации растений в вариантах опыта с удобрениями

По фенологической ритмике в травостое принято выделять три группы растений:

1. С поздними сроками цветения (конец мая — начало июня);