Экологическая оценка и биоресурсный потенциал растений семейства fabaceae lindl в условиях ландшафтов Новгородской области




старонка4/6
Дата канвертавання25.04.2016
Памер0.81 Mb.
1   2   3   4   5   6

5. Агроэкологическая оценка условий произрастания ценопопуляции Medicago falcata

Каждый вид растений приспосабливается к определенным условиям обитания. Параметры популяции Medicago falcata обусловлены взаимодействием ее генетического потенциала и сопротивления среды, которая включает локальный комплекс всех абиотических и биотических факторов. Для описания ценопопуляции мы использовали главные признаки - гетерогенность (наличие в ее составе особей, различающихся по возрасту, жизненности и т.д.) и плотность (количество особей на единицу площади).



Возрастная структура популяций Medicago falcata Влияние эколого-ценотических факторов на численность и возрастную структуру ценопопуляций изучалось на Мстинских и Шелонских лугах. Нами установлено, что незначительная разница условий произрастания не вызывает существенных изменений в их возрастной структуре. Большее влияние на возрастное состояние оказывает хозяйственное использование лугов. На Шелонских лугах мы наблюдали тенденцию к снижению численности семенных генеративных особей (рис. 4).

При сенокосном и пастбищном использовании у растений Medicago falcata увеличивается численность вегетативно возникших особей. Урожайность семян у них достигает в отдельные годы до 90 г/ м2, а у генератативно возникших особей до 120 г/ м2. Существенно изменяется и





Рис. 4- Возрастной спектр Medicago falcata на Шелонских лугах

урожайность надземной массы у особей семенного и вегетативного возобновления.

Наиболее резкие отличия появляются в проективном покрытии и структуре пойменного экотипа, произрастающего в долине р. Мста Новгородского района, где ежегодно проводили сенокошение. Сокращается интенсивность семенного возобновления, одновременно усиливается роль старых генеративных (g3) и сенильных особей (s) (рис.5). На Мстинской пойме в Боровичском районе, где отсутствует хозяйственное использование, по сравнению с сенокосным и пастбищным использованием, семенное возобновление более равномерное по частоте и мощности, что отражается на структуре возрастного спектра.

Анализируя данные возрастного состояния Medicago falcata, полученные на Ильменском глинте в Старорусском р-не, мы установили, что максимум приходится на проростки и ювенильные особи, поскольку продолжительность этих возрастных периодов у изучаемых экотипов несколько месяцев (рис. 7). В процессе онтогенетического развития ювенильные особи переходят последовательно в имматурные, взрослые вегетативные и молодые генеративные особи. Возрастные спектры характеризуются несколькими пиками в сторону более старых возрастных состояний по мере онтогенетического развития особей за счет образования корневых отпрысков.

Кроме того, нами отмечено, что при использовании луга под пастбище для мелкого рогатого скота в деревне Илемно Солецкого р-на, семенное возобновление включает повторение пиков. Первый пик приходится на ювенильные особи, что свидетельствует о массовом прорастании семян, возникновении из них проростков и дальнейшем развитии их до имматурных (im) растений, другой - на старые генеративные особи, и их господство может быть объяснено накоплением особей за счет более продолжительного пребывания в этом возрастном состоянии. Данные особи хорошо приспособились в сообществе с очитком едким (Sedum acre L.). Число генеративных особей Medicago falcata на определенной площади зависит от характера использования луга. Чем раньше скашивается луг, тем меньшее число особей способно цвести. Следовательно, способность цвести у половозрелых особей зависит не только от внешних условий, но и от жизненного состояния растений. Нами установлено, что уровень жизненного состояния особи и ее вегетативная масса после достижения половозрелого состояния возрастают до известного предела, а затем, по мере старения растения, отслеживается уменьшение габитуса надземной массы и увеличивается отмирание сердцевины куста. В соответствии с этим, перерывы в цветении случаются, по-видимому, чаще в более молодом и в более старом возрасте, нежели в период максимальной вегетативной мощности растения.

По нашему мнению, прорастание семян Medicago falcata в естественных условиях зависит от метеорологических условий вегетационного периода, и довольно сильно меняется по годам, причем изменения могут быть неодинаковыми в разных ценозах. Между семенной продуктивностью растений и обилием вида в ценозах нет прямой зависимости. Нами отмечено, что если на генеративный побег формируется менее 10 семян, то данная популяция обладает способностью к вегетативному размножению.

Проективное покрытие и пространственная структура Medicago falcata Возобновление фитоценозов основано на использовании не только семян, поступивших для этой цели из урожая данного года, но и на резервный запас семян всегда имеющихся в ценозе (табл. 5).

Для бобовых растений, в том числе для Medicago falcata, имеются так называемые семенные годы, когда формируется максимальное количество семян. Проведенные нами исследования показали, что запасы семян не только всегда значительны, но и расходуются они не сразу, а постепенно, в силу биологических особенностей Medicago falcata и условий среды. Следовательно, семенной резерв обусловливает устойчивое возобновление ценоза в неурожайные годы.

Для создания пространственной модели фитоценоза необходимо определить ярусность растений, их обилие, процент проективного покрытия,
Таблица 5 - Содержание семян Medicago falcata в изучаемых фитоценозах, млн. / га (2000-2011 гг.)


Экотоп


Обилие Medicago falcata

КФЗ



На поверх- ности почвы


На глубине

0-5 см

5-10 см

Шелонские луга Солецкий р-н

Cop2

1250

5,6

112,2

1,8

Мстинские луга Боровичский р-н

Cop2

1684

28,4

20,6

2,4

Мстинские луга Новгородский р-н

Cop1

1850

18,2

16,8

5,9

фенофазу и характер размещения. Мы подробно остановились на участках, где проективное покрытие Medicago falcata около 50 % и выше. В результате закладок пробных площадок и составления геоботанических таблиц было установлено, что Medicago falcata встречается обильно в сообществе со злаками на Мстинских лугах в Новгородском р-не (проективное покрытие - 69,0 %) и клеверами (65,1%) в Боровичском р-не, долевое участия в разнотравье составило - 45,0 %. Видимо, причина такого явления кроется в конкурентной способности Medicago falcata, способах размножения, чередующихся в течение онтогенеза.



6. Интродукция некоторых бобовых культур и их адаптация в агроланшафтах региона

Вид может быть перенесен для акклиматизации в тот район или область, который является его потенциальным ареалом. При интродукции вида отпадают ограничения, связанные с самостоятельным расселением, кроме того, создаются условия, в которых он не конкурирует с местной флорой. Морфологические изменения вида могут не со­провождаться изменением выносливости, но связь морфоло­гических признаков с физиологическими особенностями не исключается, следовательно, могут быть и случаи одновременного изменения этих двух категорий признаков.



Особенности развития и акклиматизации астрагала нутового (Astragalus cicer) в условиях Новгородской области В коллекционном питомнике, изучались морфологические признаки растений Astragalus cicer и влияние почвенно-климатических условий на их рост и развитие. У изучаемых образцов в первый год жизни высота растений варьирует от 12,7 до 55,8 см, они имеют от 3 до 7 побегов, число междоузлий 4,1-11,5 шт. В зависимости от возраста растений наблюдается значительное нарастание длины побега: от 71,2 см на втором до 125,8 см на третьем году жизни. Морфологический анализ изучаемых образцов показал, что более интенсивным линейным ростом, максимальным числом соцветий, количеством листьев и самыми крупными листьями отличаются растения, репродуцированные из Канады в Новгороде. Растения Astragalus cicer успешно переносили неблагоприятные условия перезимовки, особенно зиму 2005 года, когда температура продолжительное время была ниже - 30°С. Весеннее возобновление вегетации в условиях Новгородской области началось в конце апреля. Растения отличались мощностью и интенсивным отрастанием по сравнению с естественными условиями произрастания. В фазу стеблевания урожай биомассы составил 5,1 т/га, фазу бутонизации - начала цветения (22.06) – 7,5 т/га, цветения - начало плодообразования (17.07) - 9,8 т/га зеленой массы. Растения достигли укосной спелости одновременно с Trifolium pratense. Во все годы исследования оригинальные образцы из США и Канады накапливали биомассу медленнее (9,5-12,2 г/растение), но более равномерно в процессе всего периода роста, а репродуцированные в Новгороде накапливали 14,2 и 15,3 г биомассы на одно растение на второй и третий год жизни.

Интродукция и развитие эспарцета песчаного (Onobrychis arenaria) в условиях Новгородской области В год посева оригинальные семена из США медленно прорастали, всходы появились только на 12 - 18-й день после по­сева. Более дружному прорастанию семян и появлению всходов способствовало сочетание высоких положительных температур и запасов почвенной влаги весной 2006 года. Метеорологические условия апреля и мая этого года (повышенная температура воздуха и большое количество осадков) благоприятно влияли на появление всходов, которые были отмечены 10 мая.

Высота растений к началу укоса достигала в среднем 98,5 см. интенсивность отрастания весной и после укоса – высокая. Наибольшая изменчивость морфологических признаков изучаемых популяций отмечена в 1-й год жизни: коэффициент вариации по высоте достиг 42%, а по количеству стеблей - 58%. У семян, выращенных в Новгородской области, изменчивость по высоте растений уменьшилась (коэффициент вариации 15%), оставаясь высоким (более 45%) по габитусу надземной массы. До фазы бутонизации динамика среднесуточного прироста составила 1,3 см, максимальный прирост отмечен в фазу бутонизации - начало цветения (3,6-3,8 см). Медленный прирост в начальные фазы развития Onobrychis arenaria связан с низкими температурами в конце апреля и в начале мая. Созревание семян Onobrychis arenaria в условиях Новгородской области наступает в первой декаде июля. Продолжительность вегета­ционного периода составляет 92-95 дней. Образец пастбищного типа, репродуцированный в Новгороде отличался повышенной облиственностью (57,3%). Урожайность зеленой массы Onobrychis arenaria пастбищного экотипа, выращенного из семян, привезенных из США, при частом скашивании достигала 4,8 кг/м2, а из семян репродуцированных в условиях Новгородской области - 3,7 кг/м2. Количество цветков в соцветии составляло 65 - 84 штуки. Наибольшее количество цветков (84 шт.) в соцветии отмечается у сенокосного образца, репродуцированного в Новгороде. Крупносемянностью отличались пастбищные экотипы. Семенная продуктивность в наших условиях была значительно ниже ( 85 - 125 г/м2 ) по сравнению с естественными условиями произрастания (США) -220 г/м2.



7. Биологическая фиксация азота дикорастущими бобовыми растениями в культуре

Бобовые растения в силу морфологических признаков и биологических особенностей имеют различный потенциал азотфиксации, которая зависит от продуктивного долголетия изучаемых видов, разветвлённости корней и глубины их проникновения в почвенном профиле, аэрации почвы. Оптимальное сочетание этих факторов способствует формированию симбиотического аппарата, позволяющего накопить большое количество азота. Биологический азот, который фиксируется из атмосферы в результате жизнедеятельности свободноживущих и симбиотических микроорганизмов, является значительным добавочным резервом азотного питания растений.



Особенности развития бобово-ризобиального аппарата многолетними бобовыми растениями В течение роста и развития растений мы изучали динамику формирования клубеньков по фазам вегетации и по годам жизни (табл. 5). Клубеньки на корнях растений начинают развиваться очень рано - в фазе всходов, до появления первого листочка. Сеянцы в стадии всходов имеют 3-4 боковых клубенька. Наблюдения за количеством клубеньков на корнях Onobrychis arenaria показывают, что происходит увеличение количества клу­беньков по всем годам жизни. Наибольшее количество активных клу­беньков наблюдалось в фазу бутонизации. Вместе с тем, наблюдается хорошо выраженная тенденция уменьшения количества актив­ных и увеличения неактивных клубеньков в зависимости от фазы вегетации и года жизни. У Melilotus albus отмечено максимальное количество клубеньков на одно растение; в два раза меньше сформировалось клубеньков у Medicago sativa. У Astragalus cicer, Lotus corniculatus, у которых наиболее крупные клубеньки вытянутой формы располагались по всей корневой системе в радиусе до 20 см от главного корня и были отмечены до глубины 30 см, и до глубины 35 см у

Таблица 5 - Развитие симбиотического аппарата и сухой массы многолетних бобовых трав в фазу бутонизации - начало цветения (2005-2010гг.)




Вид

Происхождение


Кол-во клубень-

ков на 1 раст., шт



Масса су хих клу беньков на 1 рас.,г

Сухая масса 1 растения, г

корни

стебли

листья


Первый год жизни

Astragalus cicer

США

14,0±0,26

26,7±0,47

28,9±0,71

19,5±0,85

11,8±0,55

Lotus corniculatus

Новгород

16,0±0,24

35,1±0,22

26,4±0,34

10,2±0,22

9,7±0,28

Lotus corniculatus

США

19,0±1,29

28,9±2,24

35,8±1,22

28,1±0,40

18,8±1,29

Medicago sativa

Новгород

11,0±0,55

12,4±0,33

24,8±0,26

14,7±0,17

9,1±0,23

Melilotus albus

Новгород

22,0±0,43

10,5±1,22

25,3±0,65

24,5±0,66

6,1±0,25

Melilotus officinalis

Новгород

15,2±0,78

18,1±1,25

19,8±1,07

21,2±0,23

5,5±0,16

Onobrychis arenaria

США

10,1±1,13

11,5±0,80

22,8±0,88

15,9±0,56

14,2±0,22

Второй год жизни

Astragalus cicer

США

22,0±0,47

38,7±0,33

35,4±0,50

29,1±0,51

16,8±0,37

Lotus corniculatus

Новгород

26,0±1,11

26,7±1,87

31,2±0,47

22,4±0,67

14,2±,39

Lotus corniculatus

США

28,4±0,42

36,5±0,25

35,3±1,80

33,4±0,45

28,7±0,47

Medicago sativa

Новгород

30,3±1,41

14.8±0,69

32.1±0,50

26,7±0,55

14.8±1,19

Melilotus albus

Новгород

36.8±0,16

16.8±0,24

32.4±027

26.4±1,57

11.7±1,08

Melilotus officenalis

Новгород

23,9±0,75

25,4±0,54

26,7±0,46

22,9±0,45

10,1±0,45

Onobrychis arenaria

США

26,4±1,18

16,6±0,71

33,5±0,50

30,2±0,55

29,8±0,50

Третий год жизни

Astragalus cicer

США

59,7±0,62

43,3±0,91

49,9±0,45

32,6±0,38

25,4±0,17

Lotus corniculatus

Новгород

55,1±0,85

38,8±4,21

38,6±2,57

26,2±0,57

18,4±0,37

Lotus corniculatus

США

62,0±1,01

42,6±0,75

41,2±0,41

35,8±0,43

19,8±0,08

Medicago sativa

Новгород

61,0±1,18

21,5±0,70

34,3±0,50

28,9±0,54

16,4±0,50

Onobrychis arenaria

США

54,4±0,78

22,2±0,37

40,1±1,07

31,9±0,21

32,4±0,32


Melilotus officinalis. Корневая система Melilotus albus и Medicago sativa второго года жизни характеризовалась большим количеством мелких клубеньков. К третьему году жизни количество клубеньков у Astragalus cicer увеличилось втрое. Наибольшее количество активных клубеньков отмечено в более благоприятные вегетационные периоды, что связано с оптимальным сочетанием температуры и влажности в корнеобитаемом слое почвы.

Существенная корреляционная связь обнаруживается между массой корней одного растения и массой листьев (r =0,6-0,8). Отмечается существенная обратная связь между массой листьев и массой одного клубенька, что свидетельствует о высокой активности мелких клубеньков.



8. Химический состав дикорастущих бобовых растений

Химический состав растений подвержен значительным колебаниям и изменяется в зависимости от вида, мест произрастания и фазы вегетации. Бобовые растения наиболее питательны в ранние фазы вегетации, содержат не только полноценный белок, витамины, но в небольших количествах клетчатку, где мало лигнина, благодаря чему она хорошо переваривается. Практическое значение имеет изменение химического состава растений в различные фазы вегетации для определения сроков сенокошения или порядка эксплуатации пастбищ.



Динамика химического состава растений семейства Fabaceae по фазам вегетации Изучая динамику химического состава бобовых растений, мы установили, что на ранних фазах ве­гетации растений наблюдается максимум белка и жира (табл. 6). Данные химического состава растений свидетельствуют о том, что в фазу бутонизации у всех изучаемых бобовых растений наблюдается высокое содержание белка и золы. По мере роста растений происходит уменьшение степени облиственности до 40%, увеличивается содержание клетчатки. Высокое содержание клетчатки отмечено у Melilotus officinalis и M. albus свыше 40%); у Trifolium repens, Medicago lupulina (экотипа залежи), Lotus corniculatus (пойменного экотипа среднего уровня увлажнения) оно не превышало 30%. При этом несколько увеличивалось содержание углеводов и снижалось количество протеина и каротина. Все это свидетельствует о более ценных кормовых достоинствах растений в ранние фазы их развития.
1   2   3   4   5   6


База данных защищена авторским правом ©shkola.of.by 2016
звярнуцца да адміністрацыі

    Галоўная старонка