Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Введение

Природные сообщества по сравнению с агроценозами имеют самый длинный вегетационный период, лучшую водопрочную структуру почвы, формируют более мощную дернину. Как мощный биологически активный продуцент органической массы и кислорода естественная растительность стабилизирует агроландшафты [2,5]. Для достижения экологической устойчивости агроландшафтов необходимо создание экологического каркаса, представляющего собой сеть экологических ниш и коридоров. Структурная дифференциация в этом случае сопряжена с функциональной. Выражением такой функциональной дифференциации служит разделение зон экологического риска и экологически опасных участков зонами наибольшего экологического благоприятствования [3].

В предыдущие годы из-за неумеренного выпаса скота отмечалась значительная деградация естественных сообществ на склонах: упростился видовой состав, увеличилась доля рудеральных видов, значительно уменьшилась продуктивность травостоев. Все это вызвало существенное снижение почвозащитной роли растительности [5,6]. В настоящее время поголовье скота значительно сократилось. Так, численность крупного рогатого скота по ЦЧР сократилась в среднем на 59,8 %, поголовье овец и коз на 93, 4 %, в том числе в Белгородской области на 51,3 и 94,7 % соответственно [1]. Это привело к уменьшению антропогенного воздействия на естественные сообщества.

В связи с этим целью исследований была оценка продуктивности и почвозащитной способности растительных сообществ на склоновых землях в пределах наиболее крупных овражно-балочных комплексов на современном этапе.

Объекты и методы исследования

Естественные сообщества изучали в 2004-2008 гг. на территории Белгородской области. Для этого в трех природных районах: типичной лесостепи, южной лесостепи, северной степи, были заложены стационарные площадки в 4-х природно-территориальных комплексах (ПТК): Калитвенско-Ураевском («Алексеевский»), Айдарском (Балка «Управительственная» с. Клименки), Осколо-Северскодонецком («Прохоровский»), Ворсклинском («Острасьевы яры» п. Борисовка).

Размер стационарных площадок для геоботанических описаний - 100 м². Площадью укосных делянок для определения надземной фитомассы 1 м², повторность 10-ти кратная на каждой стационарной площадке. Величину надземной фитомассы определяли 2 раза за сезон: первый укос - проводили в фазу колошения злаков (18-23 июня), второй - в фазу прекращения интенсивного роста (20-25 августа). Видовой состав растений (в период вегетации) определяли по П. Ф. Маевскому [4].

Результаты и их обсуждение

Стационар «Алексеевский». Изучаемые участки расположены в восточной части Белгородской области в подзоне южной лесостепи. Климатические условия характеризуются большей, по сравнению с другими ПТК, континентальностью. Почвы - карбонатные черноземы, обыкновенные черноземы различной степени эродированности, почвы овражно-балочных комплексов.

В среднем по всем изучаемым сообществам в зависимости от урочищ урожайность надземной массы колебалась в пределах 515-589 г/м², а подземной - 1599-2284 г/м². Видовое разнообразие в зависимости от сообщества колебалось от 15 до 25 видов на 1 м². Наибольшее разнообразие отмечено в балке «Бородкин яр» около с. Надеждовка и составляло 19-25 видов на 1 м² (табл. 1).

Таблица 1. Фитомасса различных сообществ и их видовая насыщенность в пределах стационара «Алексеевский» (в среднем 2004-2008 гг.)

ВН - видовая насыщенность; Н - надземная фитомасса; П - подземная фитомасса в слое 0-15 см

Видовая насыщенность всех остальных участков находилась в пределах 17-19 видов на 1 м². Такую разницу мы объясняем тем, что естественные пастбища балки «Ольшанский яр» в прошлом интенсивно использовались как пастбища для овец, располагавшегося здесь овцеводческого спецхоза, а балка «Красная вершина» - залежь, которая в течение 14-15 лет использовалась как сенокос. Участок «Бородкин яр», расположенный на границе Белгородской и Воронежской области, испытывал на себе меньшее антропогенное влияние.

Особые условия складывались на участке урочище «Волково». Растительность участка на площади 600 га представлена кальцефильными, лугово-степными, ковыльно-разнотравными сообществами и небольшим лесным участком, расположенным в балке. На видовое разнообразие участка основное влияние оказывало то, что он удален от населенных пунктов и слабо использовался в производстве из-за своей изрезанности. Средняя видовая насыщенность различных сообществ колебалась в пределах 17-30 видов на 1 м². Максимальной она была в пырейно-кострецово-разнотравном, а минимальной в шалфейно-люцерново-разнотравном сообществе (табл. 2).

Таблица 2. Фитомасса различных сообществ и их видовая насыщенность в пределах урочища «Волково» с. Варваровка Алексеевского района (в среднем 2004-2008 гг.)

ВН - видовая насыщенность; Н - надземная фитомасса; П - подземная фитомасса в слое 0-15 см

В целом по участку установлено, что с увеличением видовой насыщенности на 1 м² происходит увеличение продуктивности подземной массы, что подтверждается положительной корреляцией средней силы (r= 0,614). Одновременно с увеличением видовой насыщенности имеется тенденция увеличения соотношения между подземной и надземной массой, что подтверждается слабой положительной корреляцией (r= 0,403).

Стационар балка «Управительственная». Стационар находится в юго-восточной части Белгородской области, восточнее с. Клименки Вейделевского района. Он расположен в зоне северной степи. Почва - чернозем обыкновенный. В условиях высокой испаряемости (ГТК - 0,8-0,9), регулярно повторяющихся засух средней интенсивности формируются зональные ковыльно-разнотравные степи.

Особенностью участка является то, что на фоне пастбищного и сенокосного использования, растительность участка представлена хорошо сохранившимся ковыльно-разнотравным сообществом с большой долей участия редких видов, занесенных в Красные книги Белгородской области и России: горицвет весенний (Adonis vernalis), брандушка разноцветная (Bulbocodium versicolor), крокус сетчатый (Crocus reticulates), ирис безлистный (Iris aphylla), ковыль перистый (Stipa pennata), тюльпан Биберштейна (Tulipa biebersteiniana) и др.) [7]. Особый интерес представляет формация пиона тонколистного (Paeonieta tenuifoliae) с проективным покрытием Paeonia tenuifolia до 75 %. Участок отличается богатой флорой. Нашими исследованиями выявлено 197 видов высших сосудистых растений, относящихся к 128 родам и 37 семействам. Наибольшим числом видов представлены семейства: астровые (Asteraceae), бобовые (Fabaceae), мятликовые (Poaceae), яснотковые (Lamiaceaе), норичниковые (Scrophulariaceae), лютиковые (Ranunculaceae). Остальные имеют небольшое число видов. Изучаемый участок может служить моделью рационального использования природных сообществ в агроландшафтах. Наибольшая видовая насыщенность наблюдалась в пионово-разнотравном сообществе (34 видов на 1м²), наименьшая - в кострецовом (26 видов на 1м²) (табл. 3).

Таблица 3. Фитомасса различных сообществ и их видовая насыщенность в пределах балки «Управительственная» с. Клименки (в среднем 2004-2008 гг.)

ВН - видовая насыщенность; Н - надземная фитомасса; П - подземная фитомасса в слое 0-15 см

В среднем видовая насыщенность участка составила 32 видов на 1 м², при незначительном коэффициенте вариации 6,1 %.

Методом корреляционного анализа установлена слабая положительная зависимость между величиной видовой насыщенности и величиной подземной продуктивности (r= 0,409), слабая - между величиной видовой насыщенности и суммарной продуктивности подземной и надземной фитомассы сообщества (r= 0,384). Также выявлена положительная корреляция средней силы между величиной видовой насыщенности и соотношением подземной и надземной массы (r= 0,567). Не установлено корреляционной связи между видовой насыщенностью и величиной надземной продуктивности.

Стационар «Прохоровский». Изучалась растительность урочища: балка «Калининская». Почва - чернозем выщелоченный, различной степени эродированности. Балка «Калининская» имеет крутизну склонов 8-12 º. Общее видовое разнообразие составляет 167 видов. Изученное урочище отличается тем, что интенсивно использовалось для выпаса скота. Растительное сообщество в значительной степени синатропизировано. Доля сорных, вредных и ядовитых видов в сухой массе травостоев колеблется от 12 до 23 %. Видовая насыщенность колеблется от 18 до 24 видов на 1 м² и в среднем составляет 22 вида на 1 м². Величина надземной массы в среднем по стационару составляет 686 г/м² и в зависимости от урочища колеблется от 631 до 708 г/м² (табл. 4).

Таблица 4. Фитомасса различных сообществ и их видовая насыщенность в пределах стационара «Прохоровский» (в среднем 2004-2008 гг.)

ВН - видовая насыщенность; Н - надземная фитомасса; П - подземная фитомасса в слое 0-15 см

В ходе исследований не выявлено корреляционной зависимости между видовым разнообразием и величиной надземной фитомассы и общей продуктивности сообществ. Установлена тенденция увеличения соотношения подземной и надземной массы с увеличением видовой насыщенности, что подтверждено слабой корреляционной зависимостью (r= 0,438), а также тенденция увеличения подземной массы с увеличением видовой насыщенности сообщества (r= 0,411).

Урочище «Острасьевы яры» п. Борисовка. Участок представляет интерес как ключевая модельная территория. Он расположен в самом увлажненном природно-территориальном комплексе области - Ворсклинском. Выдел общей площадью 1 га расположен в балке на склоне западной экспозиции крутизной 5-7 º. Почва - чернозем выщелоченный. Степные сообщества на этой территории представлены луговыми или северными степями.

Надземная фитомасса незначительно изменялась по годам исследования. Максимальную фитомассу формируют сообщества с преобладанием верховых злаков, шалфея и разнотравья. Ковыльно-разнотравные сообщества, расположенные в верхней части склона, имеют наименьшие запасы надземной массы. Масса укосов разнотравных сообществ различна и зависит от эдификатора (табл. 5).

Таблица 5. Фитомасса различных сообществ и их видовая насыщенность в пределах урочища «Острасьевы яры» Борисовского района (в среднем 2004-2008 гг.)

ВН - видовая насыщенность; Н - надземная фитомасса; П - подземная фитомасса в слое 0-15 см

Сообщества отличаются высокой видовой насыщенностью (26-30 видов на 1 м²), что обусловлено заповедностью территории. Общее количество видов на территории, описанной в исследованиях, составляет 112 видов и 85 родов сосудистых растений.

Исследованиями установлено, что в среднем по стационару с увеличением видовой насыщенности не увеличивается надземная фитомасса сообществ (r= 0,078), увеличивается масса подземной массы (r= 0,732). Не установлено достоверной связи между количеством видов растений и на 1 м² и соотношением подземной и надземной массой. Последнее мы связываем в первую очередь с более благоприятными условиями увлажнения на этом стационаре.

Заключение

Таким образом, на основе изучения степных сообществ на склоновых землях в различных природно-территориальных комплексах ЦЧР установлено, что в связи со значительным сокращением пастбищных нагрузок в настоящее их надземная фитомасса, в зависимости от видового состава и месторасположения, может достигать 896 - 1023 г/м².

В растительных сообществах с большей видовой насыщенностью происходит большее накопление корневой массы и увеличение соотношения подземной и надземной массы. Это ведет к повышению эрозионной устойчивости этих земель, накоплению в них органического вещества.

Увеличение видовой насыщенности (α- разнообразие - количество видов на 1 м²) не ведет к пропорциональному увеличению надземной продуктивности степных и лугово-степных сообществ на склонах юга Среднерусской возвышенности в пределах ЦЧР России. А увеличение числа видов на территории всего урочища или овражно-балочного комплекса (β - разнообразие), приводит к увеличению продуктивности сообщества в целом.

Исследования выполнены в рамках реализации государственного задания Министерства образования и науки РФ Белгородским государственным национальным исследовательским университетом на 2013 год (№ проекта 5.2614.2011).

Рецензенты:

Ткаченко Иван Константинович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, профессор кафедры анатомии и физиологии живых организмов биолого-химического факультета Белгородского государственного научного исследовательского университета (НИУ «БелГУ»), г. Белгород.

Котлярова Екатерина Геннадьевна, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры земледелия и агрохимии агрономического факультета Белгородской государственной сельскохозяйственной академии им. В. Я. Горина, пос. Майский, Белгородской обл.