Еколого-біологічні основи створення різнофункціональних трав"янистих фітоценозів на південному сході України - Автореферат

Так знищення травянистих фітоценозів на Україні і, особливо степів на південному сході, призвело до значних екологічних порушень, а безсистемне використання залишків природних фітоценозів, що останнім часом виконували роль сінокосів та пасовищ, значно спростило їх структурно-функціональну організацію, знизило стійкість і продуктивність, посилило ерозійні процеси ґрунтів (Хархота, Чайка, 1985; Юрченко и др., 1993). Дослідження є складовою частиною плану НДР Донецького ботанічного саду НАН України: "Розробка теоретичних і практичних моделей багатовидових кормових агрофітоценозів" номер державної реєстрації № ДР 0196U001213 розділу: "Теоретичне і практичне обґрунтування створення натурних моделей кормових агрофітоценозів"; госпдоговірною НДР Донецького ботанічного саду НАН України: "Створення багаторічних високопродуктивних агрофітоценозів за участю видів інтродуцентів ДБС НАН України " - номер державної реєстрації № ДР 0196U001213 розділу: "Підбір компонентів травосумішей з участю кормових та лікарських рослин для ділянок з різними екологічними умовами". Мета і завдання досліджень: вивчити функціональні особливості штучних травянистих фітоценозів на їх натурних моделях, виявити закономірності розвитку видів в рослинних угрупованнях, створених за різними підходами щодо добору видів та їх поєднання і розробити „ідеальну модель" багаторічних високопродуктивних травянистих фітоценозів стійких за видовим складом в умовах південного сходу України. Реалізація цієї мети обумовила постановку задач досліджень: на основі біоекологічної характеристики добрати пристосовані до екологічних умов види багаторічних трав з колекцій ДБС НАН України для використання їх у складі травянистих фіценозів; розробити натурні моделі багатовидових рослинних угруповань і вивчити їх функціональні особливості при емпіричному підході поєднання видів рослин та при поєднанні видів з урахуванням ценотичних взаємовідносин видів;За досвідом створення багаторічних багатовидових травостоїв довговічність та стійкість видового складу залежать:1) від відповідності видів рослин екологічним умовам місцезростання; 2) від міжвидових взаємовідносин, котрі визначаються фітоценотичними властивостями видів і лімітують присутність видів в угрупованнях; 3) структури рослинного угруповання (Быков, 1975; Миркин и др., 1984; Кондратюк, 1992; Дзыбов, 1994, 2002; Глухов и др., 2003). Всього було добрано 24 види: девять - з родини Fabaceae Lindley (Medicago sativa L. Фітоценотичну роль видів в природних фітоценозах визначали за фітоценотипами з використанням домінантної класифікації Б.А. Натурні моделі емпіричні - 12 варіантів модельних багатовидових травянистих рослинних угруповань, видовий склад яких формувався на підставі екологічної пристосованості видів, біогосподарської цінності (1987р.). Більшість з добраних видів довговічні (64 %) і в монокультурі зростають 20-25 рр., 35 % видів мають обмежений життєвий період - від одного до 5 років („ Метод. указ. по изучению коллекц. многолетних кормовых трав", 1979).Ценотична потужність видів кормових рослин з родини Poaceae в природних рослинних угрупованнях залежить від їх толерантності до умов зростання: 40 % видів, що досліджувались, є домінантами у широкій амплітуді екологічних умов, 40 % - у конкретних умовах зволоження, решта видів - тільки у вузько-обмежених екологічних умовах. Характер міжвидових взаємовідносин пяти видів злаків і трьох видів бобових в польових умовах різний: у поєднаннях злаків і бобових позитивний з боку бобових, негативний для бобових, що призводить до обмеження бобових або їх елімінації, у поєднаннях злаків - позитивний, нейтральний і негативний. Встановлена конкурентна спроможність пяти видів злаків в експериментальних умовах і складено ряд агресивності видів, від більш слабкого до конкурентно потужного (Agropyron pectinatum, Phleum phleoides, Dactylis glomerata, Arrhenatherum elatius, Festuca regeliana) та доведена доцільність їх суміщення в рослинних угрупованнях, при яких ефективніше використовуються ресурси середовища. Встановлено, що терміни проникнення цих видів в угруповання відрізняються: у одновидових - на третьому, а у двовидових угрупованнях - на пятому роках досліджень, що свідчить про більшу замкненість травостою при збільшенні кількості видів в угрупованнях. Досліджено структурно-функціональні особливості трьох типів натурних моделей в залежності від добору видів: емпіричних без врахування взаємовідносин видів; з використанням групи видів, які підпорядковані за конкурентною спроможністю; з групою видів злаків, що поєднані за прикладом поєднань у природних асоціаціях.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Обґрунтовано необхідність використання при доборі видового складу для створення багаторічних травянистих фітоценозів наступних підходів: еколого-біологічного (пристосованість видів до умов зростання), фітоценотичного (ценотична потужність видів, конкурентна спроможність, асоційованість).

2. Ценотична потужність видів кормових рослин з родини Poaceae в природних рослинних угрупованнях залежить від їх толерантності до умов зростання: 40 % видів, що досліджувались, є домінантами у широкій амплітуді екологічних умов, 40 % - у конкретних умовах зволоження, решта видів - тільки у вузько-обмежених екологічних умовах.

3. Домінанти і субдомінанти в природних асоціаціях степу, які представлені дернинними, коротко- і довгокореневищними життєвими формами в рослинних угруповання, в різних за екологічними умовах місцезростаннях знаходяться у наступних співвідношеннях: типові степи - 1,5 (щільнокущовий):1(короткокореневищний): 1(короткокореневищний), остепнені луки - 2 (щільнокущовий):1 (короткокореневищний): 1 (довгокореневищний); 8 (довгокореневищний): 1(довгокореневищний): 1 (короткокореневищний), типові луки -10-12( довгокореневищний) : 1 ( довгокореневищний): 1(короткокореневищний).

4. Характер міжвидових взаємовідносин пяти видів злаків і трьох видів бобових в польових умовах різний: у поєднаннях злаків і бобових позитивний з боку бобових, негативний для бобових, що призводить до обмеження бобових або їх елімінації, у поєднаннях злаків - позитивний, нейтральний і негативний.

5. Встановлена конкурентна спроможність пяти видів злаків в експериментальних умовах і складено ряд агресивності видів, від більш слабкого до конкурентно потужного (Agropyron pectinatum, Phleum phleoides, Dactylis glomerata, Arrhenatherum elatius, Festuca regeliana) та доведена доцільність їх суміщення в рослинних угрупованнях, при яких ефективніше використовуються ресурси середовища.

6. За динамікою щільності популяцій у модельних рослинних угрупованнях виявлено, що у більш конкурентно потужних видів рослин вона змінюється повільніше, ніж у конкурентно слабких видів. Зменшення кількості особин на одиницю площі є причиною спонтанного заселення у видовий склад рослинних угруповань видів, які умовно поділено на дві фракції: культуранти і буряни. Встановлено, що терміни проникнення цих видів в угруповання відрізняються: у одновидових - на третьому, а у двовидових угрупованнях - на пятому роках досліджень, що свідчить про більшу замкненість травостою при збільшенні кількості видів в угрупованнях.

7. Вперше розроблено оригінальні схеми структури багатовидових модельних рослинних угруповань з рівномірним розміщення особин, де види повязані певними взаємовідносинами за їх конкурентною потужністю і стратегічними властивостями. Досліджено структурно-функціональні особливості трьох типів натурних моделей в залежності від добору видів: емпіричних без врахування взаємовідносин видів; з використанням групи видів, які підпорядковані за конкурентною спроможністю; з групою видів злаків, що поєднані за прикладом поєднань у природних асоціаціях.

8. Виділено три варіанти пяти і семивидові рослинних угруповань серед емпіричних модельних угруповань з високою продуктивністю, співвідношенням господарсько цінних груп видів (злаків і бобових), тривалістю і стійкістю видового складу. Тривалість існування видів злаків у травостої, їх роль у формуванні рослинних угрупованнях повністю залежать від фітоценотичних особливостей видів. Злаки, що інтродуковані з місцевої флори, в штучних рослинних угрупованнях в умовах досліду зберігають свою фітоценотичну роль і є ценотично потужними протягом тривалого часу.

9. Встановлено, що фітоценотична роль видів злаків в експериментальних рослинних угрупованнях, поєднаних за еталоном природних асоціацій зберігається. Первинно штучно створене співвідношення (1:1) видів в угрупованнях змінюється упорядкованим, згідно їх ценотичної ролі. На розвиток видів злаків негативно позначається їх кількість в одному угрупованні, та позитивно - видів бобових, однак, у багатовидових угрупованнях з декількома видами злаків підвищується їх життєвість.

10. Структура три і пятивидових варіантів рослинних угруповань, яка побудована на підпорядкованості конкурентно потужному Arrhenatherum elatius (L.) J. et C. Presl. - більш слабкими, не залежно від кількості видів за роки досліджень поступово йде по напрямку формування монодомінантного угрупування. У семивидовому угрупованні завдяки присутності інших ценотично потужних видів злаків з повільнішими темпами розвитку, ценотичний вплив котрих наростає поступово, формується динамічно врівноважена структура рослинного угруповання.

11. Важливим фактором стійкості і стабільності видового складу є використання двох або трьох ценотично потужних видів (відносно однакового рівня) з різними темпами розвитку, які можуть виявляти свій вплив у різні терміни функціонування травостою, залежно від біологічних особливостей розвитку у багатовидових угрупованнях, де „ідеальним рішенням" багатовидового рослинного угруповання є усереднена модель, яка має риси екологічної структури природних рослинних угруповань, а у видовому складі може поєднувати пристосовані до екологічних умов південного сходу інтродуковані види з місцевої і інорайонних флор та високопродуктивні сорти.

1. Юрченко И.Т., Шевчук О.М., Купенко Н.П., Кохан Т.П. Структурно-функциональные особенности кормовых агрофитоценозов // Интродукция и акклиматизация растений. - 1999. - Вып.32. - С. 86 - 95. (Здобувач приймав участь у зборі фактичного матеріалу, узагальненні результатів досліджень).

2. Юрченко И.Т., Шевчук О.М., Кохан Т.П. Моделирование многокомпонентных кормовых агрофитоценозов // Промышленная ботаника. - 2001. - Вып.1. - С. 38-44. (Здобувач прийняв участь у дослідженнях, опрацюванні результатів досліджень).

3.Глухов А.З., Юрченко И.Т., Кохан Т.П. Особенности взаимоотношений видов кормовых растений в двухкомпонентных сеяных сообществах // Промышленная ботаника. - 2002. - Вып.2. - С. 170 - 177. (Здобувачем розроблено схему експериментів, проведено дослідження взаємовідносин видів, опрацьовано результати досліджень).

4. Юрченко І.Т., Шевчук О.М., Кохан Т.П. Динаміка видового складу сіяних угруповань кормових рослин // Промышленная ботаника. - 2003. - Вып. 3. - С. 52 - 58. (Матеріали досліджень зібрані здобувачем самостійно, у співавторстві опрацьовані результати досліджень).

5. Кохан Т.П. Зависимость продуктивности кормовых растений от условий произрастания // Промышленная ботаника. - 2003. - Вып. 3. - С. 153 - 157.

6. Кохан Т.П. Изучение роста кормовых растений в искусственных многовидовых сообществах // Промышленная ботаника. - 2003. - Вып. 3. - С. 234 -238.

7. Кохан Т.П. Розвиток Bromopsis inermis (Leys.) Holub в багатовидових модельних рослинних угрупованнях // Укр. ботан журн. - 2005. - том 62, № 2. - С. 248 - 254.

8. Кохан Т.П. Розвиток Arrhenatherum elatius(L.) J. et C. Presl. в штучних рослинних угрупованнях // Промышленная ботаника. - 2005. - Вып.5. - С. 261 - 264.

9. Юрченко І.Т., Шевчук О.М., Кохан Т.П. Натурні моделі кормових агрофітоценозів // Тез. XI зїзду Укр. ботан. тов-ва (Харків, 2001). - Харків. ? С.436 - 437. (Здобувачем проведено польові дослідження, узагальнено результати досліджень).

10. Рекомендации по восстановлению продуктивности естественных кормовых угодий в Донбассе / Глухов А.З., Юрченко И.Т., Шевчук О.М., Купенко Н.П., Кохан Т.П. Донецк: Б.и., 2001. - 48 с. (Здобувач приймав участь у аналізі результатів багаторічних досліджень штучних ценозів).

11. Кохан Т.П. Коллекция новых кормовых растений в Донецком ботаническом саду Национальной академии наук Украины // Матер. докладов Междунар. научн. конф., посвященной 70-летию со дня основания ЦБС.- Минск, 30 - 31 мая, 2002. - C. 144 - 145.

12. Юрченко И.Т., Кохан Т.П. Подбор видов для создания кормовых агрофитоценозов длительного использования на юго-востоке Украины // Матер. IV Міжнар. наук. конф. "Промислова ботаніка: стан та перспективи розвитку" (Донецьк, вересень, 2003). - Донецьк: ТОВ "Лебідь", 2003. - С. 438 - 441.

13. Глухов О.З., Юрченко И.Т., Шевчук О.М., Кохан Т.П. Эколого-фитоценотические аспекты создания высокопродуктивных адаптивных коромовых агрофитоценозов // Матер. IV Міжнар. наук. конф. "Промислова ботаніка: стан та перспективи розвитку" (Донецк, вересень, 2003). - Донецьк: ТОВ "Лебідь", 2003. - 242-244.

14. Глухов А.З., Юрченко И.Т., Шевчук О.М., Кохан Т.П. Опыт создания многокомпонентных кормовых агрофитоценозов на юго-востоке Украины // Сохранение и устойчивое использование растительных ресурсов. Сб. научн. тр.: Мат. Междунар. Симпозиума к 70-летию бот.сада им. Э. Гареева НАН КР. - Бишкек: Б.и., 2003. - С 72 - 77.

15. Кохан Т.П. Фитоценотический оптимум Agropyron pectinatum (Bieb.) Beauv. в растительных сообществах исскуственной степи // Матер. IV Міжнар. наук. конф. "Промислова ботаніка: стан та перспективи розвитку" (Донецьк, вересень, 2003). - Донецьк: ТОВ "Лебідь", 2003. - 262 - 264.

16.Кохан Т.П. Создание устойчивых многокомпонентных кормовых агрофитоценозов длительного использования на юго-востоке Украины // Матер. Міжнар. наук.-практ. конф. „Оптимізація агроландшафтів: раціональне використання, рекультивація, охорона", Дніпропетр. держ. аграр. ун-т. - Дніпропетровськ, 2003. - С. 91 - 93.

17. Кохан Т.П., Юрченко І.Т. Фітоценотичні особливості злаків в природних угрупованнях // Й.К. Пачоський та сучасна ботаніка. - Херсон: Айлант, 2004. - С. 208-211.

18. Кохан Т.П., Юрченко І.Т. Вивчення морфологічної структури природних фітоценозів як моделі для створення кормових агрофітоценозів тривалого терміну використання // Матер. наук. практ. конф. „Збереження біорізноманітності на південному сході України" (Донецьк, вересень, 2004). - Донецьк: ТОВ "Лебідь", 2004. - С. 159 - 160.

19. Кохан Т.П. Встановлення конкурентної спроможності деяких видів злаків // Матер. ІІ Міжнар. наукової конференції „Відновлення порушених природних екосистем" (Донецьк, вересень, 2005). -Донецьк: ТОВ „Лебідь", 2005. - C.161 - 162.

20. Пат. 7100 U UA, МКИ 7 А01G1/00І. / І.Т. Юрченко, О.З. Глухов, Н.П. Купенко, Т.П. Кохан, О.М. Шевчук, Т.А. Журавель, В.І. Галушко. „Спосіб створення кормового агрофітоценозу": Деклараційний патент на корисну модель. - Бюл. № 6. 15.06.2005. - 4 с. (Здобувач приймав участь у розробці способу, зборі та узагальненні матеріалів досліджень, офорленні опису корисної моделі).