АгроСборник.Ру

Особенности биопродукционных процессов в смешанных агроценозах, различающихся пространственной структурой и соотношением компонентов

Прохоров В.Н.1к.б.н., Ламан Н.А.1д.б.н., Шашко К.Г.2 к.б.н., Кравченко В.М.2 к.б.н., Росоленко С.И.1, Тимофеева И.В.1

1Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф.Купревича НАН Беларуси, Минск

2Институт земледелия и селекции НАН Беларуси,  г.Жодино, Беларусь

Важная цель устойчивого сельского хозяйства (Sustainable agriculture) состоит в создании и поддержании биоразнообразия в сельскохозяйственных экосистемах, используя в качестве модели принципы, заложенные в природе, в то время как монокультуры представляют классический пример пути снижения уровня биологического разнообразия [1]. Так, из 150 видов растений, используемых в пищу, 15 обеспечивают более чем 90 % мирового продовольствия, а три из них (рис, кукуруза, пшеница) дают 2/3 от общего объема. Игнорирование принципа биологического разнообразия во многом определило негативные последствия техногенной интенсификации растениеводства. Большинство практикуемых индустриальных технологий в растениеводстве, противоречат принципам организации и функционирования природно-естественных ландшафтных структур – экосистем [2]. В этой связи для человечества как никогда необходим поиск альтернативных технологий, которые меньше зависят от использования полезных ископаемых. Поэтому акцент должен ставится на разработку сложных сельскохозяйственных систем, в которых взаимодействия между биологическими компонентами заменяют внешние вложения ресурсов, способствуя нормальному функционированию механизмов, увеличивающих продуктивность агроценозов и обеспечивающих защиту растений. В связи с этим сельское хозяйство будет прогрессировать за счет достоинств, которыми природа наделила растительные смеси и многовидовые сообщества [3]. Однако исторически сложилось так, что практика поликультур считается примитивной, а на смену ее должны были прийти чистые посевы в результате естественного и неизбежного развития сельского хозяйства. Совсем недавно мы осознали, что смешанные посевы не только широко распространены (на более чем 50 % всех сельскохозяйственных земель), но и имеют большое значение во всех регионах мира. Благосостояние большинства фермеров в мире, особенно в областях, расположенных в тропических регионах, зависит от продуктивности смешанных посевов. В тропиках смешанные посевы занимают от 17% (Индия) до 94% (Малави) возделываемой земли. Почти 100% коровьего гороха в Африке, 70-80% бобов, 60% кукурузы в Латинской Америке выращиваются в смесях. В настоящее время существует большое количество примеров широкого распространения смешанных посевов в современных индустриальных странах: пшеница с соей или бобами; кукуруза с соей или бобами; сорго с соей; возделывание зерновых культур с овощами и т.д. В Дании рассматривают смешанные культуры в качестве основных путей по решению проблемы дефицита растительного белка и сбалансированности кормов, поскольку в соответствии с новыми правилами к 2005 году страны ЕС должны быть полностью обеспечены растительным белком [1].

Очевидно, что поликультура предлагает решения многих проблем, свойственных монокультурному производству, таких как: снижение устойчивости к антропогенным воздействиям; уменьшение экономического дохода; сложности в борьбе с болезнями и вредителями; сокращение биологической вариабельности; снижение уровней продуктивности и качества получаемой продукции и др. [4]. В этой связи поликультура становится важнейшим резервом адаптивного пути интенсификации земледелия. Однако, несмотря на огромное количество исследований, проводимых в различных странах мира по данной проблеме, многие вопросы не только остаются дискуссионными, но по-прежнему далеки от решения. Комбинации компонентов смесей, стабильно дающие трансгрессивные отклонения в урожайности, выявляются либо в результате многолетних трудоемких полевых экспериментов, либо чисто интуитивно. Только создание экологически обоснованной методологической базы позволит значительно сократить время на обоснование оптимальных конструкций смешанных агроценозов.

В связи с этим целью наших исследований являлось изучение закономерностей формирования смешанных злаково-бобовых агроценозов, различающихся пространственной структурой и соотношением компонентов, напряженностью межвидовых и внутривидовых конкурентных отношений. Для выполнения поставленных задач проведено обоснование наиболее перспективных экспериментальных схем, унификация методов закладки опытов и оценки эффективности смесей [5], создана специальная посевная машина, позволяющая реализовать в производственных условиях практически любые комбинации бинарных посевов. Исследования с бинарными смесями выполнены на опытном поле Института земледелия и селекции НАН Беларуси (э/б «Жодино»). Объектами исследования служили  озимые (пшеница, тритикале, рожь) и яровые (ячмень, овес) хлебные злаки, озимая вика и различные морфотипы  гороха и люпина узколистного. Соотношение компонентов устанавливали, исходя из общепринятой оптимальной нормы высева каждой культуры в чистых посевах. Эксперименты проведены по схеме замещения. В этом случае часть одной из культур смеси дополняли эквивалентной частью другой. Например, вариант с соотношением компонентов 50:50 означает, что норма высева каждого из компонентов составляет 50% от таковой для каждого из них в чистом посеве. Изменение пространственной структуры ценоза при постоянном соотношении компонентов достигалось высевом их одновременно в общий рядок (50:50%) или чередованием рядков (1:1, 2:2), в которые высевался один из компонентов.

Анализ многолетних экспериментальных данных с различными злаково-бобовыми смешанными агроценозами показал, что если при пространственной структуре ценоза, созданной путем высева семян в общий рядок, хозяйственная продуктивность злака в основном возрастает с увеличением его доли в посеве, то при черезрядном размещении компонентов в некоторых вариантах, наоборот, отмечается снижение (табл.1). Так, с увеличением числа смежных рядков ярового ячменя с 2 до 3 (количество растений злака на площади возрастает с 67 до 75%) фактическая урожайность снижается на 0,8 ц/га, а с 2 до 4 при двух смежных рядках гороха - на 0,5 ц/га. Данная закономерность имела место и в опытах с другими культурами.

Таблица 1 Ожидаемая и фактическая урожайность ярового ячменя сорта Гонар в смесях с горохом усатого морфотипа сорта Белус

 

 

Вариант

опыта

Урожайность, ц/га

Прирост хозяйственной продуктивности смеси в % к

расчетной ожидаемой

ячмень

горох

Смесь

ожи-дае-мая

фак-тическая

ожи-даемая

фак-тиче-ская

ожи-даемая

фактическая

Ячмень, 100%

-

48,6

-

-

-

-

-

Горох, 100%

-

-

-

30,7

-

-

-

1:1

24,3

34,2

15,4

12,7

39,7

46,9

18,1

2:1

32,6

40,1

10,1

7,9

42,7

48,0

12,4

3:1

36,5

39,3

7,7

7,6

44,2

46,9

6,1

2:2

24,3

31,7

15,4

12,8

39,7

44,5

12,1

4:2

32,6

31,2

10,1

13,9

42,7

45,1

5,6

6:2

36,5

40,1

7,7

8,5

44,2

48,6

10,0

50:50 %

24,3

27,4

15,4

15,9

39,7

43,3

9,1

67:33 %

32,6

37,5

10,1

11,6

42,7

49,1

15,0

75:25 %

36,5

43,4

7,7

7,4

44,2

50,8

15,0

Установлено, что в посевах, состоящих из трех смежных рядков злака и одного бобового, имеет место сильное угнетение растений центрального рядка крайними. Снижение мощности растений центрального рядка проявляется в резком уменьшении их надземной биомассы, высоты и продуктивной кустистости. По биомассе крайние рядки превышают центральные на фазе колошения почти в 1,4 раза. Анализ структуры урожая показал, что в результате внутривидовой конкуренции у растений центрального рядка наблюдается снижение массы 1000 зерен, количества зерен в колосе и на растении, и в конечном итоге хозяйственной продуктивности (в 1,26 раза). Такая же закономерность отмечена и в варианте 4:2. Для оценки внутривидовых конкурентных отношений заложены полевые опыты с постепенным увеличением числа смежных рядков злака и одним рядком бобового компонента (1:1; 2:1; 3:1; 4;1; 5:1; 6:1; 7:1; 8:1; 9:1). Исследования показали наличие волнового характера изменения хозяйственной продуктивности посева с увеличением числа смежных рядков злакового компонента с 1 до 9 (рис.1), причем направленность данного процесса определяется особенностями конкурентоспособности культур – компонентов.

Рис. Влияние пространственной структуры и соотношения компонентов на хозяйственную продуктивность озимой пшеницы в зависимости от  проявления ее конкурентоспособности в смесях, 2000 г.

Условные обозначения: 1-9 – число рядков злака от 1 до 9, Кп – чистый посев злака; сплошная линия - продуктивность пшеницы в смесях, где она менее конкурентоспособна; пунктирная – более конкурентоспособна.

Так, хозяйственная продуктивность озимой пшеницы в смесях, где она является более конкурентоспособной в отношении другого компонента (по величине коэффициента конкурентоспособности, CR), была максимальной в вариантах с четным числом рядков злака. В смешанных посевах, в которых пшеница по конкурентоспособности уступает бобовому компоненту, наоборот, более высокая продуктивность отмечается в вариантах с нечетным числом рядков злака. Данная закономерность получена и в полевых опытах, проведенных с другими злаковыми и зернобобовыми культурами. Такой характер влияния пространственного расположения компонентов на хозяйственную продуктивность смешанных агроценозов определяется особенностями внутривидовой конкуренции в смежных рядках злака в зависимости от баланса межвидовой конкуренции компонентов [6]. Анализ литературных данных, посвященных исследованиям смешанных агроценозов, сформированных чередующимися рядками культур - компонентов, подтвердил полученные нами результаты [7,8]. Так, в исследованиях смесей арахиса с голубиным горохом и нута с индийской горчицей, в которых арахис и нут являются менее конкурентоспособными в данных парах компонентов, максимальная продуктивность получена в вариантах с нечетным (3:1) числом рядков (табл.2).

 

Таблица 2 Влияние пространственной структуры и соотношения компонентов на хозяйственную продуктивность компонентов отдельных смесей в Индии

 

 

Варианты опыта

Соотношение компонентов, %

Хозяйственная продуктивность смешанного посева арахиса

с голубиным горохом, кг/га [7]

Хозяйственная продуктивность смешанного посева нута

с индийской горчицей, кг/га [8]

арахис

голубиный горох

общий

урожай смеси

нут

индийская горчица

общий

урожай смеси

3:1

75:25

980

1470

2450

1819

904

2723

4:1

80:20

970

1300

2270

1519

986

2505

Чистый посев

100

1620

1990

-

2424

2053

-

 

Из таблицы видно, что, несмотря на увеличение степени насыщения смесей нутом и арахисом  с 75 до 80%, происходит снижение их продуктивности, обусловленное усилением внутривидовой конкуренции при такой схеме пространственного размещения компонентов. Таким образом, найденные закономерности направленности внутривидовой конкуренции в зависимости от характера межвидовой позволяют выделить варианты с высокой продуктивностью уже на начальных этапах планирования экспериментов со смешанными агроценозами.

 

Литература

1. Salcini M.C., Holdensen L., Lowman S.K., et.al. Organic grain intercropping in Denmark. - 2002.

2. Тюрюканов А.Н., Федоров В.М. Вестник грядущего естествознания // Почвоведение. – 1996. - N 3. - С.243-249.

3. Altieri M.A. Agroecology: The Scientific Basis Of Alternative Agriculture. -1995.

4. Geno L., Geno B. Polyculture Production. Principles, Benefits and Risks of Multiple Cropping Land Management Systems for Australia 2001. A report for Rural Industries Research and Development Corporation. RIRDC Publication No 01/34/ RIRDC Project No AGC-3A.

5. Ламан Н.А., Самсонов В.П., Прохоров В.Н. и др. Методическое руководство по исследованию смешанных агрофитоценозов. - Минск, 1996. - 101 с.

6. Прохоров В.Н., Ламан Н.А., Шашко К.Г., Кравченко В.М. Особенности конкурентных отношений в смешанных агроценозах в зависимости от пространственного размещения компонентов // Регуляция роста, развития и продуктивности растений: Материалы III Межд. конф. – Минск, 2003. -С.107-108.

7. Jagannath M.K., Sunderaraj N. Productivity equivalent ratio and statistical testing of its advantage in intercropping // J. Indian Soc. Agric. Stat. - 1987. - Vol.39. N 3. - P.289-300.

8. Menta O.P., Bhola A.L., Bagga R.K. Intercropping of Indian mustard (Brassica juncea) with chickpea (Cicer arietinum) in semi-arid tropics of north India // Indian J. Аgr. Sc. – 1990. - Т. 60, N 7. - P.463-466.

Добавить комментарий

Вы можете оставить свой комментарий авторизовавшись при помощи любой из представленный социальных сетей:

       


Защитный код
Обновить

Поделиться!

Понравилась статья? Расскажите о ней знакомым или оставьте комментарий!

Написать в Facebook Поделиться ВКонтакте В Google Buzz Записать себе в LiveJournal Показать В Моем Мире В дневник на LI.RU Поделиться ссылкой в Моем Круге

Сотрудничество|Связаться с нами

АгроСборник.Ру © 2011-2018. Все Права Защищены.


Яндекс.Метрика