Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

В России сегодня, как и в прошлом, равнинные территории играют первостепенную роль в обеспечении почвенно-земельными ресурсами. Преимущественно равнинные территории служили базисом для земледелия, как в Европейской России, так и в иных районах страны. Это объясняется удобством освоения и обработки земель, максимальной применимостью нормативно-административных мер по территориальному планированию, землеустроительным работам, ведению реестров земель и агрохозяйственных угодий, соответствующему агрохозяйственному зонированию, ирригации, мелиорации, рекультивации, подведению связующих путей транспортно-логистического сообщения и т.п.

Разнообразие погодно-климатических, ландшафтных и экогеосистемных условий на территории России, в том числе в ее центрально-европейской части, позволяет строить и воплощать в жизнь многообразные проекты по планированию и контролю землепользования на значительных площадях. Во многом полезно, если планирование в системе управления и регулирования землепользованием будет ориентироваться на естественный природно-ресурсный базис, основные тренды в ландшафтно-экологической и в метеоролого-климатической динамике, средневзвешенный фон лимитирующих экологических факторов, характер растительности и непосредственно на биоэкологизацию самого земледелия. Ведь многообразные процессы в ландшафтах и экогеосистемах определяют почвообразование и, следовательно, естественные возможности природно-территориальных и природно-хозяйственных (эксплуатационных и учебно-опытных полей, огородов, садов, лесополос, сельскохозяйственных лесов, эколого-защитных, декоративных и плодово-ягодных дендрологических питомников и т.п.) комплексов на землях сельскохозяйственного и иного назначения, на которых предусмотрена сельскохозяйственная деятельность.

Кроме того, территория России в совокупности в настоящее время рассматривается в качестве определенного естественного базиса для охраны и воспроизводства ресурсов биомов и экогеосистем межрегионального и даже глобального масштабов. Об этом определенно свидетельствуют физико-географические характеристики и историческая память народа о развитии нашей страны в разные временные эпохи. Земля и земледелие, в общем, всегда имели решающее значение в обеспечении жизненных потребностей местного населения.

В прошлом, в настоящем и в будущем сельскохозяйственные земли представляют стратегическую ресурсно-экологическую базу и будут являться таковой для обеспечения продовольственной безопасности России. Ввиду ожесточения санкционного давления извне обеспечение продовольственной (для населения), экологической (по отношению к почвам, ландшафтам и агроэкосистемам) и санитарно-гигиенической (применительно к пищевому и кормовому сырью сельскохозяйственного производства) безопасности выходит на первый план. Качество почвенно-земельных ресурсов и, соответственно, санитарно-гигиенические и хозяйственно ценные характеристики возделываемых на них сельскохозяйственных растений тесно взаимосвязаны. Поэтому актуальным является вопрос о создании таких условий, чтобы почвенно-земельные ресурсы сохраняли и продуцировали свои экокачества.

Накопленный практический и научный опыт кормового, пищевого, технического и почвозащитного растениеводства указывает на целесообразность искусственного отбора растений для решения многих хозяйственных задач. В частности, растениеводство применительно к кормовым культурам ориентировано на повышение эффективности землепользования на принципах органического земледелия – устойчивого экохозяйствования. Целенаправленный отбор сортов и гибридов с требуемыми биологическими, экологическими и хозяйственными свойствами позволяет повысить эффективность растениеводства при снижении трудовых и материальных затрат, а также затрат на посадочный материал, агротехнику и т.д. В данном случае именно биоэкологизация на базе такого отбора решает задачи сельскохозяйственного растениеводства. Вопрос раскрывается применительно к сортам и гибридам люцерны – уникальной бобовой культуры для многих ландшафтов России [1].

Важно отметить, что люцерна представляет уникальный ботанический объект и достаточно молодую культуру для агроландшафтов нечерноземной зоны России [2]. Эта культура еще недостаточно изучена, особенно в вопросе экологической толерантности к лимитирующим метеоклиматическим явлениям, к интенсивности потребления кормовых ресурсов, к антропогенно-экологическим факторам и к другим неблагоприятным процессам.

Селекция и тщательный отбор растений для создания культурных фитоценозов с высокими качествами биоэкологической устойчивости и биолого-хозяйственной продуктивности позволяет решать многие насущные задачи. В частности, дикорастущие и подвергнутые планомерному искусственному отбору представители рода люцерна призваны обеспечить, с одной стороны, высокие характеристики культурности самих агрогеоэкосистем. С другой стороны, такие управляемые на основе уникальности биологических и экологических признаков фитоценозы позволяют обеспечить экологическую стабильность и необходимый хозяйственно-ресурсный функционал земель практически на различных территориях. Для современного времени это актуально и важно.

Для исследований возможности применения в кормовом растениеводстве использованы люцерна изменчивая (Medicago varia Mart.), люцерна желтая (M. falcate L.) и др. представители люцерны. В работе отражены результаты по M. varia Mart.

Цель работы состояла в изучении и комплексной оценке биологических, экологических и хозяйственных свойств растений люцерны как базовой культуры для формирования устойчивых фитоценозов с уникальными экологическими и хозяйственными качествами.

Материалы и методы исследования

Для исследований и наблюдений использован исходный материал из генофонда ФНЦ «ВИК им. В.Р. Вильямса». В качестве стандарта выбран сорт люцерны, созданный в этой организации. Полевые наблюдения и вегетационные опыты проведены с использованием общепринятых методов и приемов [1, 2]. Выполнены наблюдения и эколого-ботанические описания, фенологические исследования применительно к люцерне изменчивой и люцерне желтой в качестве перспективного материала для создания культурных фитоценозов с разнообразными ландшафтно-экологическими и хозяйственными признаками. Исследования и анализ результатов приурочены к дерново-подзолистым почвам российского Нечерноземья.

Морфологически кусты люцерны могут иметь существенные различия. Это связано с существенным варьированием особенностей экологии, строения, физиологии, биохимии и самого жизненного цикла у особей этой культуры. Особи данной культуры способны с существенной вариабельности биологических параметров, включительно с существенными отличиями кущения. Особое значение имеют коронка – зона кущения, а также особенности корневой системы. Морфо-анатомические особенности коронки определяют жизнеспособность, фенодаты и специфику развития растений люцерны, с учетом ее специфичных видовых и сортовых признаков. Именно от способности возобновления надземной фитомассы из зоны кущения зависят ботанико-экологические и многие хозяйственные признаки люцерны. От жизненного цикла, общего состояния и устойчивости растений люцерны зависят биозащитные и фитомелиоративные качества ее видов, сортов и гибридов для почв и ландшафтов.

Показана ранее [3–5] экспериментально перспективность гибридов люцерны. Они демонстрируют [5–7] явно лучшие в разных условиях вегетативные и генеративные признаки.

При этом некоторые лимитирующие экологические факторы могут оказывать воздействие на процесс возобновления надземной фитомассы и в целом на развитие растений люцерны. В Нечерноземье одним из ведущих совокупных лимитирующих факторов являются неблагоприятные и агрессивные условия русской зимы и всего холодного периода года [8]. Комплексная способность растений противостоять таким факторам именуется зимостойкостью [9–11]. Именно опасность агрессивных проявлений погоды наиболее ярко проявляется в течение всей зимы и также ранней весной [12, 13].

Как раз размеры и форма розетки стеблей являются наглядным диагностическим признаком биоэкологической устойчивости растений люцерны к неблагоприятным факторам холодного периода (зимы, ранней весны, осени). В весенние периоды и при скашивании в осенние периоды, в частности, развиваются розетки стеблей с укороченными междоузлиями. Малоустойчивые и неустойчивые к неблагоприятным метеоролого-климатическим факторам у сортотипов синей люцерны розетки формируются в основном прямостоячие. Указывались некоторые сведения ранее, что люцерна изменчивая и люцерна серповидная благодаря особенностям строения их зон кущения характеризуются высокой устойчивостью [14].

Большое значение также имеет форма куста, форма розеток в осенние периоды, а также глубина кущения и особенности прохождения фенофаз развития в весенние периоды (то есть во время наиболее интенсивной вегетации и формирования биомассы растений). В совокупности приведенные и другие биологические и экологические особенности строения и развития определяют экологическую толерантность люцерны к неблагоприятным факторам холодных периодов жизни и к другим лимитирующим условиям (отношение к условиям почвенного увлажнения, питательным веществам и иным агрогеохимическим характеристикам почв, почвенной флоре и фауне, морфофизическим качествам почв, параметрам освещенности, фотопериодизму, болезням, сорным растениям, животным-вредителям и др.), а также во временные диапазоны между укосами. Как правило, растения люцерны с образующими прямостоячими кустами отчетливо обладают самым скорым ростом и, соответственно, большей интенсивностью развития надземной биомассы. При этом зимостойкость у растений люцерны с прямостоячими кустами, как показали исследования ряда авторов, оказывалась либо среднего уровня, либо низкого уровня. Наоборот, также указано и на высокий диапазон экологической толерантности к комплексу факторов холодного периода у люцерны [14, 15]. Речь о сортах и гибридах люцерны, формирующих прямостоячие кусты [15–17]. Имеют значение и другие морфологические, анатомические и экологические особенности строения, выявляемые в течение вегетации и всего жизненного цикла. Среди них можно выделить сочетание высокого уровня экологической толерантности к комплексу лимитирующих экологических факторов холодного периода и медленное отрастание стеблей. То есть наблюдается в итоге медленное формирование надземной и подземной фитомассы у люцерны.

Результаты исследования и их обсуждение

В ходе работы выполнен цикл исследований и последующая комплексная оценка растительных сообществ на базе травосмеси со злаковыми травянистыми растениями (овсяницей луговой, тимофеевкой луговой), четырьмя сложногибридными популяциями люцерны СГП 387, СГП 76, СГП 79 и СГП 12. В качестве стандарта был использован сорт люцерны Луговая 67. Представлены далее данные на два укоса.

В итоге установлено следующее (табл. 1). Растения в эксперименте показали высокую экологическую толерантность к совокупности неблагоприятных факторов холодного периода (к длительным и кратковременным низким температурам, ветрам, оттепелям, повреждающим воздействиям ледяных корок и т.д.). Зимостойкость определялась визуально. Учитывался процент перезимовавших растений. Она составила от 85–87 (СГП 76) до 95–98 % (СГП 12). Это обобщенно отражено в табл. 1. Примечательно, что у растений люцерны сорта Луговая диапазон зимостойкости составил от 67 до 97%.

Таблица 1

Зимостойкость перспективных образцов люцерны

Феномониторинг [18–20] позволяет раскрыть основные тенденции и, главное, сроки прохождения основных фенологических фаз во время вегетационных периодов у растений.

Фиксация данных фенологического мониторинга показала некоторую схожесть в прохождении гибридами люцерны биоэколого-диагностических фенодат. То есть во время вегетации между вариантами существенной разницы не обнаружено.

Таблица 2

Основные фенофазы перспективных образцов люцерны

Таблица 3

Облиственность перспективных образцов люцерны по укосам

Отметим, что в весенний период наблюдается дружное отрастание у гибридных растений. Небольшие отличия наблюдаются лишь в период начала цветения. Полная схожесть установлена по фенодате бутонизации. Период цветения ознаменовался некоторой вариабельностью исследуемых вариантов растений люцерны, на что указывают данные в табл. 2.

Из теоретической и экспериментальной ботаники, экологии, включительно из теории и опыта фитомониторинга и, в частности, из практики фитоиндикации состояния экосистем и ландшафтов следует, что некоторые надземные органы являются универсальным индикатором в ответ на внешние раздражения, процессы и агрессивные воздействия.

Для исследования и анализа качества образуемой надземной биомассы культурных растений устанавливаемые параметры облиственности также имеют первостепенное значение. Как и в классической фитоиндикации, в сельскохозяйственной биологии, растениеводстве, в селекции и отборе растений анализ показателей облиственности [6, 19–21] имеет значение в вопросах хозяйственной перспективности и экологической устойчивости культур. Ассимиляционные органы и, в частности, совокупный листовой аппарат [21–23] в данном случае имеют определенный приоритет ввиду их эколого-биологической роли для растений – инженеров соответствующих фитоценозов, значения для обеспечения устойчивости пространственной и экологической структуры фитоценозов, поддержания экологического функционала для почвозащитных и агрохозяйственных целей.

Наблюдения за листовым аппаратом включенных в эксперимент растений показали следующие результаты (табл. 3). На фоне соответствующих неблагоприятных внешних факторов регистрировалось явление усыхания листьев в первом укосе. Листья осыпались при учете. Это важный биоэколого-диагностический признак состояния изучаемых растений.

Облиственность растений люцерны колебалась от 29,2 (СГП 387) до 36,7 % (СГП 12) в первом укосе до 41,9 (СГП 387) – 48,0 % (СГП 76) во втором, у сорта Луговая 67, соответственно 30,1–45,8 %. Рост параметров облиственности является естественными. Тем не менее рассмотренные растения демонстрируют тренд на выработку приспособленности к скашиванию. В нашем случае все-таки рост облиственности не так высок, как в проведенных ранее исследованиях (на примерах растений из разных хозяйственных и экологических групп). Наши данные свидетельствуют о приобретении экологической устойчивости анализируемых представителей растений и образуемых на их основе фитоценозов.

Способность люцерны формировать полноценный листовой аппарат показывает на активность фотосинтетического аппарата, возобновимость образовательных тканей и на устойчивость метаболизма к такому лимитирующему антропогенному фактору, как скашивание. Это важные сведения и вывод для решения растениеводческих целей в условиях нечерноземной зоны и на соседних территориях. Кроме того, биолого-экологический параметр облиственности, определяемый комплексом внутренних и внешних условий, показывает на эффективность набора фитомассы образцами люцерны в качестве кормовой, почвозащитной, ресурсосберегающей, ресурсопроизводящей культуры по отношению к почвенным ресурсам и как ландшафтно-стабилизирующего растения.

Заключение

По совокупности рассмотренных в данной работе биологических и экологических признаков образцов люцерны можно заключить следующее. Растения обладают относительной дружностью отрастания, бутонизации и отчасти цветения.

Кроме того, рассмотренные образцы люцерны показали высокую зимостойкость, что важно для центрально-европейской части России с умеренным климатом, когда в холодные периоды случаются частые неблагоприятные явления метеорологического и сопутствующего экологического характера. Для данной территории пределы зимостойкости надо учитывать.

Незначительный рост облиственности от укоса к укосу сигнализирует о повышении приспособленности гибридов к условиям произрастания. В совокупности рассмотренные биологические и экологические признаки растений в ответ на внешние раздражители в плане лимитирующих факторов показывают на высокую биоэкологическую устойчивость. Таким образом, констатируем, что образцы люцерны СГП 387, СГП 79, СГП 76 и СГП 12 действительно являются перспективными для использования в кормовом растениеводстве в условиях умеренного климата и, в частности, для центрально-европейской части России.

Ввиду того, что люцерна обладает уникальными ресурсопроизводящими и ресурсовосстанавливающими свойствами по отношению к почвам и к экогеосистемам, создание экологически устойчивых фитоценозов на основе сортов и гибридов люцерны позволяет решать многие задачи применительно к почвенно-земельным ресурсам. Высокая способность к депонированию органического углерода в своей биомассе и в почвенном покрове наделяет эту культуру уникальным биоэкологическими качествами в поддержании и интенсификации процесса почвообразования, в улучшении агрофизических и агробиохимических свойств почв, в обеспечении устойчивости и функциональности биоценотических связей в почвенной биоте.

Поэтому создание искусственных растительных сообществ на основе экологически устойчивых к лимитирующим факторам сортов и гибридов люцерны является ярким примером биоэкологизированного землепользования с трендом на улучшение почвенно-экологических и хозяйственно-экогеосистемных характеристик ландшафтов. Фитоценозы на основе сортов и гибридов люцерны благодаря ее особым биоэкологическим качествам показывают великолепные фитомелиорирующие свойства: в почвах накапливается биологического азота на 12–15 % и выше, углерода – на 7–15 % и выше. По другим питательным элементам (калию, фосфору, кальцию, магнию, сере и пр.) тоже отмечаются значимые эколого-мелиоративные эффекты. Также посредством высевания данной культуры представляется возможность к освоению малоиспользуемых, отчужденных и бросовых земель, что является довольно болезненным вопросом в контексте землеустройства и управления землями сельскохозяйственного и смежного назначений. То есть это уже вполне реализуемая совокупная задача: повышение плодородия и управление культурностью почв; рационализация землепользования биоэкологизацией на популяционно-экосистемной основе; поддержание структурной целостности, стабильности и экологических качеств экосистем и ландшафтов. Создание фитоценозов на основе устойчивых видов, сортов и гибридов люцерны позволяет реализовывать в полном объеме принцип органического – биоэкологического – землепользования.