Экологический менеджмент выработанных торфяных территорий Лидского района на примере выращивания голубики высокорослой

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Теоретическая часть

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ И ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ  

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ  

2.1. Объекты исследований

2.2. Методы исследований

ГЛАВА 3.ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Физико-географические  и климатические условия

3.2 Характеристика почвенно-грунтовых  условий

ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА, РОСТОВЫХ И БИОПРОДУКЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ГОЛУБИКИ ПРИ ВАРЬИРОВАНИИ МИНЕРАЛЬНОГО ФОНА

4.1 Сезонная динамика основных  элементов минерального питания  в торфяном субстрате

4.2 Влияние минерального  питания на рост, развитие и  биологическую продуктивность вегетативных  органов растений

4.3 Влияние минерального  питания на урожайность и качество  ягодной продукции

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Сохранение и поддержание  стабильности экосистем – одна из важнейших проблем современной  экологии. Восстановление трансформированных болотных экосистем требует новых  технологий и затрат. В связи с  актуальностью проблемы предложен  ряд способов восстановления болотных экосистем: от  самозарастания до повторного заболачивания. Одним из экономически выгодных направлений может быть биологическая рекультивация с  использованием ягодных растений.

Выработанные торфяники  стали базой для формирования новых экосистем. Особенности биотопа  и прилегающих территорий направляют ход сукцессии к воссозданию  болотных экосистем. Темпы сукцессии  можно скорректировать, создавая насаждения. Такой тип рекультивации ускоряет зарастание открытой поверхности и  одновременно позволяет расширить  площади хозяйственно-пригодных территорий. Среди растений, используемых для культивирования, популярны как аборигенные виды, так и интродуцированные [17 природа]. Посадки болотных видов не меняют направление естественного хода сукцессии, при этом затраты на их создание достаточно быстро окупаются.

 

 

 

 

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ И ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ  

Ягоды растений семейства  Брусничных имеют важное народнохозяйственное значение. Это обусловлено их высокими пищевыми и лечебно-профилактическими  свойствами. В плодах голубики содержится богатый комплекс биологически активных соединений: органических кислот, полифенолов, тритерпеноидов, витаминов, углеводов, в том числе пектиновых веществ, макро- и микроэлементов [105, с.35; 234, с.3].

Основной компонент ягод – вода. По данным разных авторов  её количество составляет 85 - 87 % от общей массы [81, 91, 134]. На сухое вещество соответственно приходится от 13 до 15 %.

Общее количество сахаров  варьируется в пределах 6,56 – 7,98%, из них глюкоза составляет 3,82%, фруктоза - 2,80%, сахароза – 1,36% [127, 221]. Из органических кислот  обнаружены лимонная, яблочная и бензойная в количестве от 0,97 до 1,8% [16, 120,156]. Благодаря наличию в ягодах пектиновых веществ (из всех лесных ягодных растений в голубике их содержание самое высокое – 0,5%), они могут использоваться для лечения желудочных заболеваний и в качестве профилактического средства при работе в ряде вредных производств, связанных с возможностью попадания в организм человека радиоактивных изотопов и тяжёлых металлов [116, 188,220].

Содержание полифенолов  в ягодах колеблется от 0,16 до 0,29%. Из них на долю антоцианов и лейкоантоцианов  приходится – 76-229 мг %, катехинов - 170-400, флавонолов - 330-370, хлорогеновых кислот – 1,87 мг % [20, 192]. Этим веществам свойственны важные физиологические функции в организме человека и животных. Они уменьшают проницаемость и повышают прочность кровеносных капилляров, способствуют усвоению витамина С, участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, регулируют работу некоторых желез внутренней секреции.

Из витаминов в ягодах голубики содержится витамин С в  количестве до 70 мг %, витамин А – 0,01, витамин В – 0,09-0,47 мг %[15, 52, 232]. Пищевая ценность ягод определяется и присутствием в них незаменимых аминокислот, таких, как лизин и гистидин – 2,0 мг % на 100 г сырой массы; цистин и цистеин – 3,3; аргенин – 9,3; глицин – 1,3; аланин – 2,2 мг % на 100 г сырой массы [1].

Кроме того голубика – источник многих макро- и микроэлементов, среднее  содержание которых составляет: Р  – 33,5 мг % на 100 г сырой массы; Mg – 7,6; K – 43,5; Na – 33,8; Ca – 21,7; Fe – 1,1; Mn – 2,6; Cu – 0,12 мг % на 100 г сырого вещества [26, 87, 89]. Это растение – лучший из лесных ягодных видов медонос, на каждый цветок приходится свыше 1,7 мг нектара (у черники – 0,7; у брусники – 1,0 мг) [295, 307].

Потребности народного хозяйства  в лесных ягодных растениях лишь частично удовлетворяются за счёт эксплуатации естественных ресурсов, которые испытывают сейчас мощное техногенное и антропогенное  воздействие. Возникает необходимость  в разработке мероприятий по охране, рациональному использованию и  интенсивному воспроизводству лесных ягодных растений.

Первый этап рационального  использования растений семейства  Брусничные в Беларуси – инвентаризация дикорастущих зарослей – в основном решён. Так, согласно исследованиям БелНИИЛХ с использованием материалов лесоустройства, установлено, что площади, занятые под голубикой составляют 11,8 тыс. га с биологическим запасом ягод в 9,7 тыс. т. В.И. Саутин [183] отмечает, что ресурсы голубики по всей республике составляют приблизительно около 10 тыс. т, урожайность – 20-235 кг/га, в зависимости от экотопа. Возможные заготовки голубики в лесах Беларуси при средней урожайности 120 кг/га с учётом потерь могут составлять 1,7 тыс. т [101].

Таким образом, широкое культивирование  голубики топяной на выработанных торфяниках может  не только помочь в решении  проблемы обеспечения население  ягодами, но и способствовать рациональному  использованию «бросовых» земель в  земледефицитном регионе, каковым  является Беларусь.

 

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ  

2.1. Объекты исследований

Изучаемый вид Vaccinium uliginosum L. относится к роду Vaccinium описанному К.Линнеем. Род включает кустарники и полукустарнички, как правило, с крупными вечнозелеными или опадающими листьями. Помимо голубики, на европейском континенте встречается всего 2 наиболее распространенных вида: V. vitis-idaea L. и V. myrtillus.

Голубика топяная – эвриойкный вид, т.е. имеет широкую экологическую амплитуду, очень характерна для моховых болот, произрастает на минеральных почвах, заходя в горы до 3000 м над уровнем моря [125, 165].

Отношение голубики к степени увлажнения ярко выражается в xapaктере распределения по болоту. На олиготрофных болотах этот вид приурочен к местообитаниям с умеренным увлажнением. На средне- и сильно увлажнённых местообитаниях голубика встречается редко и в незначительном количестве [205]. Это светолюбивый вид, растет на открытых и слабозатененных местах, плодоносит лучше на хорошо освещенных участках [12].

Голубика  так же, как и другие вересковые кустарнички, является олиготрофным видом, приспособленным к обитанию на бедных кислых минеральных почвах, а также на почвах органического происхождения, образованных торфом слабой степени разложения [206]. Олиготрофность сочетается у голубики с холодостойкостью. Это эвритермный вид, успешно произрастающий в умеренном и теплом климате, хорошо переносящий низкие температуры [1]. Голубика - микотрофное растение, энтомофил, эндозоохор, гемифанерофит[12, 76, 199, 205].

Она представляет собой симподиально ветвящийся кустарничек  высотой до 0,5-1 м с темно-серой  или коричнево-бурой корой даже на молодых ветвях, не имеющих ребер. Корневая система, имеющая микоризу, поверхностная (не глубже 20-25 см), представлена совокупностью корней I-V порядков, образующихся на погребенных сфагновыми мхами побегах. Листья на коротких черешках, опадающие, эллиптические или обратнояйцевидные с цельным, слегка загнутым вниз краем, жесткие, с густой сетью жилок. Репродуктивные почки формируются на концах побегов ветвления, цветки на поникающих коротких цветоножках собраны в короткую кисть с 1-6 цветками. Чашечка с 4-5 округлыми зубцами. Венчик кувшинчатый, беловатый или розовый с 4-5 отгибами. Тычинок 8-10, завязь нижняя, 4-5 гнездная, с центральным семяносцем. Основным признаком, выделяющим группу голубик из остальных представителей рода, является плод: синяя ягода с сизоватым налетом и зеленой мякотью. В плодах находится от 6 до 83 (в среднем 24) мелких оранжевых семян полуовальной или клиновидной формы.

Исследования  с голубикой топяной проводились  на примере 2-3-летних саженцев, которые  заготавливались на верховом болоте, на участке естественной заросли, характеризующейся регулярным и обильным плодоношением, путем срезания надземной части растений выше 10 см от корневой шейки. Исходные кусты голубики отличались раскидистостью многочисленных и ровных стелющихся ветвей, концы которых слегка приподнимались над поверхностью почвы. Их высота не превышала 40-60 см. Ягоды крупные, до 13 мм длиной при ширине 10,9 мм. В литературе описана как стелющаяся биоморфа голубики [94].

 

2.2. Методы исследований

Задачи исследования, предусматривавшие  изучение влияния разных доз и  способов внесения азотных, фосфорных  и калийных удобрений на метаболизм, рост и развитие, биопродукционные и некоторые биохимические параметры растений голубики топяной в условиях культуры на выработанных торфяниках верхового типа являются фактором, определяющим методику сбора полевого материала.

Исследования проводили в период с 1994 по 1997 гг. Изучение вопросов, связанных  с оптимизацией режима минерального питания голубики топяной, осуществлялось в условиях опытной культуры в двух сериях полевых экспериментов:

1 - на протяжении малого жизненного цикла развития растений, охватывающий ювенильный этап (первые два года жизни), переходный к генеративному (третий год жизни) и этап полной биологической зрелости (четвёртый год жизни);

2 – на растениях 10-летнего  возраста с устойчивым ежегодным  плодоношением.

Анализ отечественной и зарубежной литературы показал, что в различных почвенно-климатических зонах потребность голубики топяной питательных элементах неодинакова. Однако почти повсеместно для формирования высокого урожая  культуры прежде всего требуются азот, фосфор, калий в соотношениях 1:2:1, 1:2:2, 1:4:1, 1:4:2, 1:6:1 и др.[73, 112, 128, 17. 282]. При этом отмечается, что применение высоких доз минеральных удобрений на торфяно-болотных почвах неэффективно. Поэтому мы использовали условно оптимальные дозы N₂О, Р4О, К4О, применяемые американскими учеными [282] и рекомендованные для условий Беларуси М.А. Кудиновым и Е.К. Шарковским [113].

В первой серии эксперимента минеральные  удобрения вносили на первом году развития спустя 3 недели после посадки черенков, в последующие годы - в начале вегетации по классической 8-ми вариантной схеме в следующих соотношениях:

вариант 1	- контроль, без удобрений;
вариант 2	-N20;
вариант 3	- Р40;
вариант 4	- К40;
вариант 5	-N20P4o;
вариант 6	- N20K40;
вариант 7	- Р40К40;
вариант 8	- N20P40K40.

Использовали  аммиачную селитру, двойной гранулированный фосфат и хлористый калий, которые вносили поверхностно вразброс с последующим поливом.

Во  второй серии эксперимента с многолетними растениями применяли те же, что и в первой серии, схема, виды и способ внесения удобрений, но с учётом учетом более высокой, чем у молодых, развивающихся растений, продуктивности надземных органов, их дозы были увеличены вдвое.

Повторность опыта 4-х-кратная. Размер каждой делянки, соответствующей определенному варианту опыта, составлял 10 м² при схеме посадки черенков 20x25 см.

Исследования с голубикой топяной, проводили в двух сериях полевого эксперимента: I - на развивающихся растениях  и II - на многолетних, ежегодно плодоносящих. Отечественные исследования по применению минеральных удобрений при выращивании  голубики топяной относятся, главным  образом, к изучению влияния удобрений  на дикорастущие ягодники, а большинство зарубежных работ посвящено вопросам оптимизации минерального питания голубики высокорослой. Опираясь на результаты исследований В.В. Гримашевича [78, с. 128] и Л.А. Евтуховой [88, с. 126], мы использовали под культуру голубики топяной рекомендуемые ими для Лидского района условно оптимальные дозы N80, P160, K160. При этом была испытана аналогичная 8-ми-вариантная схема внесения удобрений:

 

вариант 1	- контроль, без удобрений
вариант 2	-N80;
вариант 3	- Pi6o;
вариант 4	- Kieo;
вариант 5	- NeoPieo;
вариант 6	- NgoKieo;
вариант 7	- P160K160;
вариант 8	— Ng0Pi6oKi6o-

Кроме того были испытаны два способа внесения удобрений: 1-й - поверхностный вразброс с последующим поливом и 2-й - в лунку. На первом году жизни растений внесение удобрений осуществлялось одновременно с посадкой дичков. Во второй серии эксперимента при аналогичной схеме внесения удобрений их дозы были увеличены в 1,25 раза. Посадка дичков голубики осуществлялась в ряду через 0,7 м, при расстоянии в междурядьях 1,5 м.

С целью  получения информации, отражающей различные  аспекты развития изучаемых растений, отмечались сроки прохождения ими фенологических фаз описательным методом по И.Н. Бейдеман [19], а также согласно методике, предложенной И.Д. Юркевичем с соавт.[255]. Суммы эффективных температур, необходимых для наступления фенологических фаз подсчитывали по методу, используемому в биогеографических исследованиях [248, с.113,табл.6]. Трижды на протяжении каждого вегетационного сезона (в начале, середине и конце) во всех вариантах опыта путем бесповторного случайного отбора формировали выборки из 10 целых растений, характеризующие на момент наблюдений генеральную совокупность объектов [119]. У 26 отобранных растений определяли количество и суммарные значения длин побегов с дифференциацией их со 2-го года развития на стелющиеся (вегетативные) и прямостоячие (генеративные). В конце каждого периода вегетации проводили определение массы надземных и подземных органов растений, что давало возможность оценить интенсивность накопления фитомассы на разных этапах онтогенеза. У половозрелых растений были определены количество генеративных побегов, число ягод и их масса. Полученные данные подвергнуты статистической обработке [119].