CC BY
67
УДК: 581.526.53:502.2.05(470.63)
ДИНАМИКА ВСХОЖЕСТИ И ЭНЕРГИЯ ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯН ДИКОРАСТУЩИХ ВИДОВ РАСТЕНИЙ СТЕПНЫХ СООБЩЕСТВ СТАВРОПОЛЬЯ
М.А. СТАРОСТИНА, аспирант (е-mail: sniish_stepi@ mail.ru)
Н.Г. ЛАПЕНКО, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник
Ставропольский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, ул. Никонова, 49, Ми-хайловск, Ставропольский край, 356241, Российская Федерация
Резюме. В статье представлены данные о всхожести и энергии прорастания семян дикорастущих видов растений семейства злаковых, распространенных в растительном покрове степных сообществ Ставрополья: Dactylis glomerata, Koeleria cristata, Bromopsis inermis, Festuca valesiaca, Festuca regeliana, Phleum phleoides. Семена собраны в 2013 г. в период созревания (от восковой до полной спелости при влажности 25-13 %) на целине в зоне неустойчивого увлажнения (годовая сумма осадков - 450-650 мм). Учет всхожести и энергии прорастания проводили в 2013-2016 гг. Семена проращивали в лабораторных условиях при температуре 18-20 °С. Семена Dactylis glomerata, Festuca regeliana сохраняли высокую всхожесть (84-94 %) в течение 32 месяцев. Всхожесть семян Bromopsis inermis сразу после сбора была низкой (32 %), а у Dactylis glomerata, Bromopsis inermis, Festuca regeliana отмечена слабая энергия прорастания (1-6 %). Семена Dactylis glomerata (91 %), Bromopsis inermis (99 %) и Festuca regeliana (100 %) достигли наивысшей всхожести на третий год хранения. Такие виды, как Koeleria cristata, Festuca valesiaca, Phleum phleoides в свежесобранном виде практически не взошли (0-1 %), однако в процессе хранения семян всхожесть (9-38 %) и энергия прорастания (15-37 %) увеличились. Наибольшая всхожесть семян Koeleria cristata (25-27 %), Festuca valesiaca (37-38 %), Phleum phleoides (9-22 %) отмечена на второй-третий годхра-нения. В целом семена изучаемых видов растений семейства злаковых в течение трех лет характеризовались различной всхожестью и энергией прорастания, но сохраняли жизнеспособность и посевные качества. На основании полученных данных можно формировать состав посевной травосмеси, включающей изучаемые злаки-доминанты. Ключевые слова: всхожесть, дикорастущие виды, злаковые, природные сообщества, энергия прорастания. Для цитирования: Старостина М.А., Лапенко Н.Г. Динамика всхожести и энергия прорастания семян дикорастущих видов растений степных сообществ Ставрополья // Достижения науки и техники АПК. 2017. Т.31. № 6. С. 51-53.
Природные кормовые угодья Ставрополья занимают более 1,5 млн га, или свыше 20 % сельскохозяйственных земель края [1]. На сегодняшний день большая часть растительности этих угодий находится на разной стадии пастбищной дигрессии. Распашка целинных земель и одновременно увеличение поголовья скота, начавшиеся в 50-60-х гг. прошлого века, усилили пастбищную нагрузку на естественные кормовые угодья, что со временем привело к выпадению ценных видов растений, в том числе представителей семейства злаковых, составляющих основу естественных природных травостоев [2, 3]. Поэтому проблема восстановление степной растительности сегодня очень актуальна.
В природных сообществах злаков по распространению и кормовому значению ведущее место занимают такие виды, как ежа сборная (Dactylis glomerata) - ко-роткокорневищный рыхлодерновинный верховой злак; келерия стройная (Koeleria cristata) - дерновинный злак; овсяница валлисская (Festuca valesiaca) - низ-
корослый плотнодерновинный злак круглогодичной вегетации; кострец безостый (Bromopsis inermis), овсяница восточная (Festuca regeliana) - высокорослые обильно облиственные мезофильные злаки; тимофеевка степная (Phleum phleoides) - рыхлодерновинный засухоустойчивый злак [4].
Одним из способов восстановления природных травостоев может служить метод агростепей. Он предусматривает использование поликомпонентной смеси семян дикорастущих видов растений, заготавливаемых механизировано на участках сохранившейся целины. Этот метод успешно реализован в Ставропольском крае [5, 6].
Изучение способности семян дикорастущих видов растений сохранять всхожесть и энергию прорастания имеет немаловажное значение при решении природоохранных задач, среди которых можно выделить проблемы восстановительной экологии (восстановление нарушенных местообитаний, создание высокопродуктивных долголетних травостоев - сенокосов и пастбищ). Зная адаптивные возможности семян видов злаковых в сообществах, можно целенаправленно формировать состав травостоя при рациональном использовании природной растительности и восстановлении нарушенных степных сообществ методом агростепей [7]. Успех и эффективность восстановления степей во многом зависит от наличия достаточного количества семян разных видов дикорастущих растений, в том числе злаков-доминантов, на 60-70 % формирующих основу степного травостоя [8].
Цель нашего исследования - изучить в динамике всхожесть и характер прорастания семян дикорастущих видов растений, наиболее распространенных в природных сообществах степного Ставрополья.
Условия, материалы и методы. Материалом для определения особенностей семенного размножения служили семена дикорастущих видов растений, собранные в 2013 г. на целине в зоне неустойчивого увлажнения (годовая сумма осадков - 450-650 мм) Ставропольского края. Уборку семян злаковых проводили от восковой до полной спелости при влажности 13-25 %. Начало весенней вегетации в 2013 г. дикорастущих травянистых растений отмечали на 10-15 дней раньше обычного срока. Среднемесячная температура в этот период превышала норму на 2,2 °С, количество осадков было в 2 раза больше среднемноголетней величины. В апреле при повышенном температурном режиме наблюдали недобор осадков. Первая половина мая была сухой и жаркой. Среднесуточная температура воздуха превышала норму на 4,4 °С с дефицитом осадков. Во второй половине мая температура воздуха превысила норму на 2,0 оС, количество осадков составило около 162 % от нормы. В июне температура воздуха была на 1,7-2,4 °С выше среднемноголетнего значения с недобором осадков. В целом условия вегетационного периода способствовали формированию семян дикорастущих видов растений и их посевных качеств. Объект исследования - дикорастущие доминантные виды злаковых, ценные в хозяйственном отношении и имеющие важное значение в жизни и строении природных ценозов: ежа сборная, келерия стройная, кострец
100
80
60
40
20
Рис. 1. Всхожесть семян дикорастущих видов (семейство злаковых)
безостый, овсяница валлисская, овсяница восточная, тимофеевка степная.
Работу проводили согласно общепринятым методикам изучения семенного размножения дикорастущих травянистых растений в сообществах [9, 10]. Определяли всхожесть и энергию прорастания свежесобранных семян, а также эти показатели после хранения при комнатной температуре через 8, 20, 32 месяцев (март каждого последующего года - 2014, 2015, 2016 гг.). Посевные качества семян дикорастущих видов злаковых изучали в этом интервале исходя из необходимости посева в ранневесенний период, наиболее благоприятный для восстановления травостоя методом агростепей. Семена проращивали в лабораторных условиях в чашках Петри по 25 шт. в четырехкратной повторности при температуре 18-20 °С. Семена овсяницы валлисской подвергали воздействию холодной стратификации при температуре 5-6 °С. Оценку разности средних по всхожести и энергии прорастания семян проводили с использованием ! критерия Стьюдента для попарно связанных выборок [11].
Так как ГОСТ для определения энергии прорастания дикорастущих видов растений отсутствует, величину этого показателя оценивали в условно принятый срок 10 дней от начала прорастания. Всхожесть рассчитывали в процентном соотношении проросших семян к общему количеству. Энергию прорастания определяли по числу семян, проросших в течение 10 дней после начала прорастания.
Результаты и обсуждение. Лабораторная всхожесть свежесобранных семян и семян, хранившихся различные промежутки времени (8, 20 и 32 месяца), была различна (рис. 1). Семена ежи сборной и овсяницы восточной сохраняли хорошую жизнеспособность в течение 32 месяцев, о чем свидетельствуют высокие показатели всхожести сразу после сбора (67-86 %) и после длительного хранения (84-94 %).
Свежесобранным семенам большинства дикорастущих видов растений свойственно состояние неглубокого органического покоя. Эта способность обеспечивает им возможность переживать неблагоприятные метеоусловия и создает запас семян в почве [12, 13]. В нашем исследовании установлено, что свежесобранные семена костреца безостого сразу находились в состоянии органического покоя и не имели высокой всхожести (32 %), однако в дальнейшем (2014-2016 гг.) отмечали высокую величину этого показателя - 85-97 %.
У свежесобранных семян ежи сборной и овсяницы восточной несмотря на высокую всхожесть, энергия прорастания (рис. 2) была очень слабой (1-6 %). Свежесобранные семена костреца безостого также характеризовались слабой энергией прорастания (2 %).
Такие виды, как келерия стройная, овсяница валлисская, тимофеевка степная в свежесобранном виде практически не взошли (0-1 %). В процессе хранения их всхожесть (9-38 %) и энергия прорастания (15-37 %) несколько увеличились, но оставались невысокими. Наибольшую всхожесть семена келерии стройной (25-27 %), овсяницы валлисской (37-38 %) и тимофеевки степной (9-22 %) фиксировали на второй-третий год хранения (2014-2015 гг.). Семена ежи сборной (91 %), костреца безостого (99 %) и овсяницы восточной (100 %) достигли наивысшей всхожести на третий год хранения (2015 г.).
В сравнении с другими исследуемыми видами, у ежи сборной, костреца безостого и овсяницы восточной жизнеспособность семян была стабильно высокой во все годы хранения. Показатели энергии и скорости прорастания семян этих видов уже после года хранения стали выше (85-99 %). Начало прорастания отмечали на 4-7 день после закладки семян.
Рис. 2. Энергия прорастания семян (семейство злаковых), %
0
Во временном диапазоне (2013-2015 гг.) у всех изучаемых видов семейства злаковых наблюдали положительную динамику всхожести и энергии прорастания. В 2016 г. их величины несколько снизились, но семена сохранили жизнеспособность.
Семена овсяницы валлисской (Festuca valesiaca)в процессе хранения показали стабильно невысокую всхожесть (21-38 %). Поскольку в целинных травостоях этот вид доминирует в степных сообществах, его семенное возобновление имеет важное значение. Мы на второй год хранения (2014 г.) стратифицировали семена этой культуры, после чего была отмечена тенденция к увеличению всхожести до 46 %. Средняя относительная численность проросших семян до стратификации составиляла 38,0±6,6 %, после -46,0±6,6. Средняя энергия прорастания до стратификации была равна 24,0±7,1 %, после - 29,0±12,1 %. Однако различий по всхожести и энергии прорастания семян не отмечено (t факт=0,36< t табл=3,18).
Выводы. Семена изучаемых видов растений - ежи сборной (85-91 %), костреца безостого (97-99 %), овсяницы восточной (100 %) - в течении двух лет хранения имели положительную динамику всхожести. У костреца безостого всхожесть (32 %) и энергия прорастания (2 %) свежесобранных семян была невысокой. Однако после двух лет хранения отмечено
повышение величин этих показателей до 67 и 97 % соответственно. Семена ежи сборной и овсяницы восточной достигали наивысшей всхожести (91100 %) и энергии прорастания (86-94 %) на второй год хранения. На третий год они снижались до 84-94 % и 82-83 % соответственно, но оставались высокими.
У келерии стройной, овсяницы валлисской, тимофеевки степной всхожесть (1 %) и энергия прорастания (2 %) свежесобранных семян была очень низкой. В процессе хранения их посевные качества повысились до 15-27 %, 21-38 %, 1-22 % соответственно.
У келерии стройной (25-27 %), овсяницы валлисской (37-38 %), тимофеевки степной (9-22 %) наибольшую всхожесть семян наблюдали на второй-третий годы хранения. На четвертый год показатели всхожести и энергии прорастания снизились до 1-21 %.
При стратификация семян овсяницы валлисской, отмечена только тенденция к увеличению всхожести на 8 %.
Таким образом, при восстановлении деградированных травостоев методом агростепей, посевную смесь необходимо формировать из семян ежи сборной, костреца безостого и овсяницы восточной любого года хранения семена келерии стройной, овсяницы восточной, тимофеевки степной лучше всего высевать на второй-третий год хранения.
Литература.
1. Землеустройство в Ставропольском крае. Исторические очерки (XVIII-XXI вв.)/Т.И. Блохина, Н.Ф. Блохин, Н.Ф. Симби-рев, А.С. Цыганков. Ставрополь: Изд-во «Ставропольсервисшкола», 2003. С. 459.
2. Дзыбов Д.С., Лапенко Н.Г. Зональные и вторичные бородачевые степи Ставрополья: монография. Ставрополь: Ставропольское книжное изд-во, 2003. 236 с.
3. Дружинин В.А., Лапенко Н.Г., Дудченко Л.В. Природные кормовые угодья северо-восточного Ставрополья// Кормопроизводство. 2016. №2. С. 7-12.
4. Кормовые растения сенокосов и пастбищ СССР/И.В. Ларин, Ш.М. Агабабян, Т.А. Работнов, А.Ф. Любская, В.К. Ларина, М.А .Касименко, В.С. Говорухин, С.Я. Зафрен. М.-Л.: Россельхозиздат, 1951. 947с.
5. Дзыбов Д.С. Метод агростепей. Ускоренное восстановление природной растительности: методическое пособие. Саратов: Научная книга, 2001. 40 с.
6. Дзыбов Д.С. Агростепи: монография. Ставрополь: АГРУС, 2010. 256 с.
7. Дзыбов Д.С., Орлова И.Г., Родионов В.С. Особенности семенной продуктивности некоторых представителей дикорастущей флоры Центрального Предкавказья и воссоздание степных экосистем// Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2004. Вып. 1. С.152-157.
8. Старостина М.А. Всхожесть и энергия прорастания дикорастущих травянистых видов степных сообществ Ставрополья //Достижения науки и техники АПК. 2014. Т. 28. С.34-36.
9. Вайнагий И.В. О методике изучения семенной продуктивности растений // Ботанический журнал. 1974. Т. 59. № 6. С. 826-831.
10. Работнов Т.А. К методике наблюдения над травянистыми растениями на постоянных площадках// Ботанический журнал. 1964. Т. 36. № 6. С. 47-50.
11. Лакни Г.Ф. Биометрия: учебное пособие для вузов. 4-е издание. М.: Высшая школа, 1990. 352 С.
12. Скворцова И.А. Всхожесть и характер прорастания семян некоторых видов астрагалов в условиях Астраханской области [Электронный ресурс]. URL: http://www.rusnauka.com/24_PNR_2009/Biologia/50848.doc.html(дата обращения 22.03.2017).
13. Николаева М.Г., Разумова М.В., Гладкова В.Н. Справочник по проращиванию покоящихся семян. Л.: Наука, 1985. 347 с.
DYNAMICS OF GERMINATION AND GERMINATION ENERGY OF SEEDS OF WILD PLANTS OF STEPPE CENOSIS OF STAVROPOL TERRITORY
M.A. Starostina, N.G. Lapenko
Stavropol Agricultural Research Institute, ul. Nikonova, 49, Mikhailovsk, Stavropol'skii krai, 356241, Russian Federation Abstract. The article presents the data on germination and germination energy of seeds of wild species of the grass family, widespread in the plant cover of steppe cenosis of Stavropol Territory: Dactylis glomerata, Koeleria cristata, Bromopsis inermis, Festuca valesiaca, Festuca regeliana, Phleum phleoides. Seeds were collected in 2013 at the time of their maturation (at the stage from wax to full ripeness at the humidity of 13-25 %) on virgin land in a zone of unstable humidification (the annual sum of rainfall is 450-650 mm). The ability and energy of germination were determined in 2013-2016. Seeds were couched under laboratory conditions at the temperature of 18-20 Celsius degrees. Seeds of Dactylis glomerata and Festuca regeliana kept high viability (84-94 %) within 32 months. Fresh-gathered seeds of Bromopsis inermis immediately after collecting did not have high viability (32 %); and fresh-gathered seeds of Dactylis glomerata, Bromopsis inermis, Festuca regeliana had a weak energy of germination (1-6 %). Seeds of Dactylis glomerata (91 %), Bromopsis inermis (99 %) and Festuca regeliana (100 %) reached the highest viability for the third year of storage. Such species as Koeleria cristata, Festuca valesiaca, Phleum phleoides virtually did not germinate in a fresh condition (0-1 %), however during the storage their germination ability (9-38 %) and energy of germination (15-37 %) increased. The greatest viability of seeds of Koeleria cristata (25-27 %), Festuca valesiaca (37-38 %), Phleum phleoides (9-22 %) was noted in the second and the third years of storage. Thus, seeds of the studied species of plants of grass family had the different percent of viability and energy of germination during three years, but they kept the viability and sowing qualities. On the basis of the obtained data the structure of the sowing grass mixture including the studied cereals-dominants can be formed.
Keywords: germination ability, wild species, cereals, natural communities, energy of germination.
Author Details: M.A. Starostina, post graduate student (e-mail: sniish_stepi@mail.ru); N.G. Lapenko, Cand. Sc. (Biol), leading research fellow. For citation: Starostina M.A., Lapenko N.G. Dynamics of Germination and Germination Energy of Seeds of Wild Plants of Steppe Cenosis of Stavropol Territory. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2017. Vol. 31. No. 6. Pp. 51-53 (in Russ.).
