CC BY
31
Определение периодов экологичности агрометеорологических условий вегетирования естественной травяной растительности в центральном Оренбуржье
С.Н. Мунжасарова, аспирантка, Оренбургский ГПУ
Понимание динамики продуктивности растительности степной зоны требует знания направлений изменений основных природных абиотических факторов, прежде всего, агрометеорологических. Исследование этих вопросов актуально, вполне перспективно и имеет большое фундаментальное и прикладное значение [1, 2, 3].
Поскольку одним из важнейших факторов жизнедеятельности растений является влага (участвует во всех физиологических процессах, связанных с созданием органического вещества и необходима для фотосинтеза, обеспечения терморегуляции растительного организма за счёт транспирации и транспортировки элементов питания, а также
сохранения формы растений и поддержания необходимого внутриклеточного давления), то оценка количества воды как в фитоценозе в целом, так и в отдельных растениях представляется достаточно сложной, но весьма эффективной по ожидаемым результатам проблемой [4].
Решению обозначенной проблемы способствует проведение соответствующих агрометеорологических экспериментов. В частности, требуются организация наблюдений и информационное обеспечение по основным гидрометеорологическим факторам — температуре воздуха (Т, °С), атмосферным осадкам (Х, мм), общим и продуктивным влагозапасам (В0, мм; Вп, мм), относительной влажности воздуха (£ %), дефициту насыщения ^, мм), температуре
почвы на глубинах 0, 10, 20 см (Т, °С), суммарной радиации ^, мДж/м2), радиационному балансу ^, Дж/м2), испарению с водной поверхности (Ев, мм), испаряемости (Е, мм), а также фито-ценотическим факторам — сырой, сухой фитомассе, густоте, высоте и фенологическим фазам трав [5]. Эксперименты проводились на участке расположения Центральной гидрометеорологической станции «Оренбург» [6].
Для оценки влагообеспеченности фитоценозов использовались индексы и коэффициенты, вычисление которых базируется, в основном, на величине сумм осадков за различные периоды, испаряемости, дефицита влажности воздуха, запасов продуктивной влаги в почве [7].
Посредством анализа полученных экспериментальных данных нами рассчитаны: показатели атмосферного (АУ) и почвенного увлажнения (ПУ) за период вегетации (ПВ) травянистой растительности для центрального Оренбуржья, с использованием отношений величины атмосферных осадков к значению заданного фактора тепло- или влагообеспеченности, так как отдельно взятые суммы осадков и почвенных влагозапасов недостаточны для суждения об обеспеченности растений влагой. При этом за базовый показатель принимаем Х/Ев, В0/Ев, Вп/Ев как равное 0,7 и по отношению к нему определяем, чему будут соответствовать значения остальных показателей. Если значение показателя АУ и ПУ ниже 0,7, то условия вегетирования рассматриваются как неоптимальные (неэкологичные). Сезонный ход АУ и ПУ за период вегетации степной растительности для центрального Оренбуржья показан на рисунках 1, 2.
Анализ динамики коэффициентов АУ и ПУ в пределах ПВ фитосообщества центрального Оренбуржья свидетельствует о том, что достаточно благоприятные (экологичные) условия вегетирования по степени увлажнения растений имеют месяцы апрель (25,9 мм осадков), май (37,5 мм), август (65,4 мм) и октябрь (64,0 мм), а менее благоприятные — июнь (21,3 мм), июль (13,7 мм) и сентябрь (15 мм).
При этом необходимо отметить, что в периоды с оптимальными условиями вегетирования фитоценозов наблюдается уменьшение состояния угнетённости у большинства растений, улучшение их фотосинтетической деятельности, способствующей увеличению или стабилизации продуктивности фитосообщества до 365 г/м2 в конце мая и к середине сентября — до 225 г/м2. В менее экологичные по условиям продуктивности вегетирующего фитоценоза периоды (июне, июле и сентябре) отмечается дефицит атмосферного и почвенного увлажнения, в результате чего и происходит замедление процессов роста и развития растений, а также снижение продуктивности травостоя до конца июля (150 г/м2).
Низкие значения коэффициентов увлажнения вызваны выпадением малого количества осадков и полным отсутствием их в третьей декаде июня и во второй декаде июля (0 мм); пониженной относительной влажностью воздуха ^тіп = 42,8%); повышенным дефицитом увлажнения воздуха, особенно в июле, когда недостаток воздушной влаги достигает 157 мм; малыми запасами влаги в почве в первой декаде июля (В0міп = 19,8; Впміп = 1,3 мм); высокими температурами воздуха (ГТ = 263 °С) и почвы (ГГ = 361 °С - 0 см);
—•—Х/Т---------ХМ —Х/Ев — -Х/Е - - -Х/О------------ХЖ
Рис. 1 - Внутрисезонная динамика показателей АУ
Во/Т
■ Во/а
■ Во/Ев
Во/Е
- Во/О -
■ВоЖ
Рис. 2 - Внутрисезонная динамика показателей ПУ
повышенными величинами суммарной радиации (2Q = 27028 мДж/м2) и радиационного баланса (2^ = 13556 мДж/м2). Минимальные значения показателей АУ и ПУ, приходящиеся на июль, представлены в таблице 1.
1. Минимальные значения показателей АУ и ПУ
Х/Т х/а Х/Ев Х/Е х/д Х/В0
0,2 Во/Т 0,1 Вп/Т 0,01 0, В 0 В 0, 0,1 В0/Ев 0,3 Вп/Ев 0,04 <4 ^ 3 0 В00 В 0, 0,2 В0/д 0,1 Вп/д 0,01 0,4 В0/Я 0,2 Вп/Я 0,02
В рамках полевых биоклиматических экспериментов, за период с конца июня по конец июля, в жаркую солнечную погоду к середине дня (с 14.00 ч.) наблюдалось угнетённое состояние трав из-за снижения тургора, ввиду недостатка воды в тканях растений, который возникал в результате превышения величины испаряемости над поступлением влаги из почвы в растение. Это было вызвано неблагоприятными условиями влагообеспеченности растительности: высокой температурой воздуха и почвы, приводящих к иссушению верхних слоев почвы, незначительными атмосферными осадками, почвенными вла-гозапасами и пониженной влажностью воздуха. Всё это способствовало увяданию, пожелтению и засыханию трав и обусловило высокую пожароопасность степной растительности.
Использованный нами в ходе эксперимента индекс аридности Стенца [8] показал (рис. 3)
следующее: в мае, августе и октябре наблюдалось избыточное атмосферное увлажнение, с уменьшенными величинами испарения; в июне, июле и сентябре атмосферное увлажнение фиксировалось как недостаточное, с практически полным расходом влаги на испарение и избыточным термическим состоянием почвы и атмосферы. В итоге высокая температура и отсутствие осадков привели к дефициту влаги в слое формирования корневой системы (на глубине 0—20 см) и к существенному замедлению ростовых процессов.
Одновременно с вышеуказанными процессами может происходить понижение уровня обеспеченности продукционных процессов пластическими веществами, в том числе и из-за снижения, а временами и прекращения, фотосинтетического газообмена, обусловленного понижением влагообеспеченности фитоценоза. В полуденные часы возможно сокращение содержания воды в листьях растения по сравнению с их утренним состоянием примерно на 25—28%, с одновременным снижением тургора и увяданием листьев, что приводит к уменьшению их водного потенциала [3].
Таким образом, в результате снижения влаго-обеспеченности фитоценозов, определяемого по соответствующим коэффициентам и индексам, возможно замедление процессов роста побегов и листьев растений (темпы которого снижаются значительно раньше интенсивности фотосинтеза и дыхания); снижение фотосинтетической (при потере тургора устьица закрываются и фотосинтез резко замедляется) и транспирационной деятельности растительности; сокращение темпов при-
Ев/Х
Рис. 3 - Внутрисезонная динамика индекса аридности Стенца
роста фитомассы биосообщества; фиксирование дефицита АУ и ПУ фитоценозов, требующего в периоды с аналогично наблюдаемыми напряжёнными (неэкологичными) агрометеорологическими условиями дополнительного — искусственного — увлажнения трав. Для поддержания и оптимизации условий произрастания растений по водному фактору в засушливые годы необходимо обоснование и планирование режимов искусственного увлажнения травяного покрова, которое позволит повысить продуктивность и прирост надземной фитомассы биосообщества. Возможные от года к году неблагоприятные для вегетирования травяной растительности метеорологические условия в центральном Оренбуржье требуют соответствующей оперативной и долгосрочной информации об условиях АУ и ПУ произрастающих фитоценозов степной зоны, как основы для назначения их поливных режимов.
Обобщение и анализ результатов экспериментов позволяет сделать следующие выводы:
1. ПВ в 2009 г. в целом был недостаточно увлажненным, что повлияло на продукционные процессы в исследуемом фитоценозе. В частности, наименее оптимальные значения показателей АУ и ПУ на опытном участке наблюдались в июне, июле и сентябре, когда отмечались пределы экологичности вегетирования травянистой растительности ниже установленных, что способствовало замедлению продукционных процессов, протекающих в исследуемом фитосообществе.
2. Отношение Х к Q, Ев, Е можно принимать за универсальные показатели увлажнённости
местности, одновременно индицирующие тепловые и водные ресурсы фитоценозов, ввиду надёжности наблюдений Х и Q, системности Ев и Е, одновременно и комплексно характеризующих влагообеспеченность и теплообеспеченность периодов вегетирования степной растительности.
3. Формирование и трансформация травяного покрова в напряжённых (неэкологичных) гидротермических условиях центрального Оренбуржья требует дополнительного увлажнения, которое обеспечит поддержание фотосинтетической и транспирационной деятельности, близкой к оптимальной, и одновременно — максимальную продуктивность трав.
Литература
1. Колесник Ю.А. Цикличность биологических процессов и роль порождающих их внешних факторов среды. Владивосток: Изд-во ДУ, 1997. 191 с.
2. Некрасов В.И. Актуальные вопросы развития теории акклиматизации растений. М.: Наука, 1980. 102 с.
3. Чимидов Т.А. Формирование биомассы злаковых травосмесей в аридной зоне // Кормопроизводство. 2007. №6. С. 17-19.
4. Пенман Х.Л. Растения и влага: перевод с англ. Л.: Гидро-метеоиздат, 1968. 164 с.
5. Мунжасарова С.Н., Рычко О.К. Специфика информационнометодического обеспечения полевых фитогидрометеорологических исследований злакового сообщества (Stipa 1еззт^апа ТппМ Кырг. — Л^горугоп ресНпаШш (ЫеЪ.) Беаыу.) Южного Урала // Труды Института биоресурсов и прикладной экологии. Вып. 8. Оренбург: Изд-во ОГПУ, 2009. Вып. 8. С. 21-27.
6. Мунжасарова С.Н. Характеристика природных условий в районе исследования естественной травяной растительности на Южном Урале. М., 2010. 24с. Деп. ВИНИТИ от 20.01.10, № 15 В 2010.
7. Рычко О.К. Методологические модели мониторинга агрометеорологических условий и агроклиматических ресурсов в аридных сельскохозяйственных ландшафтах. Оренбург: Изд-во ОГПУ, 2009. 196 с.
8. Хромов С.П, Мамонтова Л.И. Метеорологический словарь. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 569 с.
