Управление образования администрации Нижегородского района
Детско-юношеский экологический клуб «Зеленый парус»
Секция «Экспериментальная агрономия»
Учебно-исследовательская работа
Подбор оптимальных условий для восстановления травянистого покрова на антропогенно нарушенной территории
Автор:
Игнатьева Елизавета, 15 лет
Руководитель:
педагог дополнительного образования Патяев Андрей Павлович
Нижний Новгород
2015/2016 учебный год
Содержание
Содержание. 2
1. Ведение. 3
2. Обзор литературы.. 4
2.1. Факторы, влияющие на плодородие почв. 4
2.2. Состав почв Нижегородской области. 5
2.3. Обзор удобрений использованных в ходе работы.. 6
2.4. Культуры полевых растений, способные произрастать на луговых биотопах 7
3. Материалы и методы исследования. 8
4. Результаты и их обсуждение. 10
5. Выводы.. 12
Список литературы.. 13
Приложение. 15
1. Ведение
Эрозионные процессы в нашей стране являются одним из серьезных источников потерь ресурсов плодородия почвы и урожая, ухудшения окружающей среды. В настоящее время эрозии почв подвержено около 180 725 км2 пахотных земель (Безуглов, 2008). Наибольшая деградация почв наблюдается в центрально-черноземном районе РФ. В Нижегородской области также имеют место быть подверженные эрозии подвижные и, следовательно, крайне неплодородные почвы. Также большую часть Нижегородской области, а именно 50754 км2, занимают подзолистые и дерново-подзолистые почвы, которые обладают низким плодородием.
Почва в окрестностях детского экологического лагеря в поселке Рустай, вблизи заповедника Керженский, подвержена не только дефляции (выдуванию), но и антропогенной эрозии, в частности – вытаптыванию. Принимая во внимание тот факт, что почва на этой территории песчаная, данная проблема является крайне актуальной для поселка в условиях ежегодно возрастающей антропогенной нагрузки.
В связи с этим, целью работы являлось подобрать оптимальные условия для восстановления травянистого покрова на песчаной почве в районе детского экологического лагеря в поселке Рустай.
Задачи:
1) Ознакомится по литературным источникам с качественным и количественным составом почв Нижегородской области, а также с факторами, влияющими на плодородие почв.
2) Ознакомится по литературным источникам с культурами травянистых растений, которые способны произрастать на луговых биотопах.
3) Произвести посев культур травянистых растений на почву, подверженную внесению различных удобрений, и организовать учет всхожести и интенсивности их роста.
4) На основе полученных данных определить оптимальные условия для восстановления травянистого покрова на территории с повышенной антропогенной нагрузкой.
2. Обзор литературы
2.1. Факторы, влияющие на плодородие почв
Плодородие почвы заключается в возможности обеспечивать растения факторами жизни. Выделяют три группы факторов плодородия: биологические, химические и агрофизические. К биологическим относятся: содержание и состав органического вещества почвы, почвенная биота и чистота почвы от сорняков, вредителей и возбудителей болезней. Агрохимическую группу составляют содержание и режим питательных веществ, а также щелочно-кислотные и поглотительные свойства почвы. К группе агрофизических факторов следует отнести гранулометрический состав почвы, структуру, строение и мощность пахотного слоя. (Роде, 1975) К факторам, наиболее подверженным антропогенному влиянию, можно отнести: содержание питательных веществ, регулируемое путем внесения удобрений в почву, а также мощность пахотного слоя, зависящую от эрозии.
Эро́зия (от лат. erosio — разъедание) — разрушение горных пород и почв (Брокгауз, 1996). Выделяют естественную и антропогенную эрозию. В свою очередь, естественная эрозия подразделяется на водную эрозию почвы и дефляцию. Водная эрозия широко распространена и наиболее разрушительна. Она возникает на склонах, развивается при неправильной обработке земли. Ветровая эрозия, или дефляция (от латинского – сдувать), наиболее сильно проявляется в южных степных районах нашей области. Ветровая эрозия свойственна, главным образом, обнаженной, сухой, распылённой почве. Она может возникать на любом поле с изрезанным растительным покровом, в том числе и на поле, где только что появились всходы культурных растений. Земля при неправильном, неосторожном с ней обращении становиться игрушкой ветра (Федяева, 2007).
Помимо естественных факторов, влияющих на качество почвы, так же важна степень антропогенной нагрузки. Она является прямой причиной антропогенной эрозии. К ней относятся: промышленная эрозия, механическая эрозия, выпас и вытаптывание. Под механической эрозией почвы понимается систематическое перемещение почвы под действием почвообрабатывающих орудий (Макарова, 2009). Выпас (чрезмерный выпас) – выпас приводящий к деградации растительности сообщества и снижению его продуктивности вследствие бесконтрольного увеличения поголовья домашнего скота (Роде, 1975) Вытаптывание – сильный антропогенный фактор, под действием которого уплотняется верхний слой почвы и обламываются высокорослые растения (Дедю, 1990).
К основным питательным веществам почвы относятся: азот, фосфор и калий. Они могут поступать в почву путем естественного круговорота в результате биологических процессов, так и путем антропогенного внесения – удобрения почвы. В качестве удобрений применяются либо минеральные соли, содержащие один или несколько макро и микроэлементов, либо биологические препараты, содержащие споры азотофиксирующих микроорганизмов.
2.2. Состав почв Нижегородской области
Почвы Нижегородской области распределяются следующим образом:
дерново-подзолистые и подзолистые – 66% (50754 км2), серые лесные – 20% (15380 км2), черноземные – 6,5% (4998.5 км2) болотные и торфяные – 4% (3076 км2)аллювиальные пойменные – 3,5% (2691.5 км2) (Никитин, 1978).
В подзолистых, дерново-подзолистых почвах и отчасти в серых лесных нет мощного перегнойного слоя. Эти почвы нередко отличаются повышенной кислотностью, недостатком элементов питания, бесструктурностью. Необходимо обогащать их органическими веществами: вносить органические удобрения, сеять травы; их следует известковать, чтобы уничтожить излишнюю кислотность, вносить в них минеральные удобрения. Внося удобрения и постепенно увеличивая глубину пахотного вспашки, создается мощный пахотный слой. (Маркушевич, 1965).
2.3. Обзор удобрений использованных в ходе работы
Для проведения исследований применялись следующие удобрения.
Аммиачная селитра (NH4NO3). Азотное удобрение. Производят на заводах, связывая азот воздуха с водородом. В результате образуется аммиак, который затем окисляется до азотный кислоты. Соединяя аммиак с азотной кислотой, получается наиболее распространенное азотное удобрение – аммиачную селитру. Азот является одной из ключевых элементов нормального существования растения. (Маркушевич, 1965).
Агрикола – высокоэффективное бесхлорное водорастворимое комплексное минеральное удобрение, содержащее сбалансированное количество макро - и микроэлементов, и предназначенное для подкормок цветочных культур и овощных. Агрикола 6 – для рассады овощей и цветов (NPK 20:13:13 + MgO +микроэлементы).
Фитоспорин-М – это живая споровая бактериальная культура Bacillus subtilis 26D, которая подавляет продуктами своей жизнедеятельности размножение многих грибных и бактериальных болезней растений, обладает свойством повышения иммунитета и стимуляции роста у растений, что важно для повышения их продуктивности и уменьшения повторных заряжений (Аминев, 2011).
Зола из древесины твёрдых пород дерева (вяз, дуб, ясень, бук, клён, тополь, лиственница) содержит много калия. Помимо калия и фосфора, которые находятся в золе в легкодоступной для растений форме, зола содержит кальций, магний, железо, серу и цинк, а также многие микроэлементы, необходимые овощам, многолетним травянистым растениям, а также плодовым и декоративным деревьям. Зола не содержит хлора (Маркушевич, 1965).
2.4. Культуры полевых растений, способные произрастать на луговых биотопах
Овсянница ледниковая. (лат. Festuca) — род травянистых растений семейства Злаки (Poaceae). Встречаются на лугах, в лесах. Произрастают во всех областях Земли с холодным, умеренным и субтропическим климатом, а также в горных районах тропиков (Кречетович, 1934).
Так как овсяница встречается на Земле повсеместно, следовательно, можно полагать, что данная культура приживется и на скудной почве, подверженной эрозии.
Люпин Минарет. Люпи́н (лат. Lupinus) — род растений из семейства Бобовые (Fabaceae). Представлен однолетними и многолетними травянистыми растениями, полукустарничками, полукустарниками, кустарниками (Жуковский 1929). Еще древние римляне применяли посевы люпина, обогащающие почву азотом (Маркушевич, 1965). Поскольку азот является одним из трех (азот, калий, фосфор) важнейших элементов для нормального существования растения, люпин хорошо подходит для выращивания на бедных почвах.
Кортаделия серебристая. Кортаде́рия (лат. Cortaderia) — род многолетних травянистых растений семейства Злаковые, объединяющий около 23 видов. Название рода происходит от исп. «cortar» — «резать» и было дано из-за заостренных краев листьев растения. Некоторые виды известны под названием пампасная трава (Брокгауз, 1996). Злаки – априори луговые культуры, поэтому кортаделия должна прижиться на лугу.
Газон засухоустойчивый – декоративная смесь из тонколистных видов трав. Предназначена для озеленения садовых и приусадебных участков, городских зон. Обладает высокой устойчивостью к засухе и адаптацией к различным климатическим условиям. Состав: 10% - Райграс пастбищный, 30% - Овсяница красная, 50% - Овсяница тростниковая, 10% - Мятлик луговой.
Газон теневыносливый – смесь теневыносливых сортов трав, предназначенных для посева под кронами деревьев, в тени домов. Состав: 80% - Овсяница красная, 10% - Овсяница тростниковидная, 10% - Райграс многолетний.
3. Материалы и методы исследования
Материалом для исследования послужили семена различных травянистых растений. Для исследования применялись как монокультуры (овсяница ледниковая, люпин, кортадерия серебристая) так и комплексные культуры травянистых растений, из готовых газонных смесей разного типа (газон для жарких и засушливых условий, газон для затененных участков).
Каждая культура проращивалась на идентичном субстрате (песок из поселка Рустай) в нескольких выборках (для каждой по 200 мл песка). Разные выборки семян одной культуры поливались растворами нескольких видов удобрений: аммиачная селитра, комплексное минеральное удобрение «Агрикола», микробиологический препарат «Фитопорин-М», древесная зола. В контрольную выборку семян каждой культуры удобрения не вносились.
Исследование проводилось в три этапа: лабораторный, полевой и второй лабораторный (со скорректированной дозировкой удобрений). На первом лабораторном этапе осуществлялся посев на рассаду семян всех выборок. Первый лабораторный этап начался за 10 дней до полевого. На полевом этапе осуществлялся посев в грунт семян всех выборок и одновременно пересадка в грунт рассады, полученной на первом этапе. Второй лабораторный этап был идентичен первому, но с оптимизированной для лабораторных условий дозировкой удобрений (сокращен объем и интенсивность полива). На первом, втором и третьем этапе ежедневно осуществлялся контроль всхожести и интенсивности роста растений каждой выборки, в ходе которого производилось определение количества проросших растений, максимальной высоты растения в выборки и средней высоты растений в выборке. Результаты измерений фиксировались.
Подготовка выборок семян. Выборки монокультур готовились путем разделения содержимого пакета семян монокультуры глазомерно на равные части (5 частей). Выборки комплексных культур готовились путем взвешивания – отмерялись навески по 1 грамму.
Подготовка субстрата. На первом этапе каждая выборка семян помещалась в стандартную изолированную емкость, заполненную субстратом (песок из поселка Рустай). В качестве стандартной емкости использовался одноразовый пластиковый стакан объемом 0,5 литра. Стаканы подписывались в соответствии с посаженной выборкой семян. На втором этапе для каждой выборки семян (в том числе и для выборок из первого этапа) готовились участки почвы размером 10х10 см. Участи подписывались в соответствии с посаженной выборкой семян. Семена при посадке в субстрат заглублялись не более чем на 2 см.
Подготовка питательного раствора. На первом лабораторном и полевом этапе ежедневно каждая выборка семян однократно поливалась питательным раствором в объеме 100 мл. Питательные растворы готовились исходя из нормативов внесения соответствующего удобрения в почву в пересчете на площадь участка, засеянного семенами (0,01 м2). Объем раствора, необходимый для удобрения 1 площадки в течение 10 дней – 1 литр (10 раз по 100 мл). На втором лабораторном этапе объем раствора удобрения 1 площадки в день был сокращен до 20 мл, при этом концентрация удобрений в растворе была увеличена в соответствующее количество раз. Интенсивность полива изменена до 1 раза за двое суток.
4. Результаты и их обсуждение
Результаты измерений представлены на рисунках 1-6. На первом лабораторном этапе наибольшая всхожесть отмечена у семян теневыносливого газона в выборках, удобряемых комплексным минеральным удобрением «Агрикола», микробиологическим препаратом «Фитоспорин-М» и древесной золой (рис. 1, приложение), причем всхожесть от «Фитоспорина-М» примерно в два раза меньше, чем в остальных выборках. Семена люпина и овсяницы проросли единично в выборках, куда вносилось минеральное удобрение аммиачная селитра и препарат «Фитоспорин-М». В остальных выборках на лабораторном этапе 1 всходы не обнаружены. Установлено, что семена начали прорастать уже на третий день эксперимента, однако к седьмому дню растения в выборках, подверженных внесению аммиачной селитры, погибли.
Интенсивность роста всех всходов отмечена примерно равной до седьмого дня проведения эксперимента (рис. 2, приложение). Далее интенсивность роста в выборках люпина и теневыносливого газона, удобряемых фитоспорином, снижается так, что к окончанию срока исследования, средняя высота растений в этих выборках примерно на 40% меньше, чем растений с максимальной высотой.
На полевом этапе наибольшая всхожесть отмечена почти у всех выборок засухоустойчивого газона, а также у овсяницы, в которую вносилось удобрение «Агрикола» (рис. 3, приложение). Выявлено, что семена начали прорастать на четвертый день эксперимента. На шестой день замеры не производились по причине погодных условий (сильный дождь с грозой). Выявлено, что всхожесть на полевом этапе была меньше, чем на лабораторных этапах. Стоит также отметить, что после седьмого дня эксперимента растения в части выборок погибли. Это может быть объяснено неблагоприятными погодными условиями – длительной чредой дожей, вымывших растения из грунта. Наибольшая средняя высота была выявлена у овсяницы на четвертый день, выборка удобряемая золой, и на десятый день выборка удобряемая Агриколой. У выборок люпина и засухоустойчивого газона отмечены средние высоты растений примерно в два раза меньше (рис. 4, приложение). Вцелом, интенсивность роста растений на первом лабораторном и полевом этапах можно считать аналогичной.
На втором лабораторном этапе всхожесть значительно возросла по сравнению с предыдущими этапами, примерно в 4 раза (рис. 5, приложение). Максимальные значения выявлены у выборок газона засухоустойчивого, удобряемого фитоспорином и Агриколой. Всхожесть газона теневыносливого также отмечена примерно в два раза больше, чем на ранних этапах исследования. Установлено, что семена начали прорастать уже на второй день с момента посадки в выборках люпина и на четвертый день в выборках газона. Семена овсяницы так и не дали всходов на протяжении всего второго лабораторного этапа. Измерения проводились ежедневно, за исключением пятого дня. Выявлено, что максимальные значения средней высоты растений также примерно в четыре раза больше у выборок газона и в два раза больше у выборок люпина, чем на предыдущих этапах (рис. 6, приложение). Пиковые значения отмечены у газона засухоустойчивого, удобряемого фитоспорином и Агриколой.
5. Выводы
1) Согласно литературным данным, в Нижегородской области около 60% площади занимают подзолистые и дерново-подзолистые почвы, обладающие низким плодородием, среди которых существуют крайне неплодородные подверженные эрозии почвы (около 2,5%). Плодородные черноземные почвы занимают менее 7%.
2) Наиболее пригодными для восстановления травянистого покрова на почвах, подверженных рекреационной нагрузке оказались: из поликультур – газон засухоустойчивый, из монокультур – люпин.
3) Наиболее пригодными удобрениями для восстановления травянистого покрова оказались «Фитоспорин-М» и «Агрикола».
4) Интенсивность роста зависит от культуры растений сильнее, чем от типа удобрения.
5) Изначальные значения интенсивности и объема полива оказались избыточным и губительным для растений на первом лабораторном этапе.
Список литературы
1. И., А. Состояние плодородия и пахотных земель в Нижегородской области: [Электронный ресурс] // Центр агрохомической службы «Нижегородский». – Режим доступа: http://www. agrohim-nn. ru/articles/47-sostoyanei-plodorodiya-pakhotnykh-zemel-v-nizhegorodskoj-oblasti. html
2. Н. Влияние биопрепаратов на качество клубней картофеля в условиях южной лесостепи Республики Башкортостан / И. Н. Аминев, М. М. Хайбуллин, Ф. Ф. Ишкинина. – Уфа, 2011 – С. 6-8.
3. Г., Д., Е. Состояние с эрозией почв в России. – Изд-во «ВНИИ Агроэкоинформ», 2008. – 23 с.
4. А., А. Энциклопедический словарь. – Изд-во «Русское слово», 1996. – 5547с.
5. И. Экологический энциклопедический словарь/ И. И. Дедю; Предисл. В. Д. Федорова. – Кишинев: Гл. ред. Молд. сов. энцикл., 1990. – 406 с.
6. М. К познанию рода Lupinus Tourn.// Тр. по прикл. бот., ген. и сел. 1929. Т. 21, вып.1. С.16-294.
7. Н. Промышленная эрозия, факторы, ее обусловливающие, и некоторые приемы борьбы с ней / Т. Н. Келеберда, А. Н. Другов // Растения и промышленная среда: сб. науч. тр. / МВ и ССО РСФСР, Урал. гос. ун-т; [отв. ред. Т. С. Чибрик]. – Свердловск: УрГУ, 1989. – С. 146-152.
8. И. и Г. Род 179. Овсяница — Festuca. // Флора СССР. В 30 т. / Гл. ред. акад. В. Л.Комаров; Ред. Ю. Рожевиц и Б. К. Шишкин. – М. – Л.: Изд-во АН СССР, 1934 – Т. II. – С. 497-535.
9. С. О механической эрозии почвы при работе плуга на склоновых полях [Текст] / М. С. Макарова, В. А. Зацаринный // Проблемы современной аграрной науки: мат-лы междунар. заоч. науч. конф. – Красноярск, 2009. – С. 6-10.
10. И. Детская энциклопедия для среднего и старшего возраста. В 12-ти томах. Т. 4. Растения и Животные. – М.: Изд-во Просвещение, 1965 – 464 с.
11. А., М. и др. Почвы Горьковской области. – Горький: Волго-Вятское книжное издательство, 1978 – 192 с.
12. Почвенный фонд Нижегородской области: [Электронный ресурс] // Единый государственный реестр почвенных ресурсов России. – Режим доступа: http://egrpr. esoil. ru/egrpr. php? show=RUREG&ValueID=1006
13. Толковый словарь по почвоведению. – М.: Наука. Под редакцией А. А. Роде. 1975 – 290 с.
14. А. Промышленная экология: Конспект лекций. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. – 145 c.
Приложение
А
Б
Рисунок 1. Количество проросших растений на лабораторном этапе 1 (А – Люпин, Б – газон теневыносливый).
А
Б
В
Рисунок 2. Средние высоты проросших растений на лабораторном этапе 1 (А – «Агрикола», Б – зола, В – «Фитоспорин»).
А
Б
Рисунок 3. Количество проросших растений на полевом этапе (А – Овсяница, Б – газон засухоустойчивый).
А
Б
В
Рисунок 4. Средние высоты проросших растений на полевом этапе (А – «Агрикола», Б – зола, В – «Фитоспорин»).
А
Б
В
Г
Рисунок 5. Количество проросших растений на лабораторном этапе 2 (А – Кортадерия, Б – Люпин, В – газон засухоустойчивый, Г – газон теневыносливый).
А
Б
В
Г
Д
Рисунок 6. Средние высоты проросших растений на лабораторном этапе 2 (А – «Агрикола», Б – зола, В – «Фитоспорин», Г – NH4NO3, Д - вода).
Контактные данные исполнителя
г. Нижний Новгород, ул. Березовская, , тел. +79081553539, e-mail lolik. *****@***ru
Основные порталы (построено редакторами)