Характеристика разнотравно-злакового фитоценоза, который при органическом режиме питания переформировывается в злаковый с содержанием дикорастущих злаков. Изучение лугопастбищных угодий Якутии. Анализ экстразональных реликтовых степей Центральной Якутии.
Аннотация к работе
Остепненные луга в Якутии имеют не только научную, но и практическую значимость. В Центральной Якутии изза высокой концентрации КРС и лошадей до 70% остепненных лугов сильно деградированы и нуждаются в улучшении видового состава и повышении урожайности. На основе обширных исследований в южных и центральных районах Якутии им установлено, что растительность центрально-якутских степей имеет много сходного со степями Предбайкалья и Северного Забайкалья [14,15,16,17,18]. Почвы под остепненными лугами отличаются большой сухостью и сравнительно интенсивным нагреванием корнеобитаемой толщи. За годы исследований видовой анализ состава разнотравно-злакового фитоценоза показал, что в контроле (без внесения удобрений) доминируют злаковые виды до 50% (пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Nevski.)), бобовыедо 22% (остролодочник шишковидный (Oxytropis strobilacea)) и разнотравье до 27,7% (Рис.В условиях средней долины реки Лена на мерзлотных, пойменных, дерново-черноземных почвах естественные остепненные луга по-разному реагируют на режим питания. Разнотравно-злаковый фитоценоз при органическом режиме питания переформировывается в злаковый с содержанием дикорастущих злаков до 76% и бобовых до 19% СВ с урожайностью до 20 ц/га СВ.
Введение
Лугопастбищные угодья Якутии служат в экономическом плане важнейшим источником поддержания аграрного сектора и жизнеобеспечения местного населения. В Центральной Якутии встречаются уникальные очаги экстразональных реликтовых степей.
Остепненные луга в Якутии имеют не только научную, но и практическую значимость. Они служат кормовой базой для животноводства и коневодства. В Центральной Якутии изза высокой концентрации КРС и лошадей до 70% остепненных лугов сильно деградированы и нуждаются в улучшении видового состава и повышении урожайности. Степная растительность Якутии описывалась многими учеными Якутии, том числе и Т. А. Работновым. На основе обширных исследований в южных и центральных районах Якутии им установлено, что растительность центрально-якутских степей имеет много сходного со степями Предбайкалья и Северного Забайкалья [14,15,16,17,18]. А также авторами монографии «Основные особенности растительного покрова Якутской АССР» разработана классификация якутских степей, в основу которой положена схема Е.М. Лавренко [9]. Происхождение степей объясняют, во-первых, историей развития растительного покрова (степная растительность - реликтовая, сохранившаяся от межледниковых ксеротермических периодов), во-вторых, ныне действующими факторами окружающей среды, прежде всего сухостью климата. Центрально-якутские степи связаны единством происхождения и флористическим составом с предбайкальскими и забайкало-монгольскими степями [7]. Наиболее крупные очаги степной растительности Якутии встречаются в Центральной Якутии.
Остепненные луга Центрально-Якутского флористического района в основном расположены в Центрально-Якутской равнине, в среднем течении р. Лена. Степные участки представлены луговыми дерновинно-злаково-разнотравными и злаково- или злаково-полынными степями [3]. На территории Центральной Якутии встречается экстразональный степной тип растительности. Степные сообщества формируются на безлесных склонах коренных берегов, где происходит быстрое и глубокое оттаивание грунта весной и ранним летом, в результате чего во время вегетации устанавливается постоянный дефицит влаги в почве. Встречаются разные типы степей: луговые, настоящие, опустыненные и петрофитные. Настоящие степи сложены дерновинно-злаковыми, корневищно-злаковыми, корневищно-осочковыми, разнотравными и полукустарничковыми формациями [4]. Флора остепненных лугов отличается богатством видового состава. По экологическим условиям остепненные луга являются переходными от настоящих лугов к степям. В их травостоях всегда присутствуют степные растения [10].
Степная растительность средней долины реки Лена представляет собой уникальное явление природы, издавна привлекавшее внимание ученых. Наиболее богато представлены виды семейств злаковых, осоковых, бобовых, сложноцветных, лютиковых, розоцветных [8, 5, 6].
Имеются лишь экспериментальные данные о повышении потенциала продуктивности пырейникового фитоценоза в зависимости от режима питания в условиях Центральной Якутии [1].
Целью наших исследований является изучение влияния различных режимов питания на видовой состав и продуктивность остепненных лугов в условиях средней долины реки Лена.
1. Материал и методы исследования
Объектом исследований являются различные степные сообщества: остепненный, разнотравно-злаковый и пырейный фитоценозы при разных режимах питания и в условиях естественного увлажнения.
Исследования по базовому проекту за 2013-2016 годы проводились на остепненных лугах Мархинского стационара, расположенного в 13 км от города Якутска. Опытные участки расположены на второй надпойменной террасе реки Лена. Специфические элементы климата Центральной Якутии, повсеместно развитая многолетняя мерзлота, своеобразный гидрологический режим р. Лены формируют в средней долине сложный комплекс факторов для роста и развития растений. Почвы опытного участка определены как остепненно-луговые слоистые карбонатные суглинистые и супесчаные. Почвы под остепненными лугами отличаются большой сухостью и сравнительно интенсивным нагреванием корнеобитаемой толщи. В этих условиях во второй половине лета протекает усиленная минерализация органических веществ с образованием верхнего гумусированного слоя, внешне напоминающего гумусо-аккумулятивный горизонт степных черноземов. Преобладает черноземовидный процесс почвообразования. Верхние горизонты этих почв несколько подкислены, только в нижних толщах отмечается подщелачивание, и РН водной суспензии достигает 7,4.
Весенняя влажность мерзлотной дерновой почвы характеризуется как недостаточная для начальной вегетации луговых трав, поэтому остепненные луга отличаются низкой биологической продуктивностью. Почвы ключевого участка на Мархинском стационаре - мерзлотные пойменные дерново-черноземные с содержанием гумуса в пахотном слое 0-20 см до 2,5 %, подвижного фосфора - 279 мг/кг, обменного калия - 104 мг/кг почвы.
Погодные условия вегетационных периодов за 2013-2016 гг. отличались между собой и охватывали все особенности природно-климатических условий долины Средней Лены. Оптимальным для роста и развития многолетних трав в условиях Пригородной зоны за основной вегетационный период считается количество осадков 161-170 мм.
Самым засушливым и жарким был вегетационный период 2015 года при ГТК 0,50, осадков выпало 121 мм против нормы 161 мм. Наиболее влажным оказался 2013 год при ГТК 0,90, когда весной и в первой половине лета выпали обильные дожди, и количество выпавших осадков за вегетационный период достигло 234 мм. Наиболее благоприятным по температурному режиму и выпавшим осадкам был 2016 г. при ГТК 0,80. Переменно-влажным был 2014 год при ГТК 0,70 с засушливой весной и дождливым летом. якутия фитоценоз лугопастбищный
Таким образом, на Мархинском стационаре погодные условия за 2013-2016 годы были различными по температурному режиму и выпавшим осадкам, что значительно повлияли на рост и развитие растений, на прохождение фенологических фаз и формирование урожайности степных растений, и на их деятельность корневых систем луговых трав.
В исследованиях по изучению видового состава и продуктивности луговых степей в условиях криолитозоны использовали общепринятые методики по луговедению и луговодству. Все учеты и наблюдения проводились по «Методике опытов на сенокосах и пастбищах» [11,12]. Статистическую обработку данных по урожайности проводили методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову [2]. Химический состав сенокосного корма (сырая клетчатка, жир, сырая зола N, Р, Са,) определяли в лаборатории биохимии ЯНИИСХ СО РАСХН. Оценка потоков энергии в луговых фитоценозах проводилась по методике «Методическое руководство по оценке потоков энергии в луговых агроэкосистемах» [13].
2. Результаты исследования и их обсуждение
Впервые в условиях средней долины реки Лена на мерзлотных пойменных дерново-черноземных почвах проведена оценка остепненных лугов с различным видовым составом по потенциалу продуктивности. Проведенные исследования установили, что в условиях Центральной Якутии видовой и продуктивный потенциал остепненных лугов в зависимости от внесенных удобрений определялся вегетационными периодами, биологическими особенностями изучаемых луговых травостоев и режимами питания (табл. 1).
За годы исследований видовой анализ состава разнотравно-злакового фитоценоза показал, что в контроле (без внесения удобрений) доминируют злаковые виды до 50% (пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Nevski.)), бобовыедо 22% (остролодочник шишковидный (Oxytropis strobilacea)) и разнотравье до 27,7% (Рис. 1).
IMG_6fbba91f-8b3a-435a-a0a2-6e7f7ffbb0e4
Рис. Видовой состав разнотравно-злакового фитоценоза от удобрений, среднее за 2013-2016 гг., в СВ %: 1 Контроль - без удобрения; 2 Перегной 20т/га 1 раз в 4 года; 3 Перегной 20т/га 1 раз в 4 года NPK(60) ежегодно; 4 NPK(60) ежегодно; 5 NPK(30) ежегодно; 6 Перегной 20т/га ежегодно;
Внесение комплексного удобрения (перегной 20 т/га N60P60K60) значительно повышает участие злаковых видов до 88%, что на 38% выше, чем в контроле без удобрений. При этом, участие бобовых видов и разнотравья снижается до 11% и 1% СВ. Следует отметить, что комплексное внесение минерального и органического удобрений в большой мере способствуют увеличению содержания пырея ползучего (Elytrigia repens (L.) Nevski.) в травостое до 65%.
Применение минерального удобрения в дозах N60P60K60 и N30P30K30 способствует значительному сохранению доли участия злаковых видов до 70-75% СВ, где в основном преобладает пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Nevski.) до 65%. Надо отметить, что изза высокой конкурентоспособности пырея ползучего (Elytrigia repens (L.) Nevski.) снизилось участие других злаков. Реакция дикорастущих злаков на удобрения различалась по годам пользования травостоя в зависимости от степени увлажнения и последействия минерального и органического удобрений. Участие бобовых видов повысилось до 22-27% СВ за счет снижения доли разнотравья до 2-3% СВ. Следовательно минеральный режим питания способствует увеличению содержания злаковых видов до 75-88% СВ и сохранению бобовых видов до 27% СВ. Реакция разнотравья на минеральные удобрения отрицательная, их участие снижается до 1% СВ.
Органический режим питания (ежегодное внесение перегноя 20 т/га) способствовал увеличению участия злаковых видов до 76%, что выше контроля на 16% СВ. Участие пырея ползучего (Elytrigia repens (L.) Nevski.) в фитоценозе повысилось до 62%, а участие полевицы Триниуса (Agrostis trinii) снизилось до 10%, что объясняется лучшей реакцией пырея ползучего (Elytrigia repens (L.) Nevski.) на азот перегноя. Внесение перегноя 20 т/га значительно снизило участие разнотравья в фитоценозе до 5% СВ за счет сохранения участия бобовых до 19% СВ. Внесение перегноя 20 т/га 1 раз в 4 года способствует сохранению доли злаков (59% СВ) и бобовых 40% СВ.
Следует отметить, что при органическом режиме питания разнотравно-злаковый фитоценоз переформировывается в злаковый с содержанием дикорастущих злаков до 76% и бобовых до 19% СВ.
Видовой анализ состава пырейного луга показал, что в контроле (без внесения удобрений) доминирует злаковые виды до 80% (пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Nevski.) - 69,%) из бобовых - 13% (остролодочник шишковидный (Oxytropis strobilacea)) и разнотравье - 6,4% СВ (Рис. 2).
IMG_3b54035e-655f-4c8a-bb0d-edbcb12b8be4
Рис. 2. Видовой состав пырейного фитоценоза от удобрений, среднее за 2013-2016 гг., в СВ %: 1 Контроль - без удобрения; 2 Перегной 20т/га 1 раз в 4 года; 3 Перегной 20т/га 1 раз в 4 года NPK(60) ежегодно; 4 NPK(60) ежегодно; 5 NPK(30) ежегодно; 6 Перегной 20т/га ежегодно;
Основным эдификатором пырейного луга является пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Nevski.) независимо от доз и вида удобрений. В годы исследований максимальное содержание пырея ползучего (Elytrigia repens (L.) Nevski.) - 92% СВ обеспечивает применение минерального удобрения в дозах N60P60K60 с сохранением разнотравья до 8% СВ. Изза высокой конкурентоспособности пырея ползучего (Elytrigia repens (L.) Nevski.), участие других злаков плохо сохранились в составе травостоя. При органическом режиме питания реакция разнотравья хорошая и сохранилась на уровне 13-17% СВ. Такое содержание разнотравья сформировалось за счет снижения доли бобовых видов. Высокая конкурентоспособность пырея ползучего (Elytrigia repens (L.) Nevski.) и повышенный фон азотного питания несколько заглушает участие бобовых в пырейном травостое.
За годы исследований потенциал продуктивности остепненных лугов зависело от типа травостоя, режима питания и степени увлажненности вегетационных периодов (Табл. 1).
Таблица 1. - Продуктивность естественных остепненных лугов в зависимости режима питания (среднее за 2013-2016 гг.)
УдобренияСодержание дикорастущих видов, % Урожайность за 4 года, ц/га СВПроизводство с 1 га Содержание переваримого протеина в 1 корм. ед., г
ЗлакиБобовыеРазнотравьеСбор ОЭ, ГДЖ/гаСбор корм. ед.Сбор СП, кг
Остепненный луг
Контроль- без удобрения9,013,078,06,45,537155 41
Перегной 20 т/га 1 раз в 4 года39,920,539,69,37,853082 49
Перегной 20 т/га 1 раз в 4 года NPK(60) ежегодно36,77,655,716,014,61056196 79
Установлено, что ежегодное внесение удобрений в дозе NPK(60) на разнотравно-злаковый луг с содержанием дикорастущих злаков (до 88%) обеспечивает получение урожайности до 20,1 ц/га сена. Повышенный потенциал продуктивности разнотравно-злакового и пырейного лугов отмечался на фоне органоминерального режима питания (перегной 20 т/га 1 раз в 4 года NPK(60) ежегодно): по сбору обменной энергии -17,3 и 16,9 ГДЖ, кормовых единиц - 1021 и 1164 и сбору сырого протеина - 247 и 323 кг с 1 га.
По содержанию переваримого протеина в 1 корм. ед. пырейный и разнотравно-злаковый луга с содержанием злаковых от 88 до 91% соответствовал зоотехническим нормам (105 г), что обеспечивает получение 108-118 г переваримого протеина в 1 корм. единице.
Вывод
В условиях средней долины реки Лена на мерзлотных, пойменных, дерново-черноземных почвах естественные остепненные луга по-разному реагируют на режим питания. Разнотравно-злаковый фитоценоз при органическом режиме питания переформировывается в злаковый с содержанием дикорастущих злаков до 76% и бобовых до 19% СВ с урожайностью до 20 ц/га СВ. При этом продуктивность улучшенного фитоценоза составила по сбору обменной энергии 17,3 МДЖ/га, кормовых единиц 1032 и сырого протеина 247 кг/га. Пырейный фитоценоз обеспечил получение урожайности до 19,4 ц/га СВ и содержание переваримого протеина в 1 кормовой единице до 118 г.
В целом наиболее эффективным на остепненных лугах является применение комплексного удобрения (перегной 20 т/га N60P60K60), обеспечивающие повышение урожайности в 2 раза с хорошим качеством корма.
Работа выполнена в рамках государственного задания ФГБУН ИБПК СО РАН по проекту НИР № АААА-А17-117020110056-0 по теме: « Фундаментальные и прикладные аспекты изучения разнообразия растительного мира Северной и Центральной Якутии».
Список литературы
1. Барашкова, Н.В., Устинова, В.В. Влияние удобрений на продуктивность естественного пырейникового луга средней поймы р. Лены // Кормопроизводство, № 6 - 2008. - С 15-16.
2. Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта. - М.: Агропромиздат, 1985. - 375 с.
3. Захарова, В.И. К флоре петрофитных степей охраняемых территорий // Флора и растительность криолитозоны. - Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2005а. - Ч. 2. - С. 39-49.
4. Захарова, В.И. Реликтовые степные сообщества Якутии. //Вестник Томского государственного университета. Биология, 2009. - №2 (6) - С.
5. Иванова, В.П. Семенное возобновление некоторых степных видов растений в долине Лены // Бот. мат. по Якутии. - Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1975а. - С. 48-60.
6. Иванова, В.П. Степи в долине средней Лены // Берегите растительные богатства Якутии. Якутск: Кн. изд-во, 1975б. - С. 34-41.
16. Работнов, Т.А. Обзор работ по изучению растительности Якутской АССР к 200-летию ботанического изучения Якутии // Ботан. журн. - 1936. - №6. -С.180-195.
17. Работнов, Т.А. О естественных лугах Южной Якутии // Природа. - 1938. - №6. - С. 26-31.
18. Работнов, Т.А. О степях Центральной Якутии // Природа. - 1945. - №2. - С.35-36
References
1. Barashkova, N.V., Ustinova, V.V. Vliyanie udobreniy na produktivnost estestvennogo pyireynikovogo luga sredney poymyi r. Lenyi // Kormoproizvodstvo, # 6 - 2008. - S 15-16.
5. Ivanova, V.P. Semennoe vozobnovlenie nekotoryih stepnyih vidov rasteniy v doline Lenyi // Bot. mat. po Yakutii. - Yakutsk: Izd-vo YAF SO AN SSSR, 1975a. - S. 48-60.
6. Ivanova, V.P. Stepi v doline sredney Lenyi // Beregite rastitelnyie bogatstva Yakutii. Yakutsk: Kn. izd-vo, 1975b. - S. 34-41.