Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Влияние экстенсивного использования культурных лугов на фитоценозы и ресурсосберегающие приемы повышения их продуктивности
1 1. Состояние вопроса 16
1.2. Условия проведения экспериментальных исследований 21
1.2. 1 Характеристика экспертагаггальных участков 21
1.3. Метеорологические условия в периоды исследований 26
1.4. Влияние удобрений и системы использования луговых фитоценозов на агрохимические характеристики почвы 32
1.5. Влияние экологических факторов на биопродуктивность луговых фитоценозов 37
1.6. Динамика ботанического состава луговых фитоценозов 46
3.6. Репродуктивная характеристика луговых злаковых трав 49
1.6. Влияние на химический состав и питательную ценность растений системы использования мелиорированного луга 51
1.7. Эколого-биологическая характеристика фитоценозов и их динамика при экстенсивном использовапші мелиорированных лугов 55
1.8. Перспективные способы улучшегоія водно-воздушного режима слабопроницаемых почв при мелиорации лугов 70
Резюме 77
Глава 2. Методы оптимизации биохимического состава растений при интенсивном использовании луговых фитоценозов
2.1. Состояние вопроса 80
2.2. Характеристика опытных участков и методика исследований 87
2.3. Метеорологические условия в период проведения исследований 90
2.4. Динамика ботанического состава лугового фитоценоза 94
2.5. Влияние удобрений и микроэлементов на интенсивность роста многолетних трав 98
2.6. Урожай многолетних трав в условиях интенсивного использования луговых фитоценозов 102
2.7. Изменение биохимического состава растений под влиянием удобрений и микроэлементов 105
2.8. Влияние удобрений и микроэлементов на накопление нитратов в многолетних травах 109
Резюме 112
Глава 3. Приемы формирования высокопродуктивных луговых фитоценозов в среднетаежной зоне (на примере Архангельской области).
3.1. Приемы формирования высокопродуктивных луговых фитоценозов 114
3.2. Характеристика опытных участков и условия проведения исследований 120
3.2.1. Методика проведения исследований 127
3.3. Метеорологические условия в период проведения исследований 128
3.4. Изменение агрохимическігх показателей почвы опытных участков 132
3.5. Водный режим почв в период проведения исследований 139
3.6. Изменение ботанического состава фитоценоза 140
3.7. Влияние удобрений на продуктивность многолетних трав 145
3.8. Влияние удобрений и периода затопления пойменных лугов на биохим ически й состав растений 151
Резюме 157
Глава 4. Котловины термокарстовых озёр - перспективные угодья для формирования высокопродуктивных лугов в северных регионах
4.1 .Природно-климатические особенности Нижне-Анадырской низменности 159
4.2. Опыт создания сеяных сенокосов в районах Крайнего Севера 169
4.3. Осушение термокарстовых озёр для создания кормовых угодий 178
4.4. Условия постановки опытов и методика проведения исследований 179
4.4.1. Характеристика опытных участков. 180
4.4.2. Метеорологические условия в период проведения исследований 185
4.4.3. Схемы опытов и методика проведения исследований 190
4.4.4. Гидротермический режим почвы днища термокарстового озера 193
4.5. Влияние климатических условий и минерального питания на рост и развитие трав сеяного луга 209
4.6. Влияние климатических условий и минеральных удобрений на ботанический состав травостоя сеяного луга 215
4.7. Влияние климатических условий и минеральных удобрений на структуру урожая трав сеяного луга 222
4.8. Влияние минеральных удобрений на продуктивность сеяных и дикорастущих трав 225
4.9. Изменение качества луговых трав под влиянием минеральных удобрений 228
Резюме 231
Глава 5. Восстановление почвенно-растительного покрова на территории загрязненной нефтяными углеводородами
5.1. Влияние загрязнения территорий нефтяными углеводородами на почвенно-растительный покров (состояние вопроса) 236
5.1.1-Эколого-геохимическая характеристика нефтеуглеводородных продуктов их трансформация и миграция в почвенном профиле 236
5.1.2. Деструкция нефтяных углеводородов в почве микроорганизмами 242
5.1.3. Самовосстановление почвенно-растительного покрова, загрязнённого нефтяными углеводородами 244
5.2. Эффективность мероприятий по восстановлению почвенно-растительного покрова, загрязнённого нефтепродуктами 250
5.2.1. Условия постановки экспериментов 252
5.2.2. Устойчивость растений к загрязнению почвы нефтепродуктами 257
5.2.3. Влияние техногенного загрязнения почвы нефтяными углеводородами на формирование растительного покрова 265
5.2.4. Влияние загрязнения почвенного покрова нефтепродуктами на целлюлозоразрушающие микроорганизмы и ферментативную активность почвы 273
5.2.5. Введение в культуру пггаммов микроорганизмов-деструкторов нефтяных углеводородов и эффективность их применения при биологической рекультивации почв 283
5.3. Комплекс мероприятий при проведении биоремедиации почв, загрязненных нефтепродуктами 291
Резюме 292
Глава 6. Критерии оценки степени антропогенной нарушенности экосистем 295
6.1. Значение почвенно-растительного покрова в устойчивости геосистем к техногенезу на примере антропогенно-нарушенных лшідшафтов 296
6.2. Биотические критерии оценки степени антропогенного нарушения и устойчивости экосистем 301
6.3. Интегральная оценка устойчивости экосистем к внешним воздействиям на основе биотических критериев 308
Резюме 314
Выводы 316
Предложения производству и результаты внедрения 320
Литература 324
- Влияние удобрений и системы использования луговых фитоценозов на агрохимические характеристики почвы
- Влияние удобрений и микроэлементов на интенсивность роста многолетних трав
- Влияние удобрений и периода затопления пойменных лугов на биохим ически й состав растений
- Влияние климатических условий и минерального питания на рост и развитие трав сеяного луга
Введение к работе
Для изучения закономерностей формирования устойчивых луговых фитоце-нозов в антропогенных ландшафтах были подобраны агроэкосистемы на территории Ленинградской области, Архангельской области и в Чукотском автономном округе. Их территории, согласно природно-селъскохозяйственному районированию, расположены в трех различных природно-сельскохозяйственных зонах: южнотаежно-лесной, среди етаежной и полярно-тундровой.
Южнотаежно-лесная зона входит в состав умеренного пояса, являющегося высшей единицей природно-сельскохозяйственного районирования. Умеренный пояс охватывает территорию с 1 > ю — +1600-4000, что позволяет здесь развивать такие отрасли сельского хозяйства, как интенсивное земледелие и животноводство. Территория Ленинградской области отнесена к Прибалтийской сельскохозяйственной провинции. Ломоносовский район, в котором проводились исследования, расположен в Ижорском равнинно-волнистом округе и относится к западному южнотаежно-лесному, равнинно-волнистому с суглинистыми дерново-карбонатными и дерново-подзолистыми почвами природно-сельскохозяй-ственному району. Выборгский район, где также выполнялись исследования, отнесен к Западно-ладожскому равнинно-волнистому округу, на его территории располагается Северо-западный южнотаежно-лесной, равнинно-волнистый с песчаными глеево-подзолистыми и глеево-таежными почвами природно-сельскохозяйственный район.
Среднетаежная природно-сельскохозяйственная зона, на территории которой располагается Архангельская область, входит в холодный тундрово-таежный пояс. Для этого природно-сельскохозяйственного пояса характерна низкая теп-лообеспеченность, что ограничивает развитие земледелия. Температура пояса ограничивается с юга изолинией 21 > ю - 1600 (1400). Она совпадает с северной границей устойчивого земледелия. Территория Архангельской области находится в границах Европейской провинции, а Котласский район, где проводились
7 исследования, расположен в Вычегодско-СысольскОхМ равнинно-волнистом при-родно-сельскохозяйственном округе и относится к южному среднетаежному, равнинно-холмистому и плоскоравнинному с суглинистыми, глеево-подзолис-тыми, подзол исто-таежно-болотньш и почвами природно-сельскохозяйственному району. Из сельскохозяйственных отраслей на юге района распространено молочное животноводство, на севере - очаговое земледелие.
Полярно-тундровая природно-сельскохозяйствениая зона расположена в холодном тундрово-таежном природно-сельскохозяйственном поясе. Хозяйственная деятельность в этом поясе представлена преимущественно оленеводством, рыболовством, охотничьим промыслом и очаговым земледелием, В состав этой зоны входит Чукотско-Анадырская полярно тундровая провинция, где проводились исследования. К основной характеристике полярно-тундровой зоны относится необеспеченность ее теплом для земледелия, избыточная влажность и присутствие холодных арктических и тундровых глеевых почв. Средне июльская температура в тундре обычно +5 - +11 С. Сумма активных температур Т. t > ю в среднем по зоне составляет менее 400 С [151].
Актуальность работы. Луговые фитоценозы относятся к ресурсообра-зующим компонентам экосистемы. Они в первую очередь реагируют на антропогенное воздействие гоменеішем таких параметров, как биопродуктивность, видовой состав фитоценоза, химический состав растений и др. Наибольшему воздействию извне луговые фитоценозы подвергаются в агроэкосистемах и в техногенных ландшафтах. В связи с тем, что луговые фитоценозы являются основным источником кормов для отраслей животноводства, а в экосистеме им отводится важнейшая средообразующая роль, то от их состояния на лугу зависит продовольственная и экологическая ситуация в стране.
На современном этапе в период реформирования экономики в нашей стране наблюдается значительный спад производства продукции животноводства. Основная причина такой ситуации — отсутствие прочной кормовой базы для животноводства, вызванной постоя иным сокращением площадей лугов и низкой урожайностью культурных луговых фитоценозов. По данным Санкт-
8 Петербургского Северо-Западного НИИ экономики и организации сельского хозяйства в Нечерноземье ежегодно деградируют 1,5-2,0 % площадей культурных лугов, с 1 га получают в лучшем случае 5-10 ц кормовых единиц. Для увеличения продуктивности животноводства на 30-35 % в этом регионе следует повысить урожайность многолетних трав в 1,4—2 раза и восстановить нарушенные площади лугов.
В условиях недостатка денежных средств в агропромышленном комплексе
\т одним из эффективных путей увеличения объема производства кормов на куль-
турных лугах с невысоким уровнем плодородия почв является продление продуктивного долголетия луговых фитоценозов. Для разработки мероприятий, направленных на решение этой проблемы, необходимо изучение основных закономерностей структурно-функциональной организации луговых фитоценозов на культурных лугах в условиях экстенсивного их использования.
Современная стратегия лугового кормопроизводства направлена на полу
чение из многолетних трав кормов с высокой энергетической ценностью. Для
ігх получения необходимо создавать луга с участием бобовых видов трав и
применять на луга минеральные удобреїшя, прежде всего азотные. Однако при
определенных условиях использование азотных удобрений приводит к накоп
лению в растениях избыточного количества нитратов, которое может вызвать
заболевания животных, а через продукцию - и человека. Поэтому решение
проблемы снижения нитратов в растениях на удобряемых лугах при одновре-
;?' менном увеличении урожайности многолетних трав и повышении качества
кормов является очень важной.
В связи с необходимостью дальнейшего освоения природных ресурсов и развития промышленного комплекса в северных регионах страны, большое значение приобретает проблема обеспечения населения молочными продуктами и мясом. Местное производство этих видов продукции, прежде всего, зависит от кормовой базы для животноводства. Значительным резервом производства кормов в условиях Севера являются луга в поймах рек и котловины осушенных термокарстовых озер. Однако урожайность таких лугов в большинстве
9 случаев из-за низкого уровня плодородия почв и суровых условий произрастания растений невысокая. Кроме того, котловины озёр медленно самозалужают-ся, а их луговые фитоценозы с течением времени вырождаются. Эти причины не всегда в полной мере позволяют обеспечить местное животноводство кормами. В связи с этим, особую актуальность приобретает разработка для Северного региона научно-обоснованных агротехнических приемов, позволяющих сформировать здесь высокопродуктивные луговые фитоценозы улучшить их
І* качественный состав и продлить продуктивное долголетие лугов.
В докладе президента РАСХН Г.А. Романенко на научной сессии по проблемам развития и научного обеспечения агропромышленного комплекса Северных регионов России отмечается, что многолетним травам в условиях Севера должно отводиться приоритетное направление не только в роли кормовой культуры, но и использование их при почвозащите и биологической рекультивации земель [157].
В настоящее время процессы восстановления земель в южнотаежно-лесной зоне, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, являются наименее изучепны-ми. В техногенных ландшафтах биогеоценозы восстанавливаются крайне медленно. В них нарушается круговорот веществ, падает биологическая продуктивность, а, следовательно, снижается хозяйственная ценность территории. Одним из способов ускоренного восстановления почв, загрязненных нефтепродуктами, является биологический метод. Эффективность его зависит от степени
*' адаптированности приемов восстановления земель к почвенно-климатическим
и ландшафтно-геохимическим условиям. Проблема формирования растительного покрова на нарушенных территориях, вызванных загрязнением почвы нефтяными углеводородами, в последнее десятилетие чрезвычайно важна для ряда нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих регионов, а также для районов, где напряженность экологической ситуации обостряется аварийными разливами нефти и нефтепродуктов. Одним из таких потенциально опасных районов является территория Ленинградской области, где размещаются Ки-ришекий нефтеперерабатывающий промышленный комплекс, Приморский
10 нефтеналивной порт, транспортная система нефтетрубопроводов и множество автозаправочных станций. Поэтому здесь особенно актуально решение проблемы ускоренного восстановления шчвенно-растительного покрова биологическим методом, позволяющим сократить сроки ввода загрязненных сельскохозяйственных земель в производство. Однако для решения этой проблемы требуется изучение многих факторов, влияющих на период формирования сукцессии и восстановления почвенного покрова.
Цель работы: разработка па основе экспериментальных исследований (физических, агрохимических, биохимических, фитоценологических, микробиологических) теоретических основ и научно-обоснованных мероприятий по формированию в антропогенно-нарушенных экосистемах Северо-Западного и Северного регионов устойчивых луговых фитоценозов и управлению их биопродуктивностью для обеспечения животноводства качественными кормами и ускоренного ввода сельскохозяйственных земель в производственный процесс в случае их загрязнения нефтепродуктами.
Задачи исследований. Для достижения поставленной цели предусмотрено решение следующих задач:
1. Выявить основные признаки деградационного процесса культурных лугов в нарушенных агроэкосистемах и установить потенциальное продуктивное долголетие луговых фитоценозов при различных условиях обитания растений.
Изучить влияние экстенсивного и интенсивного использования различных типов лугов на агрохимические показатели дерново-подзолистых почв.
Исследовать физические, агрохимические и гидротермические свойства почв котловин осушенных термокарстовых озер в полярно-тундровой зоне, являющихся перспективными для формирования на них луговых фитоценозов.
Изучить влияние минеральных удобрений на луговые фитоценозы и установить их оптимальные нормы для применения на лугах в южнотаежно-леспой? среднетаежной и полярно-тундровой зонах.
Выявить эффективность действия внекорневой подкормки луговых фи-тоценозов микроэлементами на фоне применения повышенных доз азотных удобрений в комплексе с фосфорно-калийными на биопродуктивность, ботанический состав фитоценоза, биохимический состав растений и снижение в них нитратов.
Изучить влияние затопления пойменных лугов паводковыми водами на биопродуктивпость, ботанический состав фитоценоза и химический состав многолетних трав и исследовать эффективность применения агротехнических мероприятий по формированию устойчивых фізтоценозов на пойменных лугах.
Выявить эффективность применения в условиях среднетаёжной зоны способа интенсивного использования (трехукосного) культурных лугов на ме-лиорировшшых землях с внесением под многолетние травы совместно с фосфорно-калийными удобрениями повышенных доз азота,
Выбрать наиболее устойчивые культурные виды многолетних трав к суровым климатическим условиям полярно- тундровой зоны, которые целесообразно высевать для ускоренного залуження котловин осушенных термокарстовых озер, и изучить процессы формирования на днищах озер луговых фитоце-нозов.
Выявить устойчивые виды культурных видов многолетних трав к загрязнению почвы нефтепродуктами и установить факторы, позволяющие уско-1 рить формирование на техногенно-нарушенных территориях растительного покрова,
Разработать мероприятия по рекультивации почв, загрязненных нефтепродуктами, биологическим методом с использованием культурных видов многолетних трав.
Разработать систему фитоценотических критериев для оценки устойчивости геосистем к техногенным воздействиям и степени их антропогешюй нарушенное.
Методология исследований: в качестве методологической основы использован анализ результатов лабораторных и полевых экспериментов, вы пол-
12 ненных в нарушенных агроэкосистемах на территории Ленинградской области, Архангельской области и Чукотском автономном округе, а также труды отечественных и зарубежных исследователей по данному научному направленню. При проведении исследований были применены стандартные методики, обеспечивающие достоверность научных результатов, обоснованность выводов и предложений производству.
Научная новизна работы: заключается в следующем.
л — Установлены при экстенсивном использовании культурных мелиорирован-
пых лугов основные закономерности структурных изменений в луговых фи-тоценозах и динамика агрохимических свойств хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв.
Выявлено потенциальное продуктивное долголетие культурных луговых фи-тоценозов при различных условиях обеспечения растений питательными веществами.
Изучен метод снижения нитратов в многолетних травах в условиях применения на лугу вьісокіїх доз азотных удобрений в комплексе с фосфорно-калийными с одновременным повышением биопродуктивности и качества фитоценозов.
Изучено влияние продолжительного затопления пойменных лугов, а также действие минеральных удобрений на агрохимические свойства дерново-подзолистых почв и культурные виды многолетних трав.
Разработан прием ускоренного формирования в котловинах осушенных тер-мокарстовых озер в полярно-тундровой зоне высокопродуктивных фитоценозов с использованием культурных видов многолетних трав, наиболее устойчивых к суровым климатическим условиям.
Исследованы процессы снижения токсичного воздействия нефтепродуктов в загрязненных почвах на луговые растения и разработан комплексный метод биологической рекультивации территорий, загрязненных нефтепродуктами, позволяющий ускорить процесс формирования почвенно-растительного покрова.
- Разработаны теоретические основы научно-обоснованного метода оценки антропогенной нарушешюсти агроэкосистем с использованием фитоцено-тических критериев. Основные положения, выносимые на защиту:
Основные закономерности изменений в почвенно-растителыюм покрове культурных лугов при различных способах их использования (экстенсивном и интенсивном).
Научно-обоснованные агротехнические приемы по формированию устойчивых фитоценозой в нарушенных экосистемах полярно-тундровой зоны.
Научно-обоснованные методы снижения токсичного воздействия нефтепродуктов в загрязненных почвах на луговые растения и биологический метод рекультивации земель.
Теоретические основы оценки степени антропогенного нарушения агроэкосистем на основе фитоценотических критериев.
Личный вклад автора. Приведенные в диссертации результаты работы были получены лично автором. Основные ее положения выполнены в рамках госбюджетных и хоздоговорных НИР по темам и заданиям Минмелиоводхоз РСФСР, Минобразования РФ, Федеральной программьгл^Плодородие», по которым соискатель был ответственным исполнителем, автором научно-исследовательской документации, выводов и рекомендаций. Экспериментальные данные были получены совместно с мл. науч. сотр. Т.Н. Кадыковой, мл. науч. сотр. Р.В. Николаевым, науч. сотр. И.В. Шмелевой, ст.науч. сотр. А.П. Гришутиной, Г.Н. Кисляковой, Е.Ю. Дмитриевой. Материалы исследований вошли в совместные публикации.
Практическая значимость:
1. Разработаны рациональные приемы по повышению продуктивности
культурных луговых фитоценозов при экстенсивном использовании мелиори
рованных лугов.
2. Разработан метод снижения іштратов в растениях при использовании на
лугах высоких доз азотных удобрений на фоне фосфорно-калийных.
Даны предложения по повышению продуктивности пойменных лугов в среднетаежной зоне.
Разработан способ ускоренного формирования луговых фитоценозов в* котловинах осушенных термокарстовых озер, позволяющих продлить продуктивное долголетие лугов и повысить продуктивность фитоценозов.
Предложен биологический метод рекультивации земель, загрязненных нефтепродуктами в концентрации до 5 л/м , позволяющий в течение двух-трех лет восстанавливать на нарушенной территории почвенно-растительный покров.
Теоретический метод оценки степени антропогенной нарушения территории на основе фитоценотических критериев может быть применен для изучения интенсивности негативных процессов, происходящих в агроэкосистеме.
Реализация результатов работы:
По материалам исследований разработан ряд практических рекомендаций для производства. Результаты исследований внедрены в Чукотском автономном округе, Ленинградской и Архангельской областях.
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на научной конференции (г. Каунас-Норейкишкес, 1976), на научно-технической конференции «Научные основы мелиорации земель при создании территориально-промышленного комплекса в Сибири (г. Красноярск, 1980), на X Всесоюзном симпозиуме «Биологические проблемы Севера» (г. Магадан), на I Международном мамонтовом совещании (г. Санкт-Петербург, 1995), на VI научном совещании по прикладной географии «Восстановление нарушенных экосистем» (г. Иркутск, 1996), на Второй Международной конференции «Город в Заполярье и окружающая среда», 1997), на 61 научной конференции Государственного университета путей сообщения (г. Санкт-Петербург, 2001), на отчетной конференции-выставке «Экология и региональное природопользование» (г. Санкт-Петербург, 2001), на научной конференции «Акватера» (г. Санкт-Петербург, 2004).
J5 Публикации. Автором опубликовано 55 научных работ, в том числе учебник для техникумов по специальности «Мелиоративное почвоведение и земледелие», 5 брошюр, в которых отражены основные положения, предложенные на защиту.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 343 стр. машинописного текста, включает 20 рисунков, 74 таблиц, список литературы из 221 наименований, в т.ч. 11 публикаций зарубежных авторов Работа состоит из введения, шести глав, выводов, предложений производству и результатов внедрения, списка литературы.
Влияние удобрений и системы использования луговых фитоценозов на агрохимические характеристики почвы
Изменения агрохимических характеристик почвы опытных участков представлены в табл. 2,3. Анализ агрохимических показателей почв первого опытного участка (производственного) за последние 16 леї показывает устойчивую тенденцию к снижению уровня плодородия почвенного покрова. Содержание в почве фосфора (Р2О5) за эти годы изменилось незначительно, однако в пахотном горизонте почва отличалась высоким количеством в ней фосфора (?205) -46,7 мг-экв. на 100 г почвы (1987 г.); 48,7 мг-экв. на 100 г почвы (1998 г.); 44,2 мг-экв. на 100 г почвы (2003 г.). По содержанию в почве калия (КгО) они оказались бедными. Таа количество калия с 1987 г. по 2003 г, уменьшилось с 24,0 до 4,2 мг-экв. на 100 г почвы. Содержание гумуса за эти годы уменьшилось с 2,93 до 2,00%. Гидролитическая кислотность увеличилась с 0,94 до 1,09 мг-экв. на 100 г почвы. Сумма поглощенных оснований уменьшилась с 16,4 до 15,0 мг-экв. на 100 г почвы. Емкость катионного обмена (ЕКО) снизилась на 7,8 мг-экв. на 100 г почвы. Такая ситуация по содержанию фосфора в почве возникла в результате внесения высоких доз минеральных удобрений на лугу в 80-х и начале 90-х годов прошлого столетия. Низкая подвижность соединений фосфора в почве привела к его накоплению в пахотном горизонте.
Реакция почвы за эти последние 16 лет мало изменилась и составила рН (ксц 6,2-6,7. На реакцию почвы, которая была близка к нейтральной, сказалось влияние близлежащего известнякового ордовикского плато. В целом почвы первого опытного участка, расположенного на осушенном массиве, хорошо окультурены с ншким содержанием в почве нитратного азота (Ж)з- 2,8 мг/100 г почвы) и калия (КгО - 4,2 мг/100 г почвы). На втором опытном участке с целью изучения влияния минеральных удоб рений и экстенсивной системы использования мелиорированного луга на агро химические показатели почвы в 2003 г. нами были отобраны почвенные образ цы из трех слоев почвы 0-10 см, 10-20 см и 20-ГЗО см. ь Результаты агрохимических анализов почвы приведены в табл. 3. Анали зируя: дашіьте этой таблицы, можно отметить, что внесение удобрений в нормах NnoP9oK12o(N6o + N60) и Н 0РэдК()о способствовало повышению в почве калия, а на другие агрохимические показатели их применение на лугу не оказало существенного влияния.
Внесение удобрений под многолетние травы в более низких дозах и в различных сочетаниях питательных веществ, а также применение агротехнических .мероприятий (подсев трав, щелевание) не « повлияли на уровень плодородия почвы мелиорированного луга. Реакция почвенного раствора на втором опытном участке во всех вариантах была близка к нейтральной — рН С\) 6 1-6,7- Содержание в пахотном горизонте почвы фосфора (Р2О5) колебалось от 34 до 44 мг на 100 г почвы, а содержание калия (К20) изменялось от 3,2 до 7,4 мг на 100 г почвы. Содержание гумуса в почве составляло 1,65-2,49 %. Гидролитическая кислотность почвы изменялась в пределах от 0,91 до 1,90 мг-экв. на 100 г почвы. Емкость катионного обмена изменялась от 8 до 18 мг-экв. на 100 г почвы. Вышеприведенные данные характеризуют почву опытных участков как зафосфачепную, с низким уровнем содержания в ней калия, хорошо окультуренную (окультуренный слой составлял 25 см и более). Агрохимические показатели торфянисто-перегнойной глеевой почвы на третьем опытном участке, представленном старовозрастным низинным лугом, с 1998 по 2003 гг., изменились незначительно. В период исследований почвы этого участка характеризовались низким плодородием. Почвы участка были кислыми, pH(icct) - 4,5-4,7. Гидролитическая кислотность была высокой 21,4— 23,4 мг-экв./100 г. Содержание фосфора (Р2О3) изменялось от 15,3 до 16,0 мг/100 г почвы. По обеспеченности калием (КгО) почвы были очень бедными - 1,0—1,7 мг/100 почвы. Емкость катионного обмена составляла 42,0-44,7 мг-экв. в 100 г (таб.2). Основным показателем оценки экологических условий произрастания рас тений является их биопродуктивность. Чем выше урожай многолетних трав, тем оптимальнее были условия обитания растений. Сеяные травы по сравнению с естественными, наиболее требовательны к питательному режиму почвы, обеспеченностью теплом и влагой. Для установления возможно максималытого урожая многолетних трав целесообразно знать потенциальную продуктивность биомассы для данного района, чтобы принять соответствующие меры по его повышению. Потенциальный урожай зависит от фотосинтетически активной радиации (ФАР) и возможностей использования ее растениями. Потенциальная продуктивность предусматривает произрастание растений при оптимальных условиях. Для Ленинградской области И.Б Усков установил, что при ФАР равной 22,5 МДж/м3 потенциальный урожай зеленой массы многолетних трав, составляет 580 ц/га [187]. Потребность многолетних трав в питательных веществах при формировании высоких урожаев более значительная по сравнению с другими культурами. В злаковых травах при урожаях 70 ц/га воздушно-сухой массы накапливается ПО кг азота, 28 кг фосфора и 75 кг калия [19]. Действие удобрений на продуктивность луговых фитоценозов определяется ботаническим составом травостоя, уровнем плодородия почв, условиями увлажнения, способами использования луговых угодий, сроками и количеством вносимых удобрений. Основной причиной быстрого выпадения ценных видов луговых трав из фитоценозов и вырождения сеяных травостоев на сенокосах и пастбищах является ухудшение условий внешней среды и, прежде всего, водно-воздушного и пищевого режимов почвы.
Влияние удобрений и микроэлементов на интенсивность роста многолетних трав
Многолетние травы в 1987 г. на 1-ом опытном участке начали отрастать в конце апреля. С 6 по 10 мая из-за резкого похолодания рост трав практически прекратился, но кущение продолжалось. К 20 мая злаки на опытных участках достигли высоты в среднем 16 см, а клевер красный - 9,5 см (табл. 17). К концу мая на первом опыте высота злаковых трав составляла 32-40 см, бобовых 20-25 см. В третьем опыте к этому времени высота злаков оказалась несколько больше, они достигли 37—38 см, тогда как клевер красный снизил прирост, и его высота составила 17—20 см. В данном случае на интенсивность роста трав повлияли высокие дозы азотішх удобрений (N175-200) (табл. 18). В целом на участках из-за холодного мая средне — суточный прирост многолетних трав не отличался интенсивностью. В конце мая злаковые травы в опытах находились в фазе выхода в трубку, а бобовые — ветвления.
Значительно увеличился рост луговых трав в начале июня, когда было потепление. Сенокосная спелость многолетних трав наступила в третьей декаде июня. Тимофеевка луговая и овсяница луговая находились в фазе колошения, а ежа сборная зацвела. При этом основная масса клевера красного также начала цвести. При первом скашивании трав наибольшая высота злаков 83 см в первом опыте была на вариантах с внесением NIOO(5 H-50)P4OK8O И СМ СИ микроэлементов Мо, В, Си, Mg в виде внекорневой подкормки. Клевер отличался интенсивным приростом на вариантах с внесением Мо и В.
В третьем опыте, как уже выше указывалось, наблюдалось ускорение роста многолетних трав за счет увеличения доз азота в сочетании со смесью микроудобрений. Наибольшей величины злаковые травы достигли к моменту первого укоса на вариантах, где азотные удобрения вносились в норме N175-200 совместно с Мо, В, Си, Mg. Их высота здесь составила 79-80 см (табл. 18).
После первого укоса в первой декаде июля наблюдался интенсивный рост трав. В этот период растения не испытывали недостатка ни в тепле, ни во влаге в почве. К 15 июля, как в первом опыте, так и в третьем (производственном) высота злаковых трав была одинаковой 19-20 см, клевера 13-14 см. С середины июля по 15 августа прирост многолетних трав на участках в основном был равномерным. С 16 по 20 августа прирост растений снизился. Многолетние травы скашивались (2-й укос) в фазе колошения, при высоте злаков в первой опыте 72-75 см, в третьем 72-77 см. Прирост трав после первого укоса в этих двух опытах не отличался по вариантам, где травостой обрабатывали микроэлементами. Основной прирост растений на вариантах наблюдался с внесением высоких доз азотных удобрений. Так в третьем опыте, где после первого укоса были внесены азотные удобрения в норме N75, N100 на фоне РдоКво и Мо, В, Си, Mg прирост злаковых трав по отношению к контролю составил 7 см, а с внесением N5o только 3 см.
Первый укос многолетних трав в первом опыте проводили в третьей декаде июня. Результаты учета урожая трав показали, что весенняя внекорневая подкормка микроэлементами на фоне г ооР-Жю способствовала повышению их урожайности. Особенно выделяются варианты с молибденом, магнием и группой микроэлементов. Здесь прибавка урожая в среднем за два года зеленой массы трав по отношению к контролю составила соответственно 4,5; 4,4; 5,4 т/га (табл. 19).
Второй раз травы скосили в конце августа. Урожай второго укоса был достаточно высоким и составил более 40 % к первому укосу. Однако на вариантах с внекорневым внесением медного купороса и сульфата магния наблюдалось резкое снижение урожая многолетішх трав, что связано с выпадением клевера на Эт их вариантах. Прибавка к контролю была здесь незначительной 0,8; 0,9 т/га зеленой массы соответственно, тогда как при обработке травостоя молибденом и комплексом микроудобрений: Мо, В, Си, Mg она составила соответственно 1,4; 1,5 т/га зеленой массы.
Всего за два укоса в этом опыте на контроле Nioo th-sojPwKxo получили в среднем за два года 25,5 т/га зеленой массы трав. Обработка травостоя магнием на фоне NfooP so позволила получить более высокий урожай - 29, 9 т/га зеленой массы (Mg находился в почве в меньшем количестве, чем другие элементы). Внесение группы микроэлементов на фоне NiooP-wKgo оказалось более эффективным по сравнению с применением отдельных элементов. В этом варианте урожай зеленой массы трав за два укоса составил 30,9 т/га.
В третьем опыте увеличение урожайности многолетних трав в основном было обусловлено повышением доз азотных удобрений. Такая тенденция прослеживается как в первом, так и во втором укосах (табл. 20).
Влияние удобрений и периода затопления пойменных лугов на биохим ически й состав растений
Как уже говорилось ранее, многолетние травы являются одним из основных видов корма, в них содержатся все питательные вещества, необходимые для нормального развития сельскохозяйственных животных. Содержание питательных веществ в травах зависит от пищевого релдама почв, удобрений, метеоусловий и сроков скашивания травостоя.
В фитоценозе 1-го опытного участка на осушенной пойме в 1978 г. отмечалось увеличение содержания в травах всех питательных элементов с внесением высоких доз азота на фоне фосфорно-калийных. Количество сырого протеина в растениях на контроле (без удобрений) составило 12 %, с внесением N]SOP9oKi2o его содержание увеличилось на 2,7 % (табл. 43). При дробном внесении азота N240 (Niso + N90) на фоне фосфорно-калийных удобрений из расчета РдоК о его количество в среднем за 2 укоса возросло по отношению к контролю на 3,5 %. С увеличением минеральных удобрений отмечается некоторое снижение в травах клетчатки на 1,7-2,0 %, общих и редуцированных сахароз на 3,1-3,4; 0,2-0,3 % по вариантам, соответственно. Содержание в сене сырой золы и зольных элементов (CaO, MgO, Р2О5, К2О) на вариантах опытов изменилось незначительно.
В 1979 году фитоценозы на этом участке оказался несколько беднее протеином, что очевидно связано с длительным затоплением луга. Ослабленные растения после паводка интенсивно использовали питательные вещества из почвы для восстановления надземной и подземной массы (табл. 40). Однако также как и в предыдущем году, содержание протеина в корме возрастало с увеличением доз азотных удобрений на фоне РадКш- Если на контроле содержание протеина составляло 11%, то при внесении NisoP&oK o (одиоукосное использование) и N24o(Niso+N )o) на фоне РздКш (двухукосное использование), соответственно 12; 11,7 % (в среднем за укосы). Наиболее низкое содержание протеина в травах на участке без внесения удобрений объясняется слабой обеспеченностью почв подвижными формами азота. Внесение высоких доз азота NiSo-24o снизило количество клетчатки в сене на 0,34).,4 % и повысило на 0,8-1,1 % количество общих Сахаров. На 3-й год исследований (1980 г.) соотношение питательных веществ в корме 1-го опыта изменялось по вариантам в пределах предыдущих лет (табл. 40).
Во втором опыте (центральная часть поймы) также отмечается резкое увеличение всех питательных веществ в корме на вариантах, где вносились минеральные удобрения (табл. 41). Однако наиболее качественный травостой был на сеяном лугу с дробным внесением азота из расчета N240 по фону фосфорно-калийных удобрений. Если на естественном лугу в 1977 г, при внесении минеральных удобрений средний сбор сырого протеина за два укоса составил 13,7 %, то на сеяном, при таких же условиях на 2,8 % больше. Содержание в травах сырого протеина на контроле было 11,6 %. Количество сырой клетчатки на сеяном лугу с внесением N240 90 120 при двухукосном использовании луга было ниже на 3,2 % по отношению к контролю, а по сравнению с вариантом опыта на естественном лугу - на 2,3 %. В этих же вариантах опыта во втором укосе, по сравнению с первым, сырого протеина было меньше на 0,7—2,0 %, а сырой клетчатки больше на 1-2 %. По другим питательным веществам резких колебаний между вариантами не наблюдалось.
На следующий год (1978 г.) на этом опыте максимальное содержание питательных веществ в растениях отмечалось также на варианте с внесением N240P&0K120 0 150 + N30) — двухукосное использование под сеяный травостой (табл. 41). Так, количество сырого протеина на контроле составляло 11,2 %, в травах естественного луга, удобренного N240P90K120 (NJSO + N50) - 12,7 % (в среднем за 2 укоса), а сеяного — с применением такой же дозы минеральных удобрений - 15,9 %.
При этом количество сырой клетчатки на этих вариантах уменьшилось по отношению к контролю в среднем за 2 укоса соответственно на 1,5-2,5 %. Содержание других биохимических элементов веществ в травах по вариантам опыта изменялось незначительно.
В 1979 г. на 2-ом опытном участке содержание на контроле протеина составляло J 2,2 %. На вариантах с внесением удобрений, как на естественном лугу, так и на сеяном, при внесении удобрений содержание в растениях протеина незначительно повысилось, всего лишь на 1,5-2 %. На этих же вариантах наблюдалось и низкое содержание зольных элементов. Практически внесение удобрений не оказало существенного влияния на их накопление в растениях. Очевидно, это связано с неблагоприятными погодными условиями для растений и ослабленным состоянием трав в результате затопления полыми водами.
На 3-ем опытном участке (мелиорированный луг) в 1979 году с применением N]KOIWMIO в корме содержалось 12,2 % сырого протеина (табл. 45). Дробное внесение азота в дозе N24o (N150+ N90) по фону Р90К120 позволило увеличить его содержание в растениях в среднем за 2 укоса до 12,9 %. При трехукосном использовании травостоя с дробным внесением N300 (Niso + Npo + Ngo) на фоне РтоК-120 содержание в сене сырого протеина составило 13,6 % (в среднем за 3 укоса), что на 0,7 % больше, чем при двукратном скашивании травостоя. Количество сырой клетчатки снизилось с внесением высоких доз азотных удобрений. Если на варианте с внесением NISoPpoKi2o в корме содержалось 21,7 % сырой клетчатки, то с применением N24o(Ni5o+N9o) и N300 (N150+N90+ NGO) на фоне Р90К120 - 20,0-21,1 %. Содержание в растениях других питательных веществ по вариантам опыта менялось незначительно,
В корме, полученном с этого участка в 1980 году на делянках с внесением Niso; N240 (N150 + N№); N300 (Niso + Nw + N50) на фоне РадКпо, сырого протеина содержалось соответственно 12,7; 12,9; 13,4 %, сырой клетчатки - 22,6; 21,1; 20,9 % (в среднем по укосам). При этом в растениях увеличилось содержание фосфора и калия (табл. 42).
Влияние климатических условий и минерального питания на рост и развитие трав сеяного луга
Рост и развитие многолетних трав в течение вегетационного периода на Крайнем Севере отличается большим разнообразием. Каждый вид растения развивается в соответствии со свойственными ему особенностями приспособления к данным эколого-климатическим условиям.
Фенологические наблюдения за луговыми травами в наших опытах позволили нам выявить сроки их массового роста и развития, а также влияние на них минеральных удобрений.
После посева первой травосмеси на первом опытном участке лисохвост луговой и овсяница тростниковая взошли на 9-й день, волоснец сибирский -на 11-й день. К концу периода вегетации в 1974 году все злаки этой травосмеси выколосились, а отдельные побеги лисохвоста лугового находились в фазе цветения. При этом высота лисохвоста лугового достигала 42,5 см, волоснеца сибирского - 38 см и овсяницы тростниковой - 39,2 см. Во второй травосмеси полевица белая взошла через 12 дней после посева, овсяница красная — спустя 11 дней, а овсяница тростниковая — через 9 дней. В конце вегетации полевица белая и овсяница красная были в фазе выхода в трубку, овсяница тростниковая колошениз. Их высота, соответственно, составляла 33,6; 29,4 и 37,1 см. Корневая система сеяных многолетних трав в первый год жизни проникла на глубину 11—13 см. Злаки второй травосмеси из-за суровой зимы на следующий год вымерзли.
Осредненные в последующие два года данные фенологических наблюдений на первом опыте показали, что лисохвост луговой развивался быстрее, чем другие компоненты высеянной травосмеси (рис. 12). При наступлении сенокосной спелости (конец цветения) его высота достигала 69,0 см. Наибольший прирост лисохвоста лугового наблюдался в коїще фазы выхода в трубку — начале колошения. Прирост его побегов за сутки составлял 3,5 см. Несколько медленнее из сеяных трав развивалась овсяница тростниковая. Она скашивалась во время массового цветения при высоте 58,3 см. Максимальный прирост овсяницы тростниковой наблюдался в момент образования стеблей до 2,4 см за сутки. Особенно замедленное развитие было отмечено у волоснеца сибирского. К па-чалу августа он находился только в фазе колошения. Его высота в это время достигала 54,7—58,3 см. Самый интенсивный рост стеблей волоснеца сибирского был в фазу выхода в трубку.
Приспособленные к климатическим условиям Крайнего Севера местные виды трав, также как и лисохвост луговой, росли и развивались на лугу интенсивно. Так сенокосная спелость арктагростиса широколистного и бекмании восточной наступила в начале августа (фаза цветения). Их высота при этом соответственно достигала 82,0 и 42,5 см. Максимальный прирост побегов растения имели в конце фазы выхода в трубку.
За сутки прирост арктагростиса широколистного составлял 2,2-4,0 см, бекмании восточной -1,7-2,4 см.. Корневая система на второй год жизни растений находилась на глубине 15-21 см.
На третий год (1976) корни лисохвоста лугового достигали глубины — 22-25 см, волоснеца сибирского - 18-20 см, артагростиса широколистного - 28-30 см и бекмании восточной - 12-15 см., а высота этих трав в фазу цветеїшя соответственно была 72,0; 68$; 87,0 и 51, 3 см (рис, 13). Изменения длины дня и температуры почвы оказывают значительное влияние на ритм роста растений в течение суток.
Нами проводились наблюдения на сеяных травах за ритмом роста растений в течение 6 суток. Линейный прирост измерялся через каждые 3 часа в 10-кратной повторности. В результате наблюдений было отмечено, что рост лисохвоста лугового, волоснеца сибирского и овсяницы тростниковой, происходил интенсивнее в предутренние часы при солнечном освещении прямыми лучами с 3 до 6 часов, при температуре почвы на глубине 10-20 см выше 8С — с 24 до 3 часов. Когда наступал темный период суток, рост растений заметно уменьшался. Если с 3 до 6 часов у сеяных трав прирост составлял 0,75-1,28 см, то с 24 до 3 часов только - 0,10-0,20 см ( рис. 14) При температуре почвы ниже 8С растения лучше росли с 15 до 18 часов. Прирост растений за это время составил 1,0 см. В тундре, как указывает А.И. Коровин [104], интенсивный рост растений отмечается с 15 до 18 часов. Поэтому интенсивный прирост злаковых трав в предутренние часы указывает на более благоприятные температурные условия для роста и развития трав.
Внесение азотных удобрений на фоне РэдКш повлияло на линейный прирост злаков. Из рис. 14 видно, что действие минеральных удобрений на многолетние травы проявилось через две недели после их внесения. Особенно выделились варианты с применением высоких доз азотных удобрений на фоне Р90К120- Так, на делянках с внесением Мш, N240 по фону РэдКш прирост растений за сутки составлял от 0,9 до 2,5 см. Тогда как на контроле (без удобрений) он был 0,6-2,0 см.