CC BY
57
УДК 574.4(470.67)
БАЛАНС ОСНОВНЫХ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В АГРОЭКОСИСТЕМАХ И ЕСТЕСТВЕННЫХ ЭКОСИСТЕМАХ ЗАПАДНОГО ПРИКАСПИЯ
© Н.Т. Гаджимусиева
Ключевые слова: микроэлементы; агроценоз; естественный ценоз; круговорот; баланс; почвы.
Изучены баланс и круговорот микроэлементов Мп, Мо, В в разного вида экосистемах. Получены количественные характеристики и последующая оценка значения экосистем с помощью метода наименьших оценок А.А. Титляновой [1-3].
ВВЕДЕНИЕ
Одной из проблем, возникающих в результате замены естественных экосистем на возделываемые человеком за последние 50 лет, явилась проблема рационального размещения культур в богарных и орошаемых условиях. Почвенный покров равнинно-низменной зоны Дагестана отличается пестротой многих важных в сельскохозяйственном отношении показателей, прежде всего разнообразием типов почв на относительно небольших территориях. В данном случае, помимо характерного для нашего региона недостатка влаги, подключается еще и недостаток основных микроэлементов. Все это приводит к исчезновению не только жизненно важных для растений химических элементов, но и гибели ряда полезных микроорганизмов, а в конечном итоге и к истощению почв. По наблюдениям С.У. Ке-римханова, почвы Дагестана, находящиеся в активном сельскохозяйственном обороте, потеряли от 0,5 до 1,2 % органического вещества, а некоторые - 1,5-2 % [4].
Из вышеизложенного следует, что замена естественных экосистем на агроэкосистемы и другая аграрная деятельность, проводимая без учета отрицательных факторов, может привести к нарушению экологического равновесия природной среды, существенным изменениям круговорота веществ, снижению содержания ценных макро- и микроэлементов в почве и растениях, эрозии и деградации земель, а порой и к экологической катастрофе целых регионов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Целью исследований является описание структуры и функционирования естественных экосистем и пришедших к ним на смену агросистем на основе вычисления значения и знака баланса микроэлементов Мп, Мо, В, I в любой период вегетации. Также проведен сравнительный анализ структуры и функционирования ценозов на основе сопоставления динамики запасов и характера потоков биомассы и микроэлементов.
Параллельно сотрудниками кафедры ветеринарии в рамках совместных исследований были изучены зависимости изменения концентрацией макроэлементов в сыворотке крови и степень обеспеченности ими организма коров, через изучение содержания этих макро-
элементов в сыворотке крови и пастбищной растительности и почве [5].
Объектом исследований послужили три разнотипные естественные экосистемы и агроэкосистема:
1) естественный ценоз, участок Приморской низменности в окрестностях Махачкалы, около пос. Шам-хал, в районе газопровода «Баку-Тихорецк», характер растительности - разнотравно-злаковая ассоциация, тип почвы - луговая; характер растительного покрова отражен в табл. 1;
2) участок Приморской низменности в окрестностях поселка Красноармейский, характер растительности - разнотравно-злаковая ассоциация, тип почвы -каштановая. Характер растительного покрова отражен в табл. 1;
3) естественный ценоз, участок Приморской низменности на территории учебно-опытного хозяйства ДСХА, разнотравно-злаковая ассоциация, тип почвы -лугово-каштановая. Характер растительного покрова отражен в табл. 2;
4) поле озимой пшеницы как классический пример агроценоза, тип почвы - лугово-каштановая.
При отборе проб почвы и растений пользовались общепринятой методикой [6-8].
Марганец и молибден определяли после извлечения их ацетатно-аммонийным буферным раствором с последующим определением марганца спектрометрическим методом на «Cпеколе». Бор определяли химическим колориметрическим методом. Йод в растительных объектах определяли радонитно-нитритным методом в модификации Г.Ф. Проскуряковой [9].
Баланс микроэлементов трех типов естественных ценозов и агроценоза озимой пшеницы составлен на основе балансового метода А.А. Титляновой [1-3].
Исследования по определению содержания макроэлементов в сыворотке крови коров проводились в 2006-2009 гг. на коровах швицкой породы. Полевой эксперимент был поставлен на пастбищных угодьях, расположенных на лугово-каштановых почвах учебноопытного хозяйства Дагестанской сельскохозяйственной академии.
В образцах почв, пастбищной растительности и определяли содержание макроэлементов К, №, Mg, Са и Р. Валовое содержание К и № в почвах и растениях определяли на пламенном фотометре.
Таблица 1
Смена растительного сообщества в естественных ценозах
Время отбора проб Естественный ценоз, уч. № 1, почва - луговая Естественный ценоз, № 2, почва - каштановая
Май кресс крупковый (cardaria draba), ястребинка волосистая (hieracium pilosella), пупавка русская (anthemis ruthenica bieb), эгилопс цилиндрический (aegilops cylmdrica), чертополох колючий (carduus acanthoides) пупавка русская (anthemis ruthenica), клевер полевой (trifolium campestre), кастер мягкий (bromus mollis), полынь таврическая (artemisia taurica), тысячелистник мелкоцветный (achillea micrantha willd), ситник расходящийся (juncus effusus)
Июнь молочай селье (euphorbiaceae), девясил британский (mula britannica), лядвинец рогатый (lotus corniculatus), гельминтотека синяковидная (helmin-thotheca echioides), пырей ползучий (elytrlgia repens) (доминирующее), клевер ползучий (trifolium repens), лапчатка ползучая (potentilla) жабрица полевая (seseli tortuosum), верблюжья колючка (доминирующее) (alhagi), полынь таврическая (доминирующая) (artemisia taurica willd)
Июль пырей ползучий (elytrigia repens), клевер ползучий (trifolium repens), лапчатка ползучая (potentilla) верблюжья колючка (alhagi), полынь таврическая (artemisia taurica willd)
Таблица 2
Смена растительного сообщества в естественном ценозе и агроценозе
Время отбора проб Естественный ценоз, уч. № 3, почва луговокаштановая Агроценоз, уч. № 4, почва лугово-каштановая
Апрель злаковая ассоциация; кресс крупковый (крестоцветные) (cardaria draba), скандикс (scandix pecten-veneris) (зонтичные), дрема белая (гвоздичные) (melandrium album) озимая пшеница (сорт юбилейный) (triticum), скандикс (зонтичные) (scandix pecten-veneris)
Май злаковая ассоциация: заячий ячмень (hordeum leporinum), пырей ползучий (elytngia repens), люцерна голубая (бобовые) (medicago) озимая пшеница (triticum), овес (avena sativa), сокирка восточная (люцерновые) (schrodinger), сурепка (brassica campestris), купавка русская (lliutros) (сложноцветные)
Июнь злаковая ассоциация: заячий ячмень (hordeum leporinum), пырей ползучий (elytngia repens), сурепка (крестоцветные) (brassica campestris) озимая пшеница (сорт юбилейный) (triticum), овес (avena sativa), сокирка восточная (люцерновы) (j. gay schrodinger), сурепка (brassica campestris)
Июль злаковая ассоциация: заячий ячмень (hordeum leporinum), пырей ползучий (elytngia repens), вьюнок полевой (вьюнковые) (convolvulus arvensi), пупавка полевая (сложноцветные) (anthemis arvensis), сурепка (brassica campestris) озимая пшеница (сорт юбилейный) (triticum), овес (avena sativa), сокирка восточная (люцерновы) (j. gay schrodinger), купавка русская (сложноцветные) (lliutros)
Определение фосфора в образцах почв и пастбищной растительности проводилось по Гинзбургу, Щегловой и Вульфиусу. Са и Mg в почвах определяли три-лонометрическим методом. Для проведения исследований была использована аппаратура: атомно-
адсорбционный спектрофотометр «Хитачи», пламенный фотометр <^1арЬэ 4», фотоэлектроколориметр КФК-2МП, муфельная печь, сушильный шкаф, потенциометр для измерения кислотно-щелочного баланса почвы [10-12].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Среднее содержание гумуса (по Тюрину) в горизонте А исследуемых почв ставило 4,5 %. Валовое содержание элементов составляло: К - 2,40 %, № - 0,64 %, Са - 0,64 %, Mg - 2,62 %, Р - 0,18 %. Количество подвижных форм составило: гидролизуемого азота (по Кононову) - 3,8 мг, подвижного фосфора (по Мачиги-ну) - 2,5 мг и обменного калия (по Мачигину) - 105 мг
на 100 г почвы. С глубиной значения показателей всех исследованных элементов снижаются.
Водно-физические свойства почвы характеризовались данными: объемная масса 1 г/см2, НВ - 29,4 %, гигроскопичность 6,8 %.
Представляются данные о динамике запасов вещества в блоках (в случае измерения только запасов) и данные о динамике запасов и интенсивностей потоков (в случае измерения тех и других).
Для построения баланса элементов минерального питания мы вычислили значение чистой первичной продукции, интенсивности разложения и концентрации химических элементов в различных фракциях растений. Сбор материала проводился ежемесячно в течение вегетационного периода и был приурочен к основным фазам развития озимой пшеницы: 1) кущение; 2) труб-кование; 3) цветение (колошение); 4) плодообразова-ние; 5) молочно-восковая спелость; 6) полная спелость. Выделяли следующие фракции фитомассы: надземная -стебли, листья, цветы, зерно (О), живые корни (Я),
Таблица 3
Значение и знак баланса Мо, Мп, В, I в трех типах экосистем, мг/м2
Тип экосистемы Мо Мп В I
Агроценоз озимой пшеницы, сорт «Юбилейный» -0,06 +43,33 +0,47 -0,38
1. Естественный ценоз, почва луговая +65,82 +25,01 +0,18
2. Естественный ценоз, почва каштановая +1,35 +93,92 +15,79 +0,647
3. Естественный ценоз, почва луговокаштановая +0,54 +55,43 +5,32 +0,02
ветошь (отмершие, но еще не опавшие части растений -D), мелочь и мортмасса (измельченная надземная биомасса, неразложившаяся или полуразложившаяся солома, подстилка, семена - Rem/Mm).
Во всех четырех экосистемах изучалась сезонная динамика запасов марганца, молибдена, бора, йода в растительном веществе.
Из табл. 3 видно, что во всех естественных экосистемах обнаружен положительный баланс микроэлементов. Это и понятно - все извлеченные питательные вещества возвращаются в почву с опадом и мортмас-сой, т. е. возвращаются в круговорот. Известно, что естественные луга являются малопродуктивными экосистемами, т. к. почвы их обеднены вследствие выноса органических и минеральных веществ при сенокошении и выпасе скота [13]. Знак баланса в агроценозе отрицательный для всех исследуемых элементов, кроме В и Мп. Это связано с низкой обеспеченностью Мо и I луговых, лугово-каштановых и каштановых почв и достаточной обеспеченностью их бором и марганцем. Данные по содержанию бора в пахотном слое почв четырех экосистем показывают, что его содержание примерно одинаковое в агроэкосистеме и трех естественных экосистемах.
Максимум потребления Мо и I во всех видах экосистем приходится на июнь, Мп и В - в августе. В отличие от агроэкосистемы, в естественных экосистемах масштабы поступления микроэлементов вместе с опа-дом и мортмассой больше, и, следовательно, они сильнее влияют на биологический круговорот.
Для скомпенсированности круговорота и приближения его к положительным значениям необходимо внесение микроудобрений с содержанием йодида калия в расчете приблизительно грамма и 0,6 г молибдена на 1 гектар пашни [14-15].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Впервые за последние 20 лет в условиях Дагестана вычислены баланс Мо, Мп, В, I в трех естественных экосистемах и агроэкосистеме на трех типах зональных почв. Содержание калия в почве и пастбищной растительности высокое, а натрия - низкое.
Имеется положительная корреляционная связь между содержанием этих элементов в почвах и растениях. Соотношение калия и натрия в пастбищной раститель-
ности не соответствует норме. Между содержанием этих элементов в растениях и в сыворотке крови обнаружена положительная корреляционная связь. Количество кальция в почве и пастбищной растительности превышало среднюю норму, соответственно, в 2,2 и 2,5 раза. Совместными с коллегами из Дагсельхозакаде-мии исследованиями было установлено, что концентрация магния в почве и пастбищной растительности находилась в пределах нормы, а в сыворотке - ниже нормы, что, видимо, связано с повышенным уровнем содержания калия и кальция в кормовой растительности [15].
Отмечена высокая положительная корреляция между показателями фосфора в почве и растительности (г = + 0,92) и установлена зависимость между содержанием фосфора в крови и содержанием в поедаемой растительности (г = + 0,28).
Проведенные исследования необходимы для планирования объема сельхозработ и урожая в репродукционных экосистемах; для прогнозирования факторов отрицательного воздействия на ценозы, возможности держать под контролем проблемы, связанные с антропогенным и техногенным вмешательством и для выработки стратегии экологически грамотного землепользования в регионе. Полученные результаты могут быть применены в агрохимии при исчислении необходимого количества микроудобрений для достижения положительного баланса микроэлементов. Результаты по определению количества макроэлементов в сыворотке крови сельхозживотных могут быть использованы в ветеринарии и зоотехнии при корректировке рациона коров в регионах с дефицитом или избытком калия и натрия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Титлянова А.А. Продукционный процесс в агроценозах пшеницы // Биогеоценоз пшеничного поля. М.: Наука, 1986. С. 3-4.
2. Титлянова А.А. Системное описание круговорота веществ. Основные понятия и количественные параметры // Экология. 1984. № 1. С. 58-59
3. Титлянова А.А. О режимах биологического круговорота в наземных биогеоценозах // Почвоведение. 1989. № 6. С. 70-78
4. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. С. 140-143.
5. Гордеева Т.К. К вопросу о методике определения динамики урожайности в степных сообществах. Биологическая продуктивность и круговорот химических элементов в растительных сообществах. Л.: Наука, 1971. С. 121- 26.
6. Второва В.Н., Солнцева О.Н. Круговорот химических элементов в экосистемах суходольного луга и леса // Почвоведение. 2001. № 11. С. 1383-1391.
7. Родин Л.Е., Ремезов Н.П., Базилевич Н.И. Методологические указания к изучению динамики и биологического круговорота в фитоценозах. Л.: Наука, 1968. С. 143.
8. Джамбулатов М.М., Алиев А.А., Магомедалиев З.Г. 2010. Зависимость концентрации микроэлементов в крови коров от их содержания в почве и пастбищной растительности // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2009. № 1. С. 77-79.
9. Проскурякова Г.Ф., Никитина О.Н. Ускоренный вариант кинетического роданидно-нитритного метода определения микроколичеств йода в биологических объектах // Агрохимия. 1976. № 7.
10. Дибирова А.П. Баланс основных элементов питания в различных агроэкосистемах Терско-Сулакской низменности // Сельскохозяйственная биология. 2003. № 3. С. 85-88.
11. Дибирова A.П., Салманов А.Б. Содержание йода в почвах Дагестана // Почвоведение. 2004. № 5. С. 546-550.
12. Дибирова А.П. Ахмедова З.Н., Рамазанова Н.И, Хизроева П.Р. Содержание молибдена, цинка, бора, йода в почвах равнинной территории Дагестана // Почвоведение. 2005. № 8. С. 968-973.
13. Керимханов С.У. Основные пути воспроизводства почвенного плодородия в условиях Дагестана // Биологические науки. 1989. № 11. С. 13-20.
14. Эйсерт Э.К.. Баланс питательных веществ и гумуса в земледелии Сев. Кавказа // Агрохимия. 1999. № 8. С. 46-54.
15. Салманов А.Б. Микроэлементы в почвах Терско-Сулакской низменности: сб. науч. тр. Махачкала, 1981. С. 185.
Поступила в редакцию 7 июля 2014 г.
Gadzhimusieva N.T. BALANCE OF ESSENTIAL TRACE ELEMENTS IN AGRO-ECOSYSTEMS AND NATURAL ECOSYSTEMS WESTERN CASPIAN
Balance and cycling of trace elements Mn, Mo, V in different types of ecosystems is studied. The quantitative characteristics and the subsequent evaluation of the significance of ecosystems using the method of smallest ratings of A.A. Titlyanova [13-16] are given.
Key words: trace elements; agrocaenosis; natural cenosis; circulation; balance; soil.
Гаджимусиева Наида Тагировна, Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН, г. Махачкала, Российская Федерация, соискатель, младший научный сотрудник, е-mail: [email protected] Gadzhimusieva Naida Tagirovna, Caspian Institute of Biological Resources of Dagestan Scientific Center RAS, Makhachkala, Russian Federation, Competitor, Junior Research Worker, е-mail: [email protected]
