CC BY
27УДК 631.5(574.4)
ЧИСТАЯ ПЕРВИЧНАЯ ПРОДУКЦИЯ АГРОЦЕНОЗОБ ТУВЫ
В.Н. Жуланова, д.б.н. —- Туаинсний государственный университет
E-mail: [email protected] М.А. Мазиров, д.б.н. — РГАУ-МСХА имени H.A. Тимирязева
E-mail: [email protected]
Рассмотрены продукционные процессы в различных агроценозах лесостепной| степной и сухостепной зонах Тувы. В 2001-2015 гг. она была не высокой. Наибольшее формирование чистой первичной продукции (NPP) отмечено в агроценозах овощных культур, наименьшее-у однолетних трав. В структуре посевных площадей региона доминируют зерновые культуры и их NPP в среднем составляет 6,5 тДга-год). За пятнадцатилетний период наибольшее накопление чистой первичной продукции во всех агроценозах наблюдается в лесостепной зоне, наименьшее - в сухостепной. Аккумуляция углерода продукцией агроценозов Тувы составляет 107 тыс. m в год. Агроценозы лесостепной зоны ежегодно синтезируют 50 тыс. m углерода органического вещества в год, степной - 29 тыс. т, сухостепной - 28 тыс. m в год.
Нлючевые слова: урожайность, чистая первичная продукция (NPP), надземная продукция (ANP), подземная продукция (BNP), углерода продукции, агроценоз.
Использование земель человеком приводит к глубоким изменениям естественных экосистем. Природные экосистемы замещают агроценозы, то есть сообщества растений, созданные человеком и возделываемые для производства продукции. Сельскохозяйственные растения аккумулируют углерод в продукции путем связывания диоксида углерода атмосферы. Одну его часть использует человек, другая - с растительными остатками поступает в почву, образуя органическое вещество. Большая часть корневых и пожнивных остатков минерализуется и в виде углекислоте! возвращается в атмосферу, меньшая -принимает участие в новообразовании гумуса. Ежегодно происходит сложный взаимосвязанный обменный процесс круговорота углерода в природе
Проблемы углеродного баланса связаны с изменениями климата. Страны, подписавшие Конвенцию ООН об изменении климата, должны регулярно сообщать о размерах эмиссии СО* в экосистемах [16].
В России за период 1990-2005 гг. фиксацию углерода атмосферы оценивают в 23-83-1012 г С-год~1, в пахотном слое почв - 240-270-1012 г Огод"1 [1].
Проблемы национального углеродного бюджета вызвали большой интерес исследователей к болотам и лесным территориям [2-4] и продемонстрировали дефицит сведений о вкладе в баланс углерода агроэкосистем. Экологическая значимость земледельческих пахотных массивов в различных природно-климатических зонах такого региона, как Тува, предопределяет необходимость оценки годичного аккумулирования углерода агроценозами. В зависимости
от уровня урожайности выращиваемых сельскохозяйственных культур на пашне можно определить альтернативные пути регулирования баланса углерода и СОг в рассматриваемой системе.
Цель работы заключается в определении чистой первичной продукции и аккумуляции углерода агроценозами в различных природно-климатических зонах Тувы.
Объектами исследований служили агроэкосистемы, распространенные в лесостепной, степной и сухостепной зонах Тувы. Для изучения их продукционных процессов использовали стандартные методы [5]. Продуктивность агроценозов определяли экспериментально в многолетних полевых опытах (на пробных площадках), по результатам которых были построены регрессионные модели [6], а также исходя из урожаев и площадей, занятых отдельными культурами в 2001-2015 гг Данные по урожайности и площадям выращиваемых полевых культур за рассматриваемый период брали из материалов Статуправления Республики Тува. После обработки методами вариационной статистики в программе $1ай5йса величины средних показателей использовали для определения чистой первичной продукции ^РР).
Надземную продукцию агро-
ценозов оценивали по уравнению [5]: А^=Т+.1, где Т - основная и побочная урожайность полевых культур, .1 - масса отмерших надземных органов растений за вегетационный период. Для определения размеров побочной продукции овощных культур, однолетних и многолетних трав использовали справочные коэффициенты, соломы зерно-
вых культур - регрессионные модели [6]: у=0, ] 062х+2,0044, где у - масса соломы, х - масса зерна. Массу отмерших надземных органов растений зерновых культур определяли по уравнению: у=0,2564х + 0,7729, где у - массы отмерших надземных органов, х - масса зерна и соломы. ANP= ЗД2+ехр(-0,404+ + 0,67 ■(урожайность-1,15)).
Подземную продукцию (BNP) зерновых агроценозов рассчитывали по значениям ANP на основе нелинейных моделей: если ANP<6,57, то BNP=-4,18+exp(l,84+0,003-ANP); если ANP£6,57, то BNP=-162,99+exp(5,05+ +0,01-ANP). Для оценки BNP остальных сельскохозяйственных культур использовали справочные коэффициенты.
Чистую первичную продукцию определяли как сумму этих величин; NPP=ANP+BNP. ЕЕ аккумуляцию по ланд-шафтно-климатическим зонам определяли путем умножения NPP, ANP, BNP на площадь, занимаемой культурой в зоне. Запасы углерода в годичной продукции оценивали с учетом концентрации этого элемента в компонентах Фитомассы полевых культур.
Результаты. 7ерритория Тувы характеризуется природной зональностью и высокой расчлененностью рельефа, разнообразием почвенных и климатических условий. Климат резко континентальный, способствующий появлению черт крайней аридности и определяющий значительную растянутость переходов между природно-климатическими зонами [7].
Основные массивы пахотно-пригод-иых земель расположены на территории межгорных и предгорных равнин Центрально-Тувинской котловины, на
№ 4 (82) 2017
Чистая первичная продукция агроценозов
Агроденоз Лесостепь Степь Сухосгепь
ANP BNP NPP ANP BNP NPP ANP BNP NPP
Зерновые 4,43* 1,93 2.20 0,99 6.63 2,92 4.3С 1,91 2.20 0.98 6,50 2,89 4.26 1,89 2,19 0,97 6,45 2,86
Картофель 2,21 3,50 5,71 1,91 3,00 4,91 .»,40 2,50 3 90
0,95 1,33 2,28 0,82 1,14 1,96 0,60 0,95 1,55
Овощи 10 6 3,20 13,8 7,09 2,10 9,19 6,30 1,90 8,20
4,56 1,28 5,84 3,05 0,84 3,89 2Л1 0,76 3.47
Однолетние травы 1,93 1 60 3,53 1,33 1,12 I 2,45 2,12 1,76 J 3,88
0,81 0,67 1,48 0,56 0А1 1,03 0 89 0,74 1,63
Многолетние травы 3,63 605 Г~9 68 1,93 3,21 5,14 1,88 Г 3,14 5,02
1 56 2,60 I 4,16 0,83 1,38 2,211 0 81 1,35 2,16
*в числителе -1 -га"1 ■ год-1 ; в знаменателе - т С га"' год-'
Тува
ANP BNP
20
40 60 80 100
тыс. т Стод
120
Рис. Аккумуляция углерода в продукции агроценозов Тувы.
низких террасах крупных рек и их притоков. Агроценозы в лесостепной зоне Тувы размещаются на черноземах обыкновенных и южных, в степной зоне - на черноземах южных, темно-каштановых и каштановых почвах, в сухостепной зоне, главным образом, на каштановых и светло-каштановых почвах. Почвы степной и сухостепной ландшафтно-климатической зоны преимущественно супесчаного гранулометрического состава, подвержены ветровой эрозии [8].
Тепловые ресурсы, характеризуемые суммой активных тёмператур, на обследуемой территории изменяются от 1740 ^C в лесостепи до 1900 ^C в степи и 2100 еС в сухой степи. Среднегодовая сумма осадков варьирует соответственно в пределах 340-390, 240-270 и 200-230 мм [9]. Особенности сухостепной зоны заключаются в неравномерной динамике температур в период вегетации растений: быстрое нарастание весной и резкое падение осенью, что, наряду с высокими величинами индекса сухости (2,1-2,3 против 1,3 в лесостепи), служит причиной низкой интенсив ности продукционного процесса.
На сегодняшний день в Туве большая часть пахотных массивов расположена в лесостепной зоне (42 %). Основные культивируемые растения - зерновые
(яровая пшеница), в последние два года преобладают однолетние травы Во всех природных зонах региона отмечается варьирование урожайности зерна, обусловленное влиянием погодных и агротехнических условий. В течение всего пятнадцатилетнего периода средняя величина этого показателя по республике остается невысокой (0,8 т/га) в связи с низкой обеспеченностью почв продуктивной влагой и питательными элементами, а также незначительными дозами удобрений [8].
МРР характеризует интенсивность накопления органического вещества и углерода на единице площади за определенный период времени и служит важнейшим показателем его цикла в экосистемах.
Размеры чистой первичной продукции в зерновых агроценозах Тувы варьируют от 6,4 до 6,6 т-га"1-год1 (см. табл.), в том числе 4,0-4,4 т-га'Чод"1 в надземной части и 2,2 т-гаЧод1 в подземной. Отметим, что в зерновом агро-ценозе на надземные органы приходит ся около 65 % общей продуктивности. Масса чистой первичной продукции зерновых агроценозов изменялась незначительно. В отдельные годы исследований в степи и сухой степи она была несколько меньше, чем в лесостепи, что
№ 4(82)2017
объясняется различиями в почвенном плодородии и сумме осадков за вегетационный период. Для сравнения, в лесостепи Красноярского края и Хакасии чистая первичная продукция больше в 1,3 раза, а в степи - в 1,4 раза [10,11].
Чистая первичная продукция многолетних трав (преимущественно люцерна) колеблется от 2,16 до 4,16 т-гаЧод"1, при этом большая часть NPP представлена корневыми остатками. Их NPP и BNP в лесостепи больше, чем у однолетних трав, почти в 3 раза, в степи - в 2 раза, в сухой степи - в 1,3 раза. Это объясняется тем, что у многолетних трав основная доля продукции сосредоточена в почве и ежегодно нарастает
Однолетние и многолетние травы в любой из зон в основном выращивают на однотипных почвах (лугово-черно-земных, лугово-каштановых, аллювиальных дерновых). Содержание и запасы гумуса в почве этих агроценозов сильно сокращаются в направлении от лесостепи к сухой степи, что связано с разным количеством компонентов органического вещества в одних и тех же почвах различных зон.
Во всех ландшафтно-климатических зонах региона многолетние травы выращивают в условиях орошения, этим и можно объяснить их высокие урожаи в степной и сухостепной зонах. В этих двух аридных зонах отмечены самые большие колебания урожайности по годам. Только в лесостепной зоне Тувы установлен рост накопления продукции в период с 2001 г. по 2015 г
NPP естественных травяных экосистем часто ниже, чем в агроценозах многолетних трав. По данным А.Д. Самбуу [12], в восстанавливающихся степях NPP равна 906-1347 г/м2 в год, в деградированных - 409-499 г/м2, в том числе BNP - 807-1222 г/м2 и 335429 г/м2 соответственно.
Агроценозы картофеля в регионе отличаются невысокой интенсивностью продуцирования растительного вещества: 2,4-6,2 тта'-год"1 в лесостепи, 1,6-5,2 т-га'-год"1 в степи и 1,54,6 т-гаЧод1 в сухой степи. При этом подземная продукция культуры представляет собой корни и видоизмененные побеги (столоны, клубни), что увеличивает ее долю в NPP. В современных условиях формирование продукции картофеля на земледельческой территории Тувы увеличилось, по сравнению с предыдущим столетием, в 2-3 раза [8]. Это обусловлено тем, что с начала XXI в. картофель и овощные культуры возделывают в индивидуальных и фермерских хозяйствах, владельцы которых осуществляют более качественный уход
ЗлаВимгрс: й ЗсшеШеф
за посадками.
Продукция овощных культур характеризуется самыми высокими показателями NPP, которые возрастают от сухой степи к лесостепи. В Туве преимущественно возделывают белокочанную капусту. Величина ANP овощных растений в 3-4 раза больше, чем BNP. Максимальная NPP капусты по всему региону отмечена в последнее десятилетие. Овощные культуры в сухостепной зоне в основном выращивают на аллювиальных дерновых почвах, для которых характерны низкие запасы углерода, легкоминерализуемого и стабильного органического вещества. В лесостепной зоне их возделывают на лугово-черно-земных почвах с высокими запасами гумуса, так как овощи при формировании урожая очень требовательны к наличию элементов питания и влаги.
Влагообеспеченность почв ь хозяйствах Тувы регулируют орошением, которое стоит очень дорого. Больше всего орошаемых земель в сухостепной зоне, где овощи выращивают только на поливе. Поэтому здесь наблюдаются их более стабильные урожаи - 4-5 т/ га. В целом по республике размеры и /стойчивость урожаев овощных культур зависит от природно-климатических условий, а также от материально-техни-4еских затрат. В связи с разными экономическими возможностями хозяйств наблюдаются резкие колебания урожайности овощей и NPP их агроценозов в ландшафтно-климатических зонах региона в различные годы.
Особенности и основные закономерности изменения чистой первичной продукции агроценозов Тувы, выраженной в углероде, аналогичны изложенным колебаниям продуктивности различных агроценозов в разных ландшафтно-климатических зонах (см. табл.). Минимальная ассимиляция углерода' в регионе отмечена в агроценозах однолетних трав (1,03 т О га1-год1), максимальная при выращивании овощных культур - 5,84 тС га1-год1.
Запасы углерода продукции картофеля закономерно уменьшаются от лесостепи к сухой степи. Самое низкое годичное накопление углерода в продукции овощных культур и однолетних грав отмечено в степи. Это вызвано, прежде всего, тем, что указанные культуры в сухой степи возделывают только на орошении. Хорошая влагообеспеченность почв, даже на фоне недостаточного содержания питательных элементов, способствует интенсификации продукционного процесса.
Особенности регионального распределения углерода в продукции много-
летних трав заключаются, во-первых, в 2-кратном увеличении в направлении от сухой степи к лесостепи; во-вторых, в преобладании углерода в подземной части агроценозов во всех ландшафтно-климатических зонах.
Суммарная продукция агроценозов на земледельческой территории Тувы достигает 107 тыс. т С в год (см. рисунок). При этом в сухой степи (площадь пашни 9,6 тыс. га) величина этого показателя составляет 28 тыс. С в год, в степи (9,4 тыс. га) - 29 тыс. т С в год. Агроце-нозы лесостепной зоны, заместившие естественные травяные экосистемы на площади 13,78 тыс. га, синтезируют са мое большое количество органического вещества - 50 тыс. т С в год, что составляет 47 % продукции всех агроценозов в республике. На основании этого можно сказать, что «растительный» пул углерода определяется не площадью пашни в каждой природной зоне, а почвенным плодородием.
Многими исследователями [10, 4, 13, 14, 15] установлены зональные и провинциальные особенности аккумуляции углерода в надземной фитомассе и почвенном органическом веществе. Кроме того, они отмечают высокую корреляцию запасов углерода с величиной фитомассы, а в лесах - с возрастом дре-востоев.
Следует отметить, что в Красноярском крае и Хакасии [15] доля депонированного углерода в фитомассе выше, чем в Туве, что объясняется более высокой продуктивностью сельскохозяйственных культур в этих регионах.
В целом максимальный вклад (7080 %) в «растительный» пул углерода вносят зерновые агроценозы Тувы, что обусловлено их наибольшей долей в структуре пашни. На овощные культуры, выращиваемые на небольших площадях, приходится 2-3 %. Многолетние травы В'лесостепи вносят в депо углерода 10 %, картофель - 7 %, в степи -1 % и 12 % соответственно.
Таким образом, с продукцией агроценозов на всей территории Тувы депонируется 107 тыс. т С в год. Больше всего органического вещества (50 тыс. т С в год) культурные растения синтезируют в лесостепной зоне. В степной и сухостепной зонах величина этого показателя составляет 29 тыс. т С и 28 тыс. т С в год. Самую значительную часть органического вещества создают зерновые культуры.
Рассчитанные показатели могут быть использованы для оценки баланса углерода в агроэкосистемах Тувы, а также для прогноза изменений агроценозов, связанных с хозяйственным использованием земель, и оценки их
экологического состояния
Литература
1. Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Мякшина В.О. Оценка изменений баланса и запасов углерода при восстановлении пахотных почв в Российской Федерации, 1990-2005 гг. // Материалы V Всерос. съезда почвоведов им. В.В. Докучаева. Ростов-на-Дону: ЗАО «Ро-стиздат», 2008. С. 144
2. Ведрова Э.Ф. Деструкционные процессы в углеродном цикле лесных экосистем Енисейского меридиана: ав-тореф. дисс. докт. биол. наук. Красноярск, 2005. 60 с
3. Кудеяров В.Н., Заварзин Г.А., Бда-годатский С.А. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России. М.: «Наука», 2007. 315 с.
4. Лесные экосистемы Енисейского меридиана / под ред. Ф.И. Плешиковэ, Е А. Ваганова, Э.Ф. Ведровой и др. Ново сибирск: Изд-во СО РАН, 2002. 356 с.
5. Титлянова A.A., Тихомирова H.A., Шатохина Н.Г. Продукционный процесс в агроценозах. Новосибирск: «Наука«, Сиб. отд., 1982. 224 с.
6. Чупрова В.В., Александрова C.B. Определение чистой первичной продукции агроценозов методами математического моделирования // Гомеостаз лесных экосистем. Концепция гомеоста-за: теоретические, экспериментальные и прикладные аспекты: сб. научн. тр. X Междун. симпозиума. Новосибирск: «Иаука», 2001. С. 165-172.
7. Степи Центральной Азии / И.M 1аджиев, А.Ю. Королюк, A.A. Титлянова и др. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. 299 с.
8. Жуланова В.Н. Агрогенная эволюция почв Тувы. Кызыл: Изд-во ТувГУ, 2016. 232 с
9. Андрейчик М.Ф. Современное изменение климата Республики Тыва. Кызыл: РИО ТувГУ, 2013. 246 с
10. Донская О.Л., Николаева З.Н. Экологическая оценка агроэкосистем юга Средней Сибири. Абакан: Изд-во Хакасского гос. ун-та, 2008.176 с
11. Чупрова В.В. Чистая первичная продукция агроценозов в Центральной Сибири //Экосистемы Центральной Азии: исследования, проблемы охраны и природопользования: материалы IX Убсу-Нурского международного симпозиума. Кызыл: ГУП «Тываполиграф», 2008 С. 63-66.
12. Самбуу А.Д. Влияние выпаса на продуктивность степей Убсунурской котловины в Туве: автореф. дис. канд. биол. наук. Томск, 2001. 23 с.
13. Титлянова A.A., Косых Н.П. Изменение продуктивности ландшафтов
S/iadttMipckiü Зешейдедо
№ 4(82)2017
Западной Сибири в связи с различным использованием земель (на примере Новосибирской области) // Сибирский экологический журнал. 1997. №4, С. 347-354.
14. Титлянова A.A., Чупрова В.В. Изменение круговорота углерода в связи с различным использованием земель (на примере Красноярского края) // Почво
ведение. 2003. №2. С. 211-219.
15. Шугалей Л.С., Чупрова В.В Запасы углерода в блоках естественных и антропогенно-нарушенных лесных экосистем и его баланс // Сибирский экологический журнал. 2003. №5. С. 545-555
16. Climate change 1995: The Science of Climate Change. Contribution of Working Group to the Second Assessment
Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. J. T. Houghton, L.6. Meira Filho, B.A. Callander. Cambridge: Cambridge University Press, 1995. 572 p.
NET PRIMARY PRODUCTION OF AGROCENOSIS OF TUVA V.N, Zhulanova, M.A. Mazirov
Production processes are considered within different agrocenosis of the forest-steppe, steppe and dry steppe zones of Tuva. In 2001-2015 it was not large. The greatest formation of net primary production (NPP) was noted in agrocenosis of vegetable crops, the least one - of annual grasses. In the structure of planting acreage cereal crops dominate, and their NPP averages 6.5 t/ha in a year. For fifteen years the largest accumulation of net primary production in all agrocenosis is observed in the forest-steppe zone, the smallest one - in the dry steppe zone. Carbon accumulation by the production of agrocenosis of Tuva is 107,000 tons per year. Agrocenosis of the forest-steppe zone annually synthesize 50,000 tons of carbon of organic matter, of steppe zone - 29,000 tons, of the dry steppe zone - 28,000 tons.
keywords: crop yield, net primary production (NPP), aboveground net production (ANP), underground net production (UNP), carbon products, agrocenosis.
УДК:бЗЗ.853.52.631.526.32
ИЗУЧЕНИЕ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА СОИ В РЯЗАНСКОМ ниисх
Е.В. Гуреева, к.с.-х.н., Т.А. Фомина — Рязанский НИИСХ
E-mail: [email protected]
Представлены результаты испытания сортов сои различного эколого-географического происхождения мировой коллекции ВИР в 2014-2016 гг. Изучен их биологический потенциал в условиях Рязанской области и выявлены скороспелые и высокопродуктивные образцы, приспособленные к почвенно-климатическим условиям Центрального региона России. Выделенные образцы - ценный материал для дальнейшей селекции по таким признакам, как продолжительность вегетационного периода, продуктивность, содержание сырого протеина в семенах. Продуктивность сортов сои во все годы исследований в большей степени зависела от числа продуктивных узлов на растении и семян на растении. Выделены сорта, сочетающие высокое содержание белка с повышенной концентрацией жира в семенах: Соната (Россия), Белгородчанка (Россия), Светлая (Россия), Магева (Россия). Лучшие образцы будут включены в селекционный процесс в качестве исходного материала для создания высокопродуктивных сортов сои, адаптированных к условиям Центрального региона России.
Ключевые слова: соя, коллекционные образцы, исходный материал, продуктивность, Рязанская область.
Благоприятное сочетание питательных веществ позволяет использовать сою на пищевые, кормовые и технические цели. Значение этой культуры в мировой экономике постоянно возрастает благодаря высокому содержанию белка (40-45 %) и масла (19-25 %) в семенах. В последние годы наблюдается стабильная положительная динамика производства сои в России. За 5 лет валовой сбор семян этой культуры увеличился более чем в 2,5 раза. В 2016 г. было намолочено 3100 тыс. т маслосемян с посев-
ной площади 2184,0 тыс. га. В Рязанской области произведено 19,9 тыс. т сои [1]. Такие показатели обусловлены не только расширением посевных площадей, но и повышением урожайности соевых бобов (с 1,3 т/га в 2015 г. до 1,48 т/га в 2016 г.) до максимального уровня в истории современной России. По оценкам аналитиков достижение указанных результатов может сократить объем импорта соевых бобов в РФ в текущем сезоне на 9 % [2]
Сорт - биологическая основа технологии возделывания, на его долю
приходится около 50 % прироста урожайности [3]. В связи с этим во многих регионах, в которых раньше сою не выращивали, развернуты исследования по селекции и технологии возделывания этой культуры [4. 5].
Цель исследований - изучение биологического потенциала сортов сои в условиях Рязанской области и выявление в мировой коллекции скороспелых и высокопродуктивных образцов, приспособленных к почвенно-климатическим условиям Центрального региона России.
N° 4 (
s
Mumùl. 1 ЗвмлеМие h
