CC BY
15
1. Флористические группы и жизненные циклы растений покрова лесополос в зоне разнотравно-дерновиннозлаковой степи
Видов на 100 м2, Флористическая Жизненный
Тип лесополосы группа, % цикл, %
Группировка зла- бобовые разно- однолетники двулетники многолетники
шт. ки травье
Акациевая (Robinia pseudoacacia) Elytrigia repens + Poa angustifolia + Convolvulus arvensis 18 16,7 83,3 38,9 5,6 55,5
Березовая Bromus secalinus +
(Betula litwin-owii) Poa angustifolia + Elytrigia repens 10 40 10 50 30 10 60
Кленовая (Acer pla- Elytrigia repens + Achillea millifolium +
tanoides) Galium aparine 29 13,8 - 86,2 13,8 13,8 72,4
Кленовая (Acer pla-tanoides) Elytrigia repens + Galium aparine + Anisantha tectorum 21 23,8 76,2 38,1 4,8 57,1
и при этом исключали бы химические способы борьбы с ними.
Цель исследования - изучение возможности подавления сорной растительности под полезащитными лесополосами,используя биологический метод агростепей.
Агростепи - искусственно восстановленные, флористически богатые травянистые сообщества, близкие по основным признакам к естественным степным фитоценозам. Название метода составлено, исходя из их действительного сходства с природными экосистемами, и с учетом использования в процессе формирования таких фитоценозов обычных агроприемов и сельскохозяйственной техники.
В 2006 г на стационаре «Агро-ландшафт» Ставропольского НИИСХ в полезащитной двурядной тополевой лесополосе был заложен опыт по трансформации сорной растительности в травостои целинного типа.
Объект исследования - сорная растительность старовозрастных лесополос степной зоны Центрального Предкавказья и двурядная экспериментальная лесная полоса из тополя черного Populus nigra на восьмой год после закладки. Ширина междурядий лесополосы - 2,5 м, площадь делянок - 22,5 м2, повторность четырехкратная. Общая площадь опыта 450 м2.
В 10 пунктах в различных почвенных и климатических зонах Ставропольского края были проведены геоботанические описания покрова разновозрастных полезащитных лесонасаждений.
Исследования по подавлению сорняков методом создания агро-степного травостоя под пологом лесополос проводили на опытном полигоне «Агроландшафт» Ставропольского НИИСХ, который расположен в третьей агроклиматической зоне и характеризуется неустойчивым увлажнением, мягкой зимой, ранней и влажной весной, жарким летом и относительно теплой и засушливой осенью. По геоботаническому районированию полигон относится к зоне разнотравно-дерновинно злаковых степей.
Степную смесь семян заготавливали механизировано в районе заказника Шалево, близ г. Ставрополя. Дикорастущий семенник - донор многовидовой степной посевной травосмеси для агростепного покрова лесополосы был представлен ассоциацией Festuca valesiaca + Bromopsis riparia + «разнотравье». Перед посевом сложной степной смеси семян почва была подготовлена культивацией в два следа на глубину 8-10 см.
Схема опыта включала пять вариан-
тов: 1) самозарастание; 2) агростепь; 3) смесь культурных трав (клевер луговой, эспарцет песчаный, овсяница луговая Ставропольская 20, кострец безостый Ставропольский 31); 4) агростепь + смесь культурных трав; 5) агростепь + редкие виды растений (ковыль красивейший, ковыль узколистный, пион узколистный,горицвет весенний, ирис ненастоящий).
В качестве эксперимента в опытный пятый вариант были внедрены взрослые генеративные особи редких видов растений, таких как горицвет весенний (Adonis vernalis), ирис ненастоящий (Irisnotha), пион узколистный (Paeonia tenuifolia) и др., которые были взяты весной на сохранившейся целине и внедрены в период закладки агростепи.
Такая схемаэксперимента призвана продемонстрировать эффективность разных типов фитоценозов в подавлении сорной флоры в покрове лесополосы, в сравнении с традиционным самозарастанием, имеющим место в лесополосах всех регионов России сегодня.
Геоботанические описания проводили в течение восьми лет на стационарных площадках 10 х 10 м (100 м2) с учетом всей флоры. В лабораторных условиях, согласно общепринятым геоботаническим методикам, осуществляли анализ полевых материалов. Травяной покров срезали вручную ножницами на высоте 2-3 см от поверхности почвы на площадках 0,5 м2 (50 х 100 см) в 6-кратном повторении. Из свежескошенной фитомассы отбирали сноп массой 1000 г, его высушивали, устанавливали процент выхода воздушно-сухой массы. Сырую массу с каждой из шести учетных площадок переводили в воздушно-сухую. Для разбора снопа по видам растений брали 200 г сухой массы. Анализ ботанического состава осуществляли ежегодно [2-4].
Геоботаническое обследование старовозрастных лесополос, расположенных в пределах Центрально-
Ставропольской возвышенности, позволило выявить особенности флористического состава, сложения и некоторые другие показатели их травяного покрова. Флористическая насыщенность учетной площади 100 м2 колеблется от 10 до 30 видов (табл. 1). При этом доминируют сорные виды: A. tectorum, Bromus secalinus, E. repens, Galium aparine, Poa angustifo-lia, Convolvulus arvensis и др.
Анализ фенологического состояния видов травяного покровалесополос показывает, что в пору массового роста и развития сорняков в генеративной фазе находилось свыше 83% видов. Проективное покрытие травостоя составляло 100%.
Оценивая позиции малолетних и многолетних видов растений в покровах старовозрастных насаждений, а также перспективу дальнейшей сукцессии, можно заключить, что многочисленные виды сорной флоры лесополос будут всегда оставаться поставщиками семян и плодов на окружающие поля и занимать лидирующее положение в агроэкосистемах в части генерации большого объема семян. Данное обстоятельство побуждает к поиску новых путей и способов замены сорного покрова на более экологически оптимальный степной приземный ярус.
Нами предложеназамена сорного, экологически не оптимизированного травяного покрова полезащитных лесных насаждений на более хозяйственно-полезное травяное сообщество степного типа с использованием метода агростепей [5].
В целях более лаконичного изложения динамики создания степных е травостоев под пологом двурядной | тополевой лесополосы в работе при- ® ведены результаты геоботанического е изучения в 2006 и 2014 гг.
Наблюдения в экспериментальной № лесополосе в первый год жизни агро- ю степного покрова показали, что доля м сегетальных и рудеральных сорных 1 растений в фитомассе была значи- 5
2. Флористические группы и жизненные циклы покровных травостоев на восьмом году жизни лесополосы (2014 г.)
Вариант Видов Флористическая группа,% Жизненный цикл, %
Группировка на 100 м2, шт. злаки бобо- разно- однолетники двулетники многолетники
вые травье
1 Bromopsis inermis + Phleum phleoides +
разнотравье 34 20,6 14,7 64,7 8,8 5,9 85,3
2 Festuca valesiaca + Festuca rupicola +
разнотравье 32 21,9 9,4 68,7 3,1 3,1 93,8
3 Bromopsis inermis +
разнотравье 19 26,3 15,8 57,9 10,6 10,6 79,0
4 Festuca valesiaca +
Elytrigia repens + разнотравье 27 22,2 14,8 63,0 7,4 3,7 88,9
5 Festuca valesiaca + Koeleria cristata +
разнотравье 35 17,1 11,4 71,5 2,9 - 97,1
тельной. Будучи габитуально более мощными, сорняки угнетали всходы целинно-степных трав. Наиболее распространенными во всех вариантах эксперимента были щирица запрокинутая Amaranthus retroflexus - 39%, амброзия полыннолистная Ambrosia artemisiifolia - 31%, марь белая Che-nopodium album - 13% и другие сорняки - 17%. Это следствие молодости степного ценоза, его ценотической конкурентной слабости, открытости, позволяющей присутствовать в сообществах однолетникам и двулетникам.
Постепенное формирование агро-степного травостоя стабилизировало динамическую ситуацию за счет сокращения терофитов. Анализ флористических и ценотических показателей покровных травостоев свидетельствуют о том, что с возрастом увеличивается плотность формируемого покрова (до 100%), повышается его фитоценотическая замкнутость, и процесс протекает в сторону выравнивания травостоя во всех вариантах опыта, то есть степные виды доминируют [6].
На восьмом году жизни лесополосы, по всем вариантам опыта было выявлено доминирование степных видов в составе микрогруппировок, таких как: Bromopsis inermis, Festuca valesiaca, Festuca rupicola, Phleum phleoides и др. (табл. 2).
Также флористическим богатством степных видов отличался и вариант «Самозарастание», что связано с внедрением степных растений в сорный травостой из агростепныхвариантов, ■я которые нормально плодоносят, по-о ставляя семена в покров лесополосы. Ф Как известно, семена дикорастущих ^ трав попадают на близлежащие тер-о ритории, в том числе внедрились и в | вариант «Самозарастание», то есть, агростепные растения, имеющие ® высокую конкурентную способность, S вытеснили сорные виды и в этом $ варианте.
Таким образом, агростепной покров из нескольких десятков видов дикорастущей степной флоры, подавил конкурентно слабые особи сорняков на восьмом году жизни.
В возрасте восьми лет агростепные покровные травостои дифференцируются наустойчивые микрогруппировки из видов степной флоры: B. inermis, Centaurea orientalis, Dactylis glom-erata, F. valesiaca, Galium ruthenicum Willd., Onobrychis arenaria (Kit.) DC., Phleum phleoides (L.) Karst., Scabiosa ochroleuca L. и др.
В результате проведенной работы можно заключить, что оптимальными вариантами по подавлению сорно-полевой флоры под лесополосами признаны агростепные фитоценозы. В вариантах «Агростепь», «Агростепь + редкие виды», «Агростепь + культурные травы» сорняки успешно вытесняются, так как им противостоит степной фитоценоз, отличающийся замкнутостью против внедрения в него конкурентно слабых однолетних и двулетних растений.
Метод агростепей перспективен для решения задачи борьбы с сорной растительностью под полезащитными лесными насаждениями. Переход от механического и химического приемов (культивация, гербициды) на биологический способ с помощью изучаемого метода может способствовать оздоровлению фитоландшафтной ситуации и улучшению охраны природы.
Литература.
1. Никитин П.Л., Крывда С.А. Защитное лесоразведение. М.: Лесная промышленность,1976. С. 35-37.
2. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основанием статистической обработки с результатами исследований): учебник. Изд. 5, доп. и перераб. М.: Агро-промиздат, 1985. 351 с.
3. Полевая геоботаника / под ред. А.А. Корчагина. М.-Л.: Наука, 1964. Т. III. 530 с.
4. Работнов Т.А. Экспериментальная фитоценология. М.: МГУ, 1987. 160 с.
5. Дзыбов Д.С. Метод ускоренного воссоздания травянистых биогеоценозов // Экспериментальная биогеоценология и агроценозы. М.: Наука, 1979. С. 129-131.
6. Дудченко Л.В. Новый биологический способ борьбы с сорными растениями и их группировками в полезащитных лесных насаждениях // Аграрный вестник Урала. 2010. № 4 (70). С. 78-81.
Ecological transformation of weed vegetation of forest belts in herbages of the zone type
L.V. Dudchenko
Stavropol Research Institute of Agriculture, ul. Nikonova, 49, Mikhajlovsk, Stavropolsky Krai, 356241, Russian Federation
Summary. Work was performed according to the technique, developed and approved by D.S. Dzybov, which is based on the use of rich pool of steppe flora in steppe coenosis. The aim of the research was ecological transformation of weed vegetation of forest belts into steppe herbages by the method of agrosteppes. The object of research was weed vegetation of old forest belts in the steppe zone of the Central Fore-Caucasus and the experimental two-raw forest belt from black poplar with the agrosteppe anti-weed cover. The experiment on the inhibition weed plants by steppe herbage was carried out in 2006, and researches have been continued. The floristic saturation in a grass cover of old forest belts is from 10 to 30 species. Weed species are dominated in the cover. The results of eight-year studies on substitution of weed herbage of the forest belt by agrosteppe phytocenosis revealed the domination of steppe species of plants in test variants. Ground herbage distinguished by floristic multiplicity and contained 36 species of plants. The herbage in test variants is presented by family of cereals (up to 26.3%), legumes (up to 15.8%), and motley grasses (81.5%). The optimal variants for weed plants suppression in forest belts are agrosteppe phytocenosis: agrosteppe, agrosteppe with rare species, agrosteppe with cultivated grasses. Weeds are replaced successfully since steppe phytocenosis opposed them; it is characterized by closure against introduction of weak annual and biennial weeds. At the age of eight years agrosteppe cover herbages are differentiated on steady microgroups from species of steppe flora. Weed suppression by agrosteppe method makes it promising for the solution of this urgent problem in field-protecting afforestations.
Keywords: forest belt, weeds, agrosteppe, steppe flora, phytocoenosis.
Author Details: L.V. Dudchenko, Cand. Sc. (Biol.), senior research fellow (e-mail: [email protected]).
For citation: Dudchenko L.V. Ecological transformation of weed vegetation of forest belts in herbages of the zone type. Zemlede-lie. 2015. No. 8. Pp. 14-16 (in Russ.).
ОБРАБОТКА ПОЧВЫ
&-
УДК 631.439
Почвенные потоки углекислого газа в агроэкосистемах в условиях Московского региона
И.М. МАЗИРОВ, аспирант Б.Н. БОРОТОВ, магистрант П.С. ЛАКЕЕВ, аспирант А.С. ЩЕПЕЛЕВА, аспирант И.И. ВАСЕНЕВ, доктор биологических наук, зав. кафедрой
Российский государственный аграрный университет - Московская сельскохозяйственная академия имени К.А. Тимирязева, ул. Тимирязевская, 49, Москва, 127550, Российская Федерация E-mail: [email protected]
В статье оценивается эмиссия СО2 на по -лях озимой пшеницы и картофеля с различными вариантами обработки почв в типичной агроэкосистеме с окультуренными дерново-подзолистыми почвами. Исследования про -водили на полях опыта точного земледелия полевой опытной станции РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, для которой характерны почвенные геоморфологические условия, типичные для ландшафтов центральной части Нечерноземной зоны России. Апроба -ционные работы осуществляли с 10 января по 21 августа 2015 г. посредством прямого измерения потоков на приборе Li-COR LI-820. Замеры проводили 1 раз в 10 дн. Объект исследования - четыре опытных участка: озимая пшеница с нулевой и отвальной обработкой, картофель с минимальной и отвальной обработкой. Полученные данные обрабатывали в программах SoilFluxPro и Microsoft Excel. Эмиссия на поле озимой пшеницы с отвальной обработкой происходит интенсивнее на 27,9%, чем на поле картофеля с отвальной обработкой. В 2012 г. разница между культурами составляла 4,6г CO2 -C м-2день-1, в 2015 г. - 1,69 г CO2 -C м-2 день-1, или 62 и 33%, соответственно. Более интенсивную, в среднем на 8,17%, эмиссию наблюдали в варианте с нулевой обработкой. Это сопоставимо с данными 2012 г. Интересно отметить факт повышения интенсивности эмиссии в поле картофеля после обработки десикантом реглон-супер (2 л/га) 15 августа 2015 г. В отвальном варианте величина изучаемого показателя возросла с 1,29до 7,78 гCO2 -C м-2день-1. Десикант стимулирует отток питательных веществ в корень растения, что вызывает более интенсивное их дыхание и выделение корнями стимулирующих биоту веществ.
Ключевые слова: углекислый газ, почвенная эмиссия, озимая пшеница,
картофель, нулевая обработка, отвальная обработка, минимальная обработка, влажность почвы, сезонная динамика.
Для цитирования: Почвенные потоки углекислого газа в агроэкосистемах в условиях Московского региона / И.М. Мазиров, Б.Н. Боротов, П.С. Лакеев, А.С. Щепелева, И.И. Васенев//Земледелие. 2015. № 8. С. 17-19.
Глобальные изменения климата -одна из наиболее актуальных проблем современности. В значительной мере они определяются возрастающими потоками парниковых газов, главный и наиболее распространенный из которых - углекислый газ [1].
Дыхание почвы - один из преобладающих наземных потоков СО2. Оно включает в себя два основных компонента: автотрофное дыхание корневых систем и корневых остатков организмов и гетеротрофное дыхание свободно живущих почвенных микроорганизмов [2].
Компоненты дыхания почвы имеют огромную пространственную и временную изменчивость [3]. Существует много доказательств влияния абиотических (температура и влажность почвы) и биотических (тип растительности, продуктивность растительного и микробиологического сообщества) факторов на автотрофное и гетеротрофное дыхание [4]. Меньше известно об антропогенном воздействии (землепользование, урбанизация, функциональное зонирование, загрязнение почвы и др.) на основные компоненты дыхания почвы на местном и региональном уровне. Глобальная задача исследования антропогенного влияния на почвенную эмиссию (в частности в агроэкосистемах) состоит в том, чтобы найти пути минимизации потерь углерода в атмосферу, а также создать благоприятные условия для увеличения урожая и депонирования углерода в продукции, получаемой с полей (агроэкосистем).
Цель нашего исследования - оценка эмиссии СО2 на полях озимой пшеницы и картофеля с различными вариантами обработки почв в типич-
ной агроэкосистеме Московского региона с окультуренными дерново-подзолистыми почвами.
Эксперимент заложен на полях опыта точного земледелия полевой опытной станции РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, для которой характерны почвенные геоморфологические условия, типичные для ландшафтов центральной части Нечерноземной зоны России. Апробационные исследования проводили в течение восьми месяцев, с 10 января по 21 августа 2015 г., посредством прямого измерения потоков на приборе Li-COR Ы-820. Замеры проводили 1 раз в 10 дн.
Полевой стационарный опыт заложен на общей площади более 6 га (245 м ширина х 250 м длина = 61250 м2).
Почва - дерново-подзолистая с четкой генетической дифференциацией морфологического профиля на элювиальную и иллювиальною часть. Мощность пахотного горизонта составляет 17-20 см. Почвообразующие породы представляют собой моренные красно-бурые суглинки, реже (на наиболее высоких участках) - глину мощностью 56 м. Подслаиваются они песком. В нижней части суглинистой толщи встречаются валуны. Моренный суглинок служит основной почвообразующей породой и имеет двучленное строение.
Объектом нашего исследования были четыре опытных участка: озимая пшеница с нулевой и отвальной обработкой, картофель с минимальной и отвальной обработкой почвы. Оба поля картофеля опрыскивали десикантом Реглон-супер (2 л/га) 15 августа 2015 г. На каждом участке заложены основания для измеренияэмиссии почвенных газов в пятикратной повторности.
Для исследования потоков углекислого газа использовали метод экспозиционных камер с прямым анализом его концентрации.
На поверхность почвы не менее чем за 3 ч до начала измерения врезали основание, представляющее собой полый цилиндр диаметром 20 см и высотой 7 см, с плотно и герметично припаянным воротником для крепления камеры. Камера - это цилиндр с гер- е метичной несъемной крышкой с одной | стороны, и воротником для крепления к д основанию с другой. На крышке встро- е ен термометр, который показывает | температуру внутри камеры, разъем № для подключения питания вентилятора ю в камере и два фитинга для подключе- м ния двух трубок, в которых циркулирует 1 анализируемый газ. Внутри камеры 5
1Л
о
00
ф
S ^
ш
4
ф
^
5
ш со
Рис. 1. Динамика почвенной эмиссии углекислого газа: а) на поле озимой пшеницы и картофеля с отвальной обработкой почвы; б) на поле озимой пшеницы с нулевой обработкой и картофеля с минимальной обработкой почвы: й — пшеница; ■ — карто-
встроена система, которая позволяет очищать анализируемый газ от пыли, и вентилятор, способствующий перемешиванию фонового и эмитированного газа в объеме камеры. Измерение начинается после установки камеры на основание и фиксации ее четырьмя зажимами. Трубки от камеры ведут к насосу, который прокачивает воздух в модуль Li-COR LI-820, где анализируется рост концентрации углекислого газа. Модуль подключен к ноутбуку, с которого можно напрямую следить за ходом измерения. Для определения почвенной эмиссии углекислого газа достаточно 2-5 мин фиксации камеры на основании. За этот период времени на ноутбук записываются данные роста концентрации углекислого газа в камере. По ее скорости можно вычислить скорость эмиссии углекислого газа. Одновременно записываются показания атмосферного давления, температура воздуха внутри камеры, температура атмосферного воздуха, температура почвы и влажность почвы.
Достоинство метода прямого измерения почвенного дыхания - объективность и комплексность (он позволяет учитывать как микробную, так и корневую составляющую). Он идеально подходит для проведения режимных измерений на локальном уровне, например, наблюдения сезонной или суточной динамики эмиссий СО2 [5], так как совершенно однозначно характеризует почвенное дыхание в определенной точке в определенный момент времени. Однако результаты, полученные полевыми методами, сильно зависят от внешних факторов (в первую очередь, температуры и влажности). Поэтому сопоставление данных, полученных в разное время и для разных объектов, а также их интерполяция для оценки потоков в региональном масштабе могут приводить к очень большим по-
грешностям. По этой причине на всех анализируемых объектах измерения проводили в один день.
Полученные данные обрабатывали в программах SoilFluxPro и Microsoft Excel.
Исследование показало, что за исследуемый период эмиссия на поле озимой пшеницы с отвальной обработкой происходила интенсивнее, чем на поле картофеля с отвальной обработкой, на 27,9% (рис. 1 а). Эти данные отличаются от результатов исследований, проведенных в 2012 г за тот же период времени, когда различия между этими вариантами превышали 60% [3]. В абсолютных величинах в 2012 г разница между культурами составляла 4,6 г CO2 -C м-2 день-1 , а в 2015 г - 1,69 г CO2 -C м-2 день -1.
Аналогичная картина отмечена между полями озимой пшеницы с прямым посевом и картофеля с минимальной обработкой, где разница между культурами в 2015 г составила 33%, а в 2012 г. - 62% (рис. 1 б).
Из этого, на наш взгляд, следует, что разница в проективном покрытии и корневой биомассе не столь значима для почвенной эмиссии углекислого газа, как считалось ранее. В 2015 г. немаловажное влияние на величину изучаемого параметра оказала влажность почвы, которая в среднем за сезон составила 19,7%, что на 4,2% выше, чем в 2012 г. В результате практически весь сезон 2015 г на поверхности почвы на поле картофеля не образовывалось сухой корки, которая в 2012 г. сдерживала эмиссию.
_q
X
ф
Et
О
I
<N
О
У
18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
О
ш
X
о с
_Q
н
о о
X
*
со m
со %
Et
со о
CD С2
а п
I-
со а си
си
I-
cnS? CS?
0V
cS? rS?
Дата
Рис. 2. Сезонная динамика почвенной эмиссии углекислого газа (К ауг) на поле озимой пшеницы с нулевой обработкой и показатели температуры (Тай ауг) и влажности (№%> ауг): — — — К ауг; ■ — W% ауг; И — Тай ауг.
