CC BY
16
УДК 631:4
А. М. Керимов
ЭНЕРГЕТИКА СЕРОЗЕМНО-ЛУГОВЫХ ПОЧВ И АГРОФИТОЦЕНОЗА ХЛОПЧАТНИКА В УСЛОВИЯХ САЛЬЯНСКОЙ СТЕПИ АЗЕРБАЙДЖАНА
ИНСТИТУТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ И АГРОХИМИИ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК
АЗЕРБАЙДЖАНА, БАКУ
A. M. Kerimov
GREY-MEADOW AND COTTON AGROPHITOCENOSIS ENERGETICS UNDER THE CONDITION OF SALYAN PLAIN IN AZERBAIJAN
INSTITUTE OF SOIL SCIENCE AND AGROCHEMISTRY OF AZERBAIJAN NATIONAL AKADEMY
OF SCIENCES, BAKU
Аннотация. С позиции энергетики почвообразования представлены данные фитопродуктивности, составлен энергетический баланс агрофитоценоза хлопчатника, величина радиационного баланса и полноты использования радиационной энергии агроцено-зом в условиях Сальянской степи. Проведена множественная и парная корреляционная зависимость между приростом растительной массы, радиационным балансом и влажностью почв и в отдельности.
Ключевые слова: агрофитоценоз; фитомассы; радиационный баланс.
Summary. The article deals with the information about biological productivity of cotton agrophytocenosis under the condition of Salyan plain from standpoint of soil formation energetic. Energetic balance of cotton agrocenosis was compiled, radiation balance magnitude and completeness of using the radiation energy by agrocenosis was established. Multiple and paired correlation dependence between phytomass productivity, radiation balance and soil humidity separately was determined.
Keywords: agrophytocenosis; phytomass; radiation balance.
Азад Мамед Гулу оглу Керимов
Azad Mamed Gulu Kerimov кандидат сельскохозяйственных наук azad.kerimov59@mail.ru
Введение. Поддержание и увеличение плодородия, целенаправленное и рациональное использование и охрана почв, а также управление продуктивностью почв, при нарастающей антропогенной воздействии, особенно на равнинных территориях Азербайджана, является одним из важнейших вопросов экосистемы в условиях орошаемого земледелия. Наблюдаются процессы усиленной ирригационной деградации почв, в результате чего происходит ухудшение водно-физических свойств почв, что в свою очередь отрицательно отражается на сероземных почвах с их разновидностями, ха-растеризующихся из-за этого низким уровнем гумуса как основного показателя плодородия.
Аккумуляция энергии, поступающей из окружающих источников, негэнтропии и информации для постоянно прогрессирующей экосистемы ведет к уменьшению энтропии, что в свою очередь определяет пути развития почв, агрофитоценозов и экосистемы в целом.
Целью наших исканий является определение показателей приходящей солнечной энергии, составление энергетического баланса и выявление величины полноты использования радиационной энергии агрофитоценозом
хлопчатника, а также выявления зависимости между продуктивностью хлопчатника и факторами среды.
К исследованиям энергетики почвообразования в различных почвенно-климатических зонах, а также подстилающей поверхности, посвящено достаточно работ [1; 2].
Выявление основных закономерностей качественного и количественного распределения и воспроизводства органического вещества в интересах наиболее рационального использования продукции Земли человеком, является одной из основных проблем современной биологической науки, решением которой занимались многие советские и зарубежные ученые [3; 4].
Наряду с этим динамика фитомассы агрофитоценозов изучена в относительно меньшей степени [5]. При этом биологическая продуктивность фито- и агрофито-ценозов в основном изучена без учета энергетических ресурсов, основное усилие исследователей было направлено на изучение круговорота веществ в биогеоценозе. Энергетическая же сторона природных превращений оставалась мало изученной, хотя на важность данного вопроса указал еще Дояренко А. Г. [6]. Между тем без знания энергетики природных явлений представления о них будет неполным. Академик Ферсман А. Е. писал: «Энергетический подход к анализу динамически развивающихся процессов природы является конечной целью наших исканий. Мы должны перейти на единое мерило определения хода процесса, причем таковым может быть или калория или киловатт» [7].
Радиационный и тепловой балансы деятельной поверхности являются важными факторами в жизнедеятельности растений, под их непосредственном влиянием протекает жизнь и развитие растений и формируется урожай [8].
Базилевич Н. И. и Родин Л. Е. [9] пишут, что связь биологической продукции с условиями увлажнения носит различный характер в зависимости от количества тепла. При высокой теплообеспеченности (более 35-40 ккал/см2 в год) важнейшим фактором, регулирующим биологическую продуктивность, является влага, при низкой тепло-обеспеченности (до 35-40 ккал/см2 в год) избыток влаги снижает производительность фитоценозов.
Объект и методика. Исследования проводили на сероземно-луговых почвах Сальянской степи, входящей в Кура-Аразскую низменность, ограниченной с запада рекой Аккуша, с востока Каспийским морем и с севера Гызылагадским заливом общей площадью 149 тыс. га, из которых 46 тыс. га приходится на долю сельскохозяйственных насаждений.
Территория представлена аллювиальными отложениями рек и морских отложений IV периода Кайнозоя. Рельеф местности равнинный и расположен над уровнем моря от -26 м до 200 м.
Климат полупустынный и сухостепной с жарким сухим летом. Средняя температура воздуха 14,6 °С, средняя температура самого жаркого месяца 26,2-26,4 °С (июль-август), самого холодного месяца 2,2-4,0 °С (январь-февраль). Среднемноголетнее количество осадков - 187-309 мм, а относительная увлажненность 62-81 % [10].
Грунтовые воды довольно близки к поверхности: 2-3 м.
Почвы представлены сероземно-луговыми, лугово-сероземными, лугово-болотными, солончаками и песками и по гранулометрическому составу характеризуются глинистыми, суглинистыми и супесчаными фракциями. Количество гумуса колеблется в пределах 1,2-2,8 %, постепенно понижаясь к низким горизонтам.
Показатель реакции среды рН орошаемых серо-земно-луговых почв объекта исследований указывает щелочную среду, составляя в пахотном слое (0-25 см) 8,0, понижаясь в слое 25-50 см до 7,4-7,6. СаСО3 также подвергается изменению с увеличением глубины от 20,14 до 23,14 %, оцениваясь средне карбонатными [11].
По гранулометрическому составу сероземно-луговые почвы среднесуглинистые, с содержанием физической глины 47,60-47,84 %.
В комплексе поглощенных оснований преимущественно доминирует Са (69-75 %), Мд несколько ниже (21-24 %), а показатели Ыа составляют 1,11-1,17 % от суммы, в верхнем слое (0-25 см) соответствуя 3,99 % - несолонцеватые, а с увеличением глубины 25-50 см достигает до 6,61 % - слабо солонцеватые. Сумма поглощенных оснований в комплексе 27,79-28,79 мгэкв и оцениваются удовлетворительным.
Результаты. Запасы фитомассы суши составляют 2,41012 т (в океане 2108 т); запасы подстилки и торфа на порядок ниже общего количества фитомассы на планете и соответственно составляют 1,9-Ю11 т и 2,2-Ю11 т, годичная продукция Земли равна 2,31011т и на 74 % определяется надземными растительными сообществами [12].
В Азербайджане запасы фитопродуктивности также изучены в достаточной степени [13; 14].
Щипанова И. А. [15] отмечает, что в субтропической зоне Азербайджана общая биомасса (надземная и подземная), включая растительные остатки, семена, труху,
органическую пыль, углистые остатки, зоомассу, экскременты, увеличивается от полупустынных биогеоценозов (168-284 ц/га) к степным (193-460 ц/га) и далее к лугово-степному (358-738 ц/га), в лесо-луговом сильно остеп-ненном и на поляне в лесу она составляет 272 ц/га. Подземная часть биомассы в субтропических безлесных биогеоценозах преобладает над надземной, с колебанием в полупустыне от 2,9 до 9,8 раз, в луговой степи от 2,7 до 11 раз, в травянистом покрове лесо-лугового сильно остепненного биогеоценоза до 8,1 раза.
В наших исследованиях как основная культура, имеющая стратегическое значение в развитии экономики Азербайджана, является хлопчатник, посевы которого в советские годы занимали практически все пространство Кура-Аразской низменности. В 90-е годы были проведены земельные реформы, что послужило резкому сокращению площадей посевов данной культуры. Но целенаправленная политика Президента Азербайджанской Республики Ильхама Алиева, направленная на повышение значимости хлопка в экономике страны, привела к расширению площади посевов хлопчатника и доведению урожая хлопка-сырца в 2017 году до 200 тыс. тонн в целом по стране.
В наших исследованиях в 2016 г. изучена фитопро-дуктивность агрофи-тоценоза хлопчатника на 20 га площади фермерского хозяйства, где наряду с физическими, химическими и физико-химическими свойствами сероземно-луговых почв, характеристика которых представлена выше, проведены также фенологические наблюдения за ростом и развитием хлопчатника.
За вегетационный период общая фитомасса агро-фитоценоза составила 376,0 ц/га. Известно, что для оценки роли фитомассы (естественных сообществ) в почвообразовательных процессах огромное значение имеет определение годичного прироста надземной и подземной массы растения.
В литературе многие исследователи на основании косвенных показателей условно принимают, что прирост и разложение корней (за год) в степных сообществах составляет треть от общей массы. Другие же предлагают метод разностей, третьи метода последовательного суммирования положительных разностей [16].
В наших исследованиях мы оценивали величины прироста по методике, предложенной Волобуевым В. Р. [17] -дифференциального анализа кривой динамики растительных веществ в биогеоценозе, с помощью которого на основе экспериментальных данных можно определить прирост растительного вещества для каждого месяца. Установлено, что действительный прирост растительного вещества агрофитоценоза хлопчатника в данных условиях за вегетационный период составил 121,1 ц/га.
Для выявления количества энергии, аккумулированной в приросте растительного вещества, необходимо знать данные о теплоте сгорания растительной массы. По данным калориметрических измерений установлено, что в растительной массе хлопчатника в среднем (стебель, корни, листья, опад) аккумулировано 4211 кал/(г сухого вещества) [18].
Исходя из этих данных и темпов прироста растительной массы, можно охарактеризовать динамику накопления и расхода энергии с течением времени. Выявлено, что за вегетационный период накопление энер-
гии в массе хлопчатника составила 508,6 кал/см2. При этом наибольшее накопление энергии приходится на фазу бутонизации - 210,8 кал/см2, а наименьшее на фазу всходов - 1,0 кал/см2 (таблица 1).
Для составления энергетического баланса необходимо рассчитать энергетические затраты на суммарное испарение. Исходя из средних значений величины затрат энергии на скрытую теплоту парообразования в 580 кал/см3, определили общий расход энергии на ис-
парение за вегетационный период за 2016 г. в размере 20000 кал/см2. При этом наибольший расход энергии на суммарное испарение приходится на август - 8120 кал/см2, а наименьший - на май, к фазе всходов хлопчатника, - 4060 кал/см2. Исходя из данных энергии, аккумулированной в чистой первичной продукции и расход энергии на суммарное испарение, определили основную величину затраты тепла на почвообразование, что в данном случае составило 29509 кал/см2 (таблица 1).
Таблица 1 - Энергетический баланс на основе данных по динамики растительной массы и суммарного испарения на агроценозе хлопчатника орошаемых сероземно-луговых почв (2016 г.)
Показатели Месяцы года За год
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 Динамика растительной массы (надз. и подз., ц/га) - - - - 0,24 48,0 97,8 116,0 125,0 - - - 376,0
2 Прирост растительной массы, ц/га - - - - 0,24 44,1 50,2 16,4 10,2 - - - 121,1
3 Накопление энергии в растительном веществе, кал/см2 - - - - 1,0 185,2 210,8 68,9 42,8 - - - 503,6
4 Осадки, мм 30,6 17,2 43,5 23,4 21,8 3,7 0,0 0,0 2,4 9,8 22,5 28,7 203,6
5 Суммарное испарение по водному балансу, мм - - - - 70 90 120 140 80 - - - 500,0
6 Расход энергии на сумм. испарение, кал/см2 - - - - 4060 5220 6960 8120 4640 - - - 29000
7 Затраты энергии на почвообразование, кал/см2 - - - - 4661 5405 7171 8189 4683 - - - 29509
8 Относительная доля энергии от затрат энергии на почвообразование, аккумулированной в растительном веществе, % - - - - 0,02 3,43 2,94 0,84 0,91 - - - 1,72
Сопоставив изменение величины энергии, расходуемой в агрофитоценозе хлопчатника на построение растительного вещества и испарение с величиной радиационного баланса, установили, что в сумме за вегетационный период агрофитоценозом использовано 0,53 (или 53 %) всей наличной радиационной энер-
гии, при радиационном балансе 58,18 ккал/см2 (рисунок). Следует отметить, что для агрофитоценоза хлопчатника эта типовая величина на пространстве Кура-Аразской низменности за вегетационный период, которая составляет 0,75, отвечающей радиационному балансу в 52,82 кал/см2 в год.
- радиационный баланс;
- полнота использования радиационный энергии
Рисунок - Полнота использования радиационной энергии хлопчатником
Опираясь на результаты вариационной статистики на агрофитоценозе хлопчатника, коэффициент корреляции между приростом растительной массы, радиационным балансом влажностью почв, составляет г = 0,84. В данном случае ошибка коэффициента корреляции составила тг = 0,24. Установлено, что для формирования
При парных корреляциях между приростом растительной массы и радиационным балансом коэффициент корреляции г = 0,84, а тг = ±0,24, а при оценке зависимости продуктивности от влажности почв, коэффициент корреляции г = 0,8, при тг = ± 0,44.
Как следует из приведенных данных полноты использования радиационной энергии в агрофитоценозе остается значительная часть недоиспользованной солнечной энергии, что за счет улучшения агротехники, мелиоративных и других приемов можно довести до максимума и естественно увеличить урожайность. По нашему мнению, в рассмотренном агрофитоценозе повышение густоты стояния растений в посевах приводит к более полному использованию радиационной энергии.
Выводы. 1 Установлено, что при приросте растительной массы хлопчатника в 121,1 ц/га накопление энергии в первичной продукции составило 503,6 кал/см2 за вегетационный период. При этом на формирование растительной массы от общей суммы приходящей солнечной энергии расходуется 1,72 %.
2 Выявлено, что агрофитоценозом хлопчатника в условиях сухих степей с аридным климатом на примере Сальянской степи используется всего 0,53, при радиационном балансе 52,82 ккал/см2 в год.
Список литературы
1 Волобуев В. Р. Экология почв. - Баку : Изд. Элм, 1963. - 259 с.
2 Алиев С. А. Экология и энергетика биохимических процессов превращения органического вещества почв. - Баку : Изд. Элм, 1978. - 253 с.
3 Родин Л. Е., Базилевич Н. И. Динамика органического вещества и биологический круговорот в основных типах растительности. М.-Л. : «Наука», 1965. - 253 с.
4 Ковда В. А., Якушевская И. В. Биомасса и продуктивность некоторых ландшафтов суши // Биосфера и ее ресурсы. - М. : «Наука». - С. 447.
5 Алиев С. А. Биомасса растительных сообществ Азербайджана и ее биоэнергетические показатели. - Баку, 1972. - С. 63.
агрофитоценоза хлопчатника влияние этих двух факторов достаточно высоко ( г2 = 71 %). Коэффициент корреляции на агрофитоценозе хлопчатника определен для интервала влажности почвы в пределах от 19,5 % до 24,0 % и радиационного баланса от 5,6 до 13,2 ккал/см2 в год (таблица 2).
6 Дояренко А. Г. Исследование солнечной энергии полевыми культурами. - М. : «Сельхозиздат», 1963. - 86 с.
7 Ферсман А. Е. Избранные труды. Т. 4. - М. : Изд. АН СССР, 1958. - 588 с.
8 Волобуев В. Р. Почвы и климат. - Баку : Изд. Элм, 1953. - 319 с.
9 Базилевич Н. И., Родин Л. Е. Географические закономерности и круговорота химических элементов в основных типах растительности суши // Общие теоретические проблемы биологической продуктивности. - М. : «Наука», 1969. - С. 23-33.
10 Шихлинский Э. М. Климат Азербайджана. - Баку : Элм, 1969. - 340 с.
11 Мамедов Р. Г. Агрофизическая характеристика почв Прикуринской полосы. - Баку, 1970. - 276 с.
12 Базилевич Н. И. Продуктивность и круговорот элементов в естественных и культурных фитоценозах // Биологическая продуктивность и круговорот химических элементов в растительных сообществах. - Л. : «Наука», 1971. - С. 5-12.
13 Бейдеман И. Н. Краткий обзор корневых систем полупустынных растений // Труды Азерб. филиала отдела Закавказского филиала АН СССР, сектор ботаники. Вып.5, 1934. - С. 94-108.
14 Алиев С. Ю. Динамика биомассы естественных и культурных фитоценозов Ширвани // Биокомплексы Восточной Ширвани. - Баку : Изд. Элм, 1975. С. 75-105.
15 Щипанова И. А. Изменение биомассы безлесных биогеоценозов субтропической зоны Азербайджана // Изв. АН Азерб. ССР, серия биол. наук, 1971. - № 4. - С. 54-60.
16 Вагина Т. А., Шатохина Н. Г. Особенности накопления фитомассы в разных типах растительности Ба-рабинской низменности // Геоботанические исследования в западной и средней Сибири. - Новосибирск : Изд. СО АН СССР, 1971. - С. 163-191.
17 Волобуев В. Р. Введение в энергетику почвообразования. - М. - «Наука», 1974. - 127 с.
18 Зейналов Ю. А. Энергетика почв и агрофитоце-нозов в условиях Восточной Ширвани : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. - Баку, 1980. - 25 с.
Таблица 2 - Множественная корреляционная зависимость между приростом растительной массы, радиационным балансом и влажностью почвы на орошаемых сероземно-луговых почвах Сальянской степи
Уравнение регрессии r mr tr
У= 3,96 Х + 0,39 Z - 59,97 0,84 0,24 3,5
Корреляционная связь между приростом растительной массы и радиационным балансом
У= 50,37 + 3,9 0,84 0,24 3,5
Корреляционная связь между приростом растительной массы и влажностью почвы
У = 8,42 + 12,04Z 0,80 0,44
Х - радиационный баланс, Ъ - влажность почвы, г - коэффициент корреляции, тг - ошибка коэффициента корреляции, - критерий существенности коэффициента корреляции.
