Характеристика агроценозов Койбальской степи Республики Хакасия Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 581.1 +581

ХАРАКТЕРИСТИКА АГРОЦЕНОЗОВ КОЙБАЛЬСКОЙ СТЕПИ РЕСПУБЛИКИ ХАКАСИЯ

Е. Ю. Жукова, Е. А. Белоусова, М. О. Мусихина, Ю. В. Сысоева

Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова

В статье представлена характеристика агроценозов овса, кукурузы, рапса на основе комплексного использования снимков Landsat и наземных исследований.

Ключевые слова: агроценозы, вегетационный индекс.

Степные экосистемы в Хакасии являются зональным типом растительности, который подвергается значительному антропогенному воздействию и, как следствие, нуждается в восстановительных мероприятиях [1]. Значительную помощь в вопросе своевременного мониторинга состояния степных экосистем и агроценозов, которые находятся в данной зоне, может оказать спутниковый мониторинг сезонного развития растительности [2].

Целью работы является характеристика агроценозов овса, кукурузы, рапса на основе комплексного использования снимков Landsat и наземных исследований.

В качестве объекта исследования были выбраны агроценозы овса, кукурузы и рапса в Алтайском районе (Республика Хакасия). На исследуемой территории были заложены 4 площадки (размер одной площадки -10^10 м), сорные растения изучали маршрутным методом. Координаты участков растительности, где отбирались пробы, фиксировались GPS-приёмником.

Учёт динамики надземной фитомассы в посевах сельскохозяйственных культур проводился по стандартной методике Ф. И. Левина [3] в трех повторностях. Укосы с площадок разбирали по агрогруппам [4]: масса генеративных органов, масса побегов и листьев культурных растений, масса сорных растений и опад, включающий ветошь и мортмассу. Агрогруппы взвешивали в сыром и сухом виде. Полученные данные переводили в ц/га. Одновременно проводили морфометрические измерения растений высоты побегов, густоты стеблестоя, генеративных органов и фазы онтогенеза культурных растений [5]. В исследовании сорных растений использовали количественные методы: подсчёт численности и массы [6]. В пределах площадок размерами 3*3 пикселя (площадью 0,7 га), с помощью GPS-приёмника были определены географические координаты, а также в течение вегетационного сезона были проведены наземные исследования динамики агроценозов.

Расчёт спектральных индексов и составление векторных картосхем посевов осуществлялись средствами программы ENVI 4.0. Оценка состояния агрофитоценозов проводилась по спектральным индексам [7].

Вегетационный индекс (NDVI), используемый для оценки фотосинтетически активной биомассы, рассчитывали по формуле:

ытлш NIR-RED

NDVI =--П)

NIR + RED' w

где NIR - отражение в ближней инфракрасной области спектра;

RED - отражение в красной области спектра.

Для оценки содержания воды использовали водный индекс (NDWI):

(ДУЛ' -SWIR.,,,. ) NDWI,=--^-(2)

1640 (NI^+SMR^J' ()

где NIR - отражение в ближней инфракрасной области спектра; SWIR - отражение в коротковолновой инфракрасной области спектра.

В 2010 году были проведены исследования агроценозов овса, рапса, кукурузы. Для агроценозов овса в августе сырая масса генеративных органов (метелки) составила 20,2 ц/га, сорных растений - 8,2 ц/га, отмершая фи-томасса - 7,6 ц/га. Данные по фитомассе другого посева овса представлены на рис. 1.

Масса вегетативных органов в 1,8 раза больше, чем масса генеративных органов. Аспект фитоценоза желтый, в междурядиях - зелёный из-за сорных растений.

Сырая масса кукурузы составила 72,5 ц/га, а масса сорных растений всего 15,7 ц/га. Сорняки не видны, так как кукуруза полностью их закрывает.

Аспект посевов рапса зелёный, находится на стадии бутонизации. Основная масса приходится на вегетативные органы (100 ц/га). Масса сорных растений несколько выше, чем в посевах овса. Содержание ветоши и мор-тмассы ниже, чем в агроценозе овса и составляет 4,3 ц/га.

Сухая масса агроценозов в среднем в 2 раза меньше, чем сырая.

40,0

35,0

30,0

25,0

о 20,0

Э 15,0

U

10,0

5,0

0,0

Генеративная масса Вегетативная масса Масса сорных

растений

Ветошь

Мортмасса

I контур 4, овес □ контур 1, овес

Рис. 1. Сырая масса агроценозов овса (контур 1 и 4), 1.08.2010

Анализ видового состава и сырой массы сорных растений агроценозов показал, что наиболее разнообразно они представлены в посеве рапса, возможно, это объясняется более широкими междурядиями (70 см) для данной культуры. В других контурах доминирует просо.

На обследованных полях обнаружили 27 видов сорных растений. Из них наибольшее число видов (6) относятся к семейству Аsteraceae, 3 вида относятся к семействам Brassicaceae, Poaceae, Chenopodiaceae, 2 вида к Fabaceae, Caryophyllaceae, Polygonaceae, Lamiaceae, Boraginaceae, Convolvulaceae и 1 вид к Rubiaceae. Среди данных видов наиболее часто встречаются 5 видов: Sonchus arvensis (сем. Аsteraceae), Fallopia convolvulus (сем. Polygonaceae), Echinochloa crus-galli и Panicum miliaceum subsp. ruderale (сем. Poaceae), Convolvulus fischeranus и С. arvensis (сем. Convolvulaceae). По биологическим особенностям среди изученных видов 9 относятся к многолетним растениям и остальные 19 - к малолетним. Наиболее активны многолетние виды с корнеотпрысковой корневой системой. Большинство видов относится к руде-ральным и сегетальным сорнякам.

Исследование спектральных характеристик растительности агроценозов выявило, что поля имеют неоднородности локального характера. Сравнение пространственного распределения индексов показало их равнозначность для картографических задач. Анализ спектральных индексов позволил выявить агроценозы с большой фитомас-сой и большим количеством воды (кукуруза и рапс) и с меньшим количеством воды и фито массой (овёс).

Значения контуров овса в основном зависели от сорной растительности, поскольку NDVI отражает фото-синтетически активную биомассу, а растения овса в данный период имели жёлтый аспект.

Таким образом, наибольшую фитомассу по спутниковым и наземным данным имел агроценоз кукурузы, агроценозы овса отличались жёлтым аспектом. Анализ видового состава и сырой массы сорных растений агроце-нозов показал, что наиболее разнообразно они представлены в посеве рапса, возможно, это объясняется более широкими междурядиями для данной культуры. По спутниковым данным, наибольшее содержание воды имели посевы кукурузы и рапса.

Библиографический список

1. Зоркина, Т. М. Структура и состояние степных сообществ Хакасии в зависимости от почвенных условий / Т. М. Зоркина, В. М. Жукова, Н. В. Кутькина // Сибирский Вестник сельскохозяйственной науки. - 2011. - № 5-6. - С. 41-46.

2. Жукова, Е. Ю. Сезонная динамика продуктивности агроценозов Юга Минусинской котловины / Е. Ю. Жукова, А. П. Шевырногов, В. М. Жукова, Т. М. Зоркина, И. Ю. Пугачёва // Вестник Томского государственного университета. - 2009. - N° 323. - С. 354-357.

3. Родин, Л. Е. Методические указания к изучению динамики и биологического круговорота в фитоценозах / Л. Е. Родин, Н. П. Ремизов, Н. И. Базилевич. - Л.: Наука, 1968. - 143 с.

4. Словарь-справочник по агрофитоценологии и луговедению / А. М. Гродзинский, Ю. А. Злобин, В. М. Миркин, Л. Г. Наумова; под ред. А. М. Гродзинского, Ю. Р. Шеляг-Сосонко. - Киев: Наукова Думка, 1991. - 136 с.

5. Вавилов, П. П. Практикум по растениеводству/ П. П. Вавилов, В. В. Гряценко, В. С. Кузнецов. - М.: Колос, 1983. - 352 с.

6. Исаев, В. В. Прогноз и картографирование сорняков / В. В. Исаев. - М.: Агропромиздат, 1990. - 192 с.

7. Chen, D. Vegetation water content estimation for corn and soybeans using spectral indices derived from MODIS near- and short-wave infrared bands / D. Chen, J. Huang, J. Jackson // Remote Sensing of Enviroment. - 2005. - V. 98. - P. 225-236.

© Жукова Е. Ю., Белоусова Е. А., Мусихина М. О., Сысоева Ю. В., 2012