CC BY
14
Таблица 1 - Использование озимой рожью минерального азота с различных глубин почвенного профиля осушаемой дерново____________________________________________подзолистой почвы______________________________________________
Слой внесения N, см Урожай- ность, г/м2 N в растениях, % Вынос N, г/м2 (зерно) Экстра- азот, г/м2 Коэф. исп. по 15N, % Коэф. исп. по разности, %
всего из удобр. 15n из почвы зерно зерно + солома зерно зерно + солома
Контр. 210 1,40 2,94 - - - - - -
0-20 478 1,71 8,17 3,48 4,69 1,75 29,0 48,6 43,5 73,9
21-40 440 1,69 7,43 2,49 4,94 2,00 20,7 37,5 37,4 65,9
41-60 337 1,58 5,32 1,38 3,94 1,00 11,5 18,2 19,8 35,0
61-80 247 1,52 3,75 0,87 2,88 - 7,2 11,9 6,0 14,0
Солома
Контр. 390 0,56 2,18 - - - -
0-20 810 0,72 5,83 2,36 3,47 1,29 19,6 30,4
21-40 800 0,70 5,60 1,99 3,61 1,43 16,8 28,5
41-60 618 0,65 4,01 0,81 3,80 1,02 6,7 15,2
61-80 543 0,58 3,14 0,57 2,57 0,39 4,7 8,0
Образование экстра-азота наблюдалось до глубины 60 см и составило от 1,75 до 1,00 г/м2 (зерно) и от 1,29 до 0,39 г/м2 (солома).
Коэффициенты использования азота, рассчитанные разностным методом и с изотопной меткой, отличались друг от друга. Разностный коэффициент имел завышенные результаты, на это указывают и работы других исследователей [2, 3]. В нашем эксперименте, его величина составила 73,9 % (зерно+солома) из пахотного слоя и 65,9 % из слоя 21- 40 см. Коэффициент, рассчитанный с использованием метки 15N был соответственно 48,6 и 37,5 %. С увеличением глубины внесения азота коэффициент его использования снижался по сравнению с верхним слоем примерно так же, как и определённый с меченым азотом.
В опыте с ячменём мы наблюдали аналогичную закономерность. Экстра-азот в данном случае был обнаружен на глубине 61-80 см.
Из проведённых исследований видно, что растения использовали минеральный азот из пахотного и подпахотного слоёв почвы. Наличие здесь минерального азота удобрений способствует усвоению растениями экстра-азота. С увеличением глубины размещения минерального азота в профиле почвы потребление его растениями снижается. Коэффициент использования азота из удобрений, рассчитанный разностным методом в 1,5-1,7 раз выше, чем при определении с меткой 15N.
Литература
1. Смирнов П.М. Вопросы агрохимии азота. М.: МСХА, 1977. С. 72.
2. Ягодин Б.А., Смирнов П.М., Петербургский А.В. и др. Агрохимия М.: Агропромиздат, 1989. С. 455.
3. Сычёв В.Г., Соколов О.А.. Шмырёва Н.Я. Роль азота в интенсификации продукционного процесса сельскохозяйственных культур. М.: ВНИИА, 2009. С. 424.
References
1. Smimov P.M. Voprosy agrohimii azota. M.: MSHA, 1977. S. 72.
2. Jagodin B.A., Smirnov P.M., Peterburgskij A.V. i dr. Agrohimija M.: Ag-ropromizdat, 1989. S. 455.
3. Sychjov V.G., Sokolov O.A.. Shmyrjova N.Ja. Rol' azota v intensifikacii produkcionnogo processa sel'skohozjajstvennyh kul'tur. M.: VNIIA, 2009. S. 424.
Иванов Д.А.
Член-корреспондент РАН, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научноисследовательский институт мелиорированных земель»
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ УРОЖАЯ КОРМОВЫХ КУЛЬТУР
Аннотация
В работе приведены результаты статистического и информационного анализа данных мониторинга урожайности кормовых культур (овса и трав) в пределах опытного полигона. Показано, что на основе этих математических процедур можно выявлять особенности пространственного варьирования продуктивности культур в пределах конкретной территории. Статистические и информационные методы позволяют раскрыть закономерности развития различных агроценозов.
Ключевые слова: овес, многолетние травы, агроландшафт, энтропия, фрактал, регрессия.
Ivanov D.A.
Corresponding member of the Russian Academy of Science Federal State Budgetary Scientific Institution All-Russian Research Institute of Reclaimed Lands RESEARCH OF CHARACTER OF SPATIAL VARIABILITY OF THE YIELD OF FORAGE CROPS
Abstract
In work results of the statistical and information analysis of the data of monitoring ofproductivity offorage crops (oats and grasses) are resulted within the limits of skilled range. It is shown, that on the basis of these mathematical procedures it is possible to reveal features of a spatial variation of efficiency of cultures within the limits of concrete territory. Statistical and information methods allow to open laws of development of various vegetative communities.
Keywords: oats, long-term grasses, agrolandscape, entropy, fractal, regress.
Знание основных факторов, определяющих характер формирования продуктивности кормовых культур (зерновых и трав) в различных ландшафтных условиях позволяет оптимизировать их продукционный процесс и получать более высокие и устойчивые урожаи при меньших затратах труда и средств. Продуктивность растений является основными проявлениями их адаптивных реакций на условия ландшафтной среды, для изучения которых применяются разнообразные полевые и статистические методы. Полученные знания позволяют разрабатывать оптимальные технологические схемы возделывания, способствующие повышению продуктивности и устойчивости травостоев, а также затуханию деградационных процессов в агроландшафте, что является одной из задач адаптивно-ландшафтного земледелия.
Характер пространственной изменчивости урожайности изучался на примере посевов овса и пятикомпонентной травосмеси. Пятикомпонентная смесь изначально в равных долях состояла из люцерны синегибридной сорта «Вега», клевера лугового сорта
21
«Вик 7», тимофеевки луговой сорта «Вик 9», овсяницы луговой сорта «Вик 5», райграса пастбищного сорта «Вик 6». Особенности вариабельности урожайности овса и сена в пределах конечно-моренной гряды исследовали на агроэкологическом стационаре ВНИИМЗ, достаточно подробно описанном в литературе [1-4]. Он расположен в пределах конечно-моренного холма с относительной высотой 15 м. Холм состоит из межхолмных депрессий (северной и южной), южного склона крутизной 3-5о, плоской вершины и северного склона крутизной 2-3о. Почвенный покров представлен вариацией-мозаикой дерново-подзолистых глееватых и глеевых почв, развивающихся на двучленных отложениях различной мощности. Южный склон характеризуется господством песчаных и супесчаных почв, тогда как на северном преобладают их легкосуглинистые разности, что является генетической особенностью конечно-моренных гряд.
Агроценозы изучались на агроэкологической трансекте - узком поле, длиной 1300 м, разделенном на продольные параллельные полосы, каждая из которых засевается определенной культурой севооборота. Трансекта пересекает все основные микроландшафтные позиции конечно-моренного холма: транзитно-аккумулятивные агромикроландшафты (АМЛ) межхолмных депрессий и нижних частей склонов, в которых преобладает аккумуляция влаги и питательных веществ; транзитные местоположения центральных частей склонов, характеризующиеся боковым током влаги; элювиально-транзитные позиции верхних частей склонов, где, наряду с боковым током влаги, наблюдается вертикальное промывание почвенного профиля и элювиально-аккумулятивные АМЛ плоской вершины, где происходит, как вертикальный, нисходящий ток влаги, так и ее аккумуляция в микропонижениях.
Изучение характеристик агроландшафта производилось в точках опробования, различающихся только в природном отношении. Они регулярно расположены по трансекте на расстоянии 40 м друг от друга. Урожайность зерна и сена определялась по 120 десятиметровкам, регулярно расположенным вдоль трансекты. Исследования проводились в 2003-2006 гг. Удобрения в ходе опыта не вносились.
Полученные в ходе исследований данные обрабатывались методом многофакторного линейного регрессионного анализа, на основе которого определялись формализуемые (описываемые числом) факторы ландшафтной среды, достоверно влияющие на продуктивность культуры. Частное от деления значения коэффициента детерминации регрессионного уравнения на количество факторов, достоверно влияющих на продуктивность культуры, позволяет определить среднее значение влияния факторов на урожайность (А), которое может служить мерой степени управляемости агроценоза. При увеличении значения А степень управляемости агроценоза повышается, так как регуляция более сильных факторов или адаптация к ним приносит более ощутимые результаты.
Для углубленного исследования опытных данных применены элементы информационного и фрактального анализов пространственных рядов (регистрограмм) урожайности.
Применение элементов теории информации, основной функцией которой является энтропия, позволяет более полно описать изучаемые явления. В математической теории информации энтропия служит мерой неопределенности случайного эксперимента. Энтропия возрастает при увеличении числа состояний системы (в данном случае градаций урожайности) или/и при сближении значений вероятности возникновения этих состояний.
Для сравнения уровней неопределенности состояния различных систем весьма удобно пользоваться относительной энтропией Е(А)т, представляющей собой частное от деления Е(А) конкретной системы на величину максимально возможной в ее условиях энтропии (когда все ее состояния имеют одинаковую вероятность возникновения). Чем выше Е(А)т, тем меньше однородность системы [5].
Фрактальную размерность временного или пространственного ряда можно рассматривать как оценку разнообразия иерархической организации системы, и чем она больше, тем меньше иерархическое разнообразие (снижаются различия между уровнями). Ряд называется персистентным, если его фрактальная размерность (D) не превышает 1,5. Он состоит из апериодических циклов. В условиях персистентного ряда возможно прогнозирование поведения системы. В антиперсистентных рядах, фрактальная размерность которых выше 1,5, псевдоцикличность отсутствует. Они возникают под воздействием турбулентных (хаотических) процессов. На основе этих рядов прогнозировать поведение системы затруднительно. Исследования показали, что дробная размерность ряда является результатом взаимодействия нескольких систем. Она может служить количественной характеристикой степени устойчивости и адаптивности системы [6,7].
Результаты исследований представлены в таблице 1, анализ которой показывает, что среднемноголетние продуктивности овса и пятикомпонентной травосмеси практически не различаются. Монокультурные посевы характеризуются лучшей потенциальной управляемостью, чем пятикомпонентные травостои. Это объясняется внедрением со временем в травостой малопродуктивных и неодинаковых по экологическим требованиям аборигенных видов, что приводит к увеличению количества факторов ландшафтной среды влияющих на его продуктивность.
Таблица 1 - Статистико-информационные характеристики рядов урожайности изучаемых культур
Культура Продуктивность т/к. ед. га V (%) А (%) Е(А) Е(А)т D
Овес 2,8 20,9 14,7 0,70 0,82 1,40
Травостой 2,4 48,5 13,1 1,49 0,77 1,49
Посевы овса характеризуются значительно меньшей пространственной вариабельностью урожайности по сравнению с пятикомпонентным травостоем, что также объясняется трансформацией ботанического состава трав за годы исследования. Это отражается и на значении абсолютной энтропии (мере хаотичности) урожайности травостоя - она в два раза выше, чем на посевах овса, что объясняется различием в количестве видов растений, слагающие исследуемые агроценозы. Относительная энтропия урожайности травостоев несколько ниже, чем на овсе, что объясняется сложившимся, в результате межвидовой конкурентной борьбы, равновесием между компонентами травостоя, которые сдерживают друг друга. В посевах овса проявляется, в основном, внутривидовая конкуренция, что отражается на значении относительной энтропии - доминирующий вид (овес) стремится максимально адаптироваться ко всем экологическим нишам агроландшафта, поэтому наблюдаются близкие вероятности возникновения разных градаций его урожайности.
Вследствие доминирования одного вида в посевах овса фрактальная размерность рядов его урожайности равна 1,4, что говорит об их персистентности. Это свидетельствует о наличии в регистрограммах урожайности овса четких иерархических уровней, что позволяет уверенно предсказывать ее изменение в пространстве.
Значения фрактальной размерности рядов урожайности травостоя колеблется вокруг среднего, равного 1,49, что говорит о значительном влиянии на его продукционный процесс случайных (хаотических) явлений - количество иерархических уровней в регистрограммах его урожайности весьма велико и различия между ними незначительны.
В заключение следует отметить, что методы регрессионного и информационного анализа рядов урожайности кормовых культур позволяют не только выявлять особенности их пространственной организации, но и раскрывать закономерности формирования агроценозов, а также выявлять возможности управления их продукционным процессом.
22
Литература
1. Иванов Д.А. Ландшафтно-адаптивные системы земледелия (агроэкологические аспекты). -Тверь: Чудо. -2001, -304с.
2. Иванов Д.А. Агрогеография (теоретические и прикладные аспекты). LAP LAMBERT ACADEMIC PUBLISHING, Gmbh & Co.KG, Heinish-BocKing - Str. Saarbrucken, Doutschland, 2012, -311 с.
3. Ковалев Н.Г., Иванов Д.А. Тюлин В.А. Введение в агроландшафтоведение. -М. - Тверь, 2002, -212с.
4. Иванов Д.А., Корнеева Е.М., Салихов Р.А., Петрова Л.И., Пугачева Л.В., Рублюк М.В. Создание ландшафтного полигона нового поколения. // Земледелие, №6, 1999, с. 15-16
5. Берлянт А.М. Образ пространства: карта и информация. -М.: Мысль, 1986, -240с.
6. Иванов О.П., Оксогоев А.А. Синергетика и фракталы сложных систем. -ТГУ, 2008, -280с.
7. География и мониторинг биоразнообразия. Колл. авторов. -М.: Из-во Научного и учебно-методического центра, 2002.- 432 с.
References
1. Ivanov D.A. Landshaftno-adaptivnye sistemy zemledelija (agrojekologi-cheskie aspekty). -Tver': Chudo. -2001, -304s.
2. Ivanov D.A. Agrogeografija (teoreticheskie i prikladnye aspekty). LAP LAMBERT ACADEMIC PUBLISHING, Gmbh & Co.KG, Heinish-BocKing - Str. Saarbrucken, Doutschland, 2012, -311 s.
3. Kovalev N.G., Ivanov D.A. Tjulin V.A. Vvedenie v agrolandshaftovede-nie. -M. - Tver', 2002, -212s.
4. Ivanov D.A., Korneeva E.M., Salihov R.A., Petrova L.I., Pugacheva L.V., Rubljuk M.V. Sozdanie landshaftnogo poligona novogo pokolenija. // Zem-ledelie, №6, 1999, s. 15-16
5. Berljant A.M. Obraz prostranstva: karta i informacija. -M.: Mysl', 1986, -240s.
6. Ivanov O.P., Oksogoev A.A. Sinergetika i fraktaly slozhnyh sistem. -TGU, 2008, -280s.
7. Geografija i monitoring bioraznoobrazija. Koll. avtorov. -M.: Iz-vo Na-uchnogo i uchebno-metodicheskogo centra, 2002.- 432 s.
Иванов Д.А.1, Карасева О.В.2, Рублюк М.В.2
1Член-корреспондент РАН, 2Кандидаты сельскохозяйственных наук, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт мелиорированных земель»
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНЫХ ЧАСТЕЙ ЛАНДШАФТА НА ПРОДУКТИВНОСТЬ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР
Аннотация
В работе приведены результаты многолетнего мониторинга урожайности зерновых культур в пределах агроландшафта конечно-моренного холма. Выявлено влияние разномасштабных структур в пределах ландшафта - отдельных склонов, их морфологических частей (элементарных геохимических ландшафтов) и почвенных разностей на пространственную вариабельность урожайности овса, озимой ржи и ярового ячменя с подсевом трав. Установлено, что ячмень значительно сильнее реагирует на изменчивость ландшафтных условий, чем озимая рожь. Определены мероприятия по оптимизации процесса выращивания культур в различных ландшафтных условиях.
Ключевые слова: Овес, ячмень, озимая рожь, агроландшафт, трансекта, дисперсионный анализ.
Ivanov D.A.1, Karaseva O.V.2, Rubljuk M.V.2
1Corresponding member of the Russian Academy of Science, 2PhD in agricultural sciences, Federal State Budgetary Scientific Institution All-Russian Research Institute of Reclaimed Lands INFLUENCE OF STRUCTURAL PARTS OF THE LANDSCAPE ON EFFICIENCY OF GRAIN CROPS
Abstract
In work results of long-term monitoring ofproductivity of grain crops are resulted within the limits of a landscape of a hill. Influence of structures of the different sizes is revealed within the limits of a landscape - separate slopes, their morphological parts (elementary geochemical landscapes) and soil differences on spatial variability of productivity oats, winter rye also summer barley. It is established, that barley reacts to variability of landscape conditions, than winter rye much more strongly. Actions on optimization ofprocess of cultivation of cultures in various landscape conditions are determined.
Keywords: oats, barley, winter rye, agrolandscape, transect, analysis of variance.
Для эффективного выращивания сельскохозяйственных культур необходимо знать факторы, определяющие характер формирования их продуктивности в различных ландшафтных условиях. Продуктивность растений является основным проявлением их адаптивных реакций на условия ландшафтной среды, для изучения которых применяются разнообразные полевые и камеральные методы [1-3]. Полученные знания позволяют разрабатывать природно-адаптивные технологические схемы возделывания культур, способствующие повышению продуктивности и устойчивости посевов, а также затуханию деградационных процессов в агроландшафтах. В данной работе описаны результаты наблюдений за продуктивностью овса, ячменя и озимой ржи в пределах ландшафта конечно-моренного холма. Эти злаковые культуры имеют важное значение для обеспечения населения России продовольствием. Зёрна овса используют для производства овсяной крупы, толокна, муки и особого овсяного кофе. Их используют как сырьё для выработки комбикормов и как концентрированный корм для животных. Овсяную муку применяют в хлебопекарной промышленности и кондитерском производстве. Овсяную солому используют как грубый корм и как сырьё для комбикормовой промышленности. Яровой ячмень - важнейшая продовольственная, кормовая и техническая культура. Его зерно применяют в качестве концентрированного корма для животных всех видов. Ячменная солома по питательности превосходит ржаную и пшеничную, в запаренном виде ее хорошо поедают животные. Озимая рожь - традиционная продовольственная культура умеренного пояса. Из ржаной муки выпекают разнообразные сорта хлеба, отличающиеся высокой калорийностью и хорошими вкусовыми качествами. Зерно ржи используют в спиртовой и крахмалопаточной промышленности.
Экологические особенности изучаемых культур позволяют повсеместно выращивать их в пределах нечерноземной зоны России. Овес малотребователен к теплу, всходы его появляются уже при 3-4оС. Продолжительность его вегетационного периода колеблется от 90 до 110 дней. Он является весьма влаголюбивой культурой, может хорошо расти на заболоченных малоплодородных кислых почвах. Яровой ячмень, как и овес, не требователен к теплу. Он более засухоустойчив, чем рожь и овес. Культура весьма скороспелая - характеризуется самым коротким вегетационным периодом среди зерновых (70-100 дней). Плохо переносит подкисление почв, требователен к их плодородию. Озимая рожь морозоустойчивая культура - ее семена прорастают при температуре воздуха 1-2оС. Культура засухоустойчивая, малотребовательна к плодородию почв, хорошо переносит их подкисление, но плохо реагирует на заболачивание почв.
Разработке методов увеличения урожайности зерновых культур посвящены многие работы [4-8], однако влияние неуправляемых ландшафтных факторов на условия их произрастания изучено еще не достаточно [9,10]. Совместное изучение адаптивных реакций озимой и яровых культур на одинаковые ландшафтные условия позволяет выявить принципы размещения их посевов в пределах хозяйств.
23
