CC BY
69УДК 662.31.33:622.331:504.5.062.631.615
Кукушкина Е.Е.
Кукушкина Елена Евгеньевна, к. с.-х. н., доцент кафедры геологии, переработки торфа и сапропеля Тверского государственного технического университета (ТвГТУ). Тверь, Академическая, 12. kukushkina_elena@bk.ru
Панов В.В.
Панов Владимир Владимирович, д. г. н., зав. кафедрой геологии, переработки торфа и сапропеля ТвГ-ТУ. Тверь, Академическая, 12. vvpanov61@gmail.com
ОПЫТ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ
ТРОСТНИКА (PHRAGMITES
AUSTRALIS) ПРИ
ИСКУССТВЕННОМ
(ПОВТОРНОМ)
ОБВОДНЕНИИ
ВЫРАБОТАННЫХ
ТОРФЯНЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ
В ТВЕРСКОЙ ОБЛАСТИ
Аннотация. В работе предложена технология посадки растений тростника на обводняемых ранее осушенных торфяниках. Дана оценка приживаемости растений. Определены условия и предложены рекомендации по получению промышленной биомассы растений тростника.
Kukushkina E.E.
Kukushkina Elena E., PhD, Assistant Professor of the Chair of Geology, Peat and Sapropel Processing of the Tver State Technical University (TvSTU). Tver, Academi-cheskaya, 12. kukushkina_elena@bk.ru
Panov V.V.
Panov Vladimir V., Dr. Sci., Prof., Head of the Chair of Geology, Peat and Sapropel Processing of the Tver State Technical University. Tver, Academicheskaya, 12. vvpanov61@gmail.com
EXPERIENCE
OF CULTIVATION OF REED (PHRAGMITES AUSTRALIS) AT ARTIFICIAL REWATERING OF THE DEVELOPED PEAT FIELDS IN THE TVER REGION
Abstract. The technology of cultivation of reed on the rewatereded formerly drained peat fields is offered. The assessment of survival of plants is given. Conditions are determined and recommendations about receipt of industrial biomass of plants of reed are offered.
Ключевые слова: биомасса, выработанный торфяник, тростник, торф.
Key words: biomass, cutaway peatlands, reed.
Начиная с середины прошедшего столетия основной задачей рекультивации земель, нарушенных в результате добычи торфа, являлось их вовлечение в хозяйственный оборот. Решению этого вопроса полностью отвечают ранее разработанные технологии лесохозяйственного, сельскохозяйственного, рыбохозяйственного и др. направлений возможного последующего использования выработанных площадей. Так, сельскохозяйственное освоение территорий позволило расширить кормовую базу для животноводства, обеспечить собственными кормами агропредприятия. Результаты многочисленных экспериментальных исследований создали возможность рекомендовать систему мелиоративного земледелия (структуру посевных площадей, севообороты, нормы внесения минеральных и органических удобрений и т. д.), направленную на создание высокопродуктивных сельскохозяйственных угодий.
Как показывает практический опыт во многих регионах России, применение традиционных технологий, использование выработанных торфяных месторождений только под рекультивацию не всегда бывает успешным, экономически целесообразным и экологически безопасным. Например, сельскохозяйственное освоение связано со значительными капитальными вложениями, затратами труда, которые не всегда окупаются вследствие низкой продуктивности угодий. Создание лесных посадок необходимо сочетать с систематическим уходом за осушительной сетью, что повсеместно не выполнялось лесхозами, принимающими и эксплуатирующими эти участки. Неудовлетворительный водно-воздушный режим приводил к гибели саженцев от переувлажнения почв, формированию малоценных лесных массивов. Все это требует поиска, совершенствования и внедрения новых альтернативных способов комплексного освоения территорий выработанных торфяных месторождений, включающих сочетание извлечения ресурса с его возобновлением.
Работы по обводнению брошенных полей и карьеров торфодобычи активно проводятся в Тверском регионе в течение последних шести лет и в основном сводятся к поверхностному подтоплению полей добычи торфа для снижения их пожароопасности. Вместе с тем, кроме снижения пожароопасности вновь заболачиваемые участки пригодны для выращивания
на них палюдокультуры тростника (Phragmites australis), биомасса которого является одним из наиболее перспективных возобновляемых источников энергии растительного происхождения, может использоваться в строительстве и сельском хозяйстве.
Предварительно в составе эксперимента было проведено изучение биологических особенностей произрастания тростника на выработанных торфяных месторождениях в природно-климатических условиях области [1]. Растения тростника могут произрастать в составе вторичного фитоценоза на части территории выработанного торфяного месторождения, но, как показали результаты исследований 2014 г. на месторождении Чувицино, вследствие различий уровня воды и мощности остаточного придонного слоя торфа они не всегда будут являться доминантами. С другой стороны, на слабо- и среднеобвод-ненных фрезерных полях при естественном зарастании формируются сообщества с покрытием от 40 до 70%, т. е. в течение длительного периода времени территория будет характеризоваться крайне неравномерным распределением растительности. Поэтому при естественных, неконтролируемых условиях зарастания участков получить плантацию тростника с высокой продуктивностью для промышленной заготовки и переработки биомассы практически не возможно.
Анализ полученных данных позволил выявить два важнейших фактора, определяющих направления обустройства территории и технологические особенности проведения работ по выращиванию тростника. Во-первых, оптимальными условиями вегетационного периода являются условия постоянного поверхностного затопления. Поэтому на экспериментальных участках плантации Галицкий Мох картовые каналы с целью снижения дренирующего эффекта и создания оптимального водно-воздушного режима за три дня до подготовки почвы и посадки были перекрыты глухими земляными перемычками.
Во-вторых, при разработке способов выращивания предполагалось, что одним из вариантов может являться посев семенами, предварительно собранными в местах произрастания. Оценка потенциальной семенной продуктивности растений тростника на выработанном торфяном месторождении Чувицино позволила установить следующие закономерности. Поскольку в течение вегетацион-
ного периода отрастание стеблей происходит неравномерно, то определенного временного периода созревания семян, а, следовательно, и оптимального срока их заготовки (уборки) не существует. В популяции одновременно возможно встретить растения, находящиеся в разных фазах развития: выметывание, в фазе цветения, созревания семян, с соцветиями, в которых семена уже созрели. Оценить визуально степень зрелости семян в момент уборки очень сложно. По мере созревания семена тростника не удерживаются в соцветии, осыпаются на поверхность почвы, воды. Поэтому сохранить отобранные метелки для дальнейшего использования в качестве посадочного материала нельзя, а сам процесс сбора помимо трудоемкости будет сопряжен со значительными потерями семян.
В-третьих, потерь частично можно избежать, проводя уборку до полного созревания всех семян, но наши исследования показали, что собранные заблаговременно соцветия в условиях лаборатории не дозревают, и в этом случае доля незрелых семян с потенциально низкой жизнеспособностью может возрасти до недопустимого с хозяйственной точки зрения уровня. Таким образом, в качестве приоритетного следует выделить метод вегетативного размножения растений.
В 2014 г. исследования проводились на выработанном торфяном месторождении Галицкий Мох (Конаковский район Тверской области). Экспериментальный участок расположен на окраине болота с низинной торфяной залежью. Осушение проведено открытым способом системой валовых и картовых каналов. В начале исследований территория болота находилась в состоянии самозарастания (естественная вторичная сукцессия). Мощность остаточного придонного слоя торфа -от 0,1 до 0,5 м.
На участке были оборудованы три делянки площадью 100 м2 каждая, квадратной формы (10x10 м), вплотную примыкающие к карто-вым каналам.
Состав работ по первичному освоению включал следующие технологические операции (с учетом последовательности их проведения): механическое удаление надземной части и корневой системы сорной растительности, удаление части придонного слоя торфа, первичная планировка поверхности участков.
Опыт двухфакторный. Первый - различная мощность придонного слоя торфа: опытная
делянка № 1 - мощность остаточного слоя торфа - 0,4 см; № 2 - мощность остаточного слоя торфа - 0,5 см; № 3 - мощность остаточного слоя торфа - 0,1 см.
Второй фактор - различная ширина междурядий при размещении посадочного материала тростника: вариант № 1 - ширина междурядий 45 см; № 2 - ширина междурядий 70 см.
Поверхностная обработка включала боронование, выравнивание, устранение неровностей микрорельефа граблями. В целях сокращения потерь влаги, предотвращения распыления верхнего слоя почвы проведение глубокой обработки не планировалось.
Таким образом, в результате уничтожения травянистой растительности и мелкой обработки были созданы оптимально возможные условия для равномерной заделки в почву посадочного материала тростника, отвечающие биологическим особенностям растений. Поверхность торфяной почвы перед посадкой была хорошо выровнена, разрыхлена. Проведение поверхностного боронования способствовало уменьшению испарения влаги, хорошему проникновению атмосферных осадков и воздуха в почву, уничтожению прорастающих семян сорняков.
Посадочный материал при использовании вегетативного размножения растений должен быть высококачественным. Для решения данной задачи необходима разработка эффективной технологии его заготовки и хранения с учетом конкретных почвенно-климатичес-ких условий. Весной 2014 г. отбор проводился на специальных площадках, на которых заблаговременно были проведены работы, включающие снятие поверхностного придонного слоя торфа до уровня расположения основной массы корневищ (0,5-0,6 м). Поскольку корневища располагаются в торфяной почве на значительной глубине, без предварительной подготовки участка заготовка посадочного материала практически не возможна. После выкапывания корневища осматривали, выбраковывали и удаляли не имеющие живых спящих почек. Длинные части корневища перед посадкой разрезали на участки, обязательным условием при этом являлось наличие на отрезке не менее двух живых почек, что позволяло получать выровненный, однотипный посадочный материал. Использовали практически все корневище, образовавшееся к времени посадки. Участки корневища во время нарезки оберегали от подсушивания. Таким
образом, заготовка, выбраковка и подготовка посадочного материала в опыте были проведены непосредственно в день закладки плантации на экспериментальных участках, исключая его хранение.
При создании промышленных плантаций на значительных площадях выработанных торфяных месторождений потребность в посадочном материале существенно возрастет, что создаст дополнительные трудности.
В связи с этим является целесообразным проведение исследований, выявляющих возможность его консервации и хранения, определения оптимальных сроков и регламентов (температура, влажность и т. п.). Вопрос установления качественных характеристик посадочного материала (наличие спящих почек, их количество, состояние, биометрические параметры и т. д.) также требует дальнейшего изучения и конкретизации. Исследования в этом направлении позволят повысить приживаемость растений тростника, а, следовательно, и эффективность разрабатываемой технологии.
Приживаемость растений возможно дополнительно повысить, если корневища тростника перед посадкой в почву предварительно обработать стимуляторами роста. Ассортимент подобных препаратов, изготавливаемых в РФ и за рубежом, достаточно широк. Технология обработки посадочного материала не требует значительных материальных затрат и затрат труда.
Закладка плантации тростника была проведена 14 июня 2014 г. Выбор схемы посадки (оптимального способа) продиктован целесообразностью разработки промышленной технологии посадки тростника и возможностью наиболее полного применения при этом средств механизации (сельскохозяйственных и лесохозяйственных машин и орудий отечественного производства, рассчитанных на стандартную ширину междурядий в 70 см и 45 см).
Размещение посадочного материала по территории участков - щирокорядное (посадка рядами). В опыте применяли две схемы посадки: 70x25 см и 45x25 см. В первом варианте междурядье составило 70 см, расстояние между участками корневища в ряду - 25 см. Во втором варианте - более загущенная посадка -междурядье - 45 см, расстояние между участками корневища в ряду - 25 см. Раскладку частей корневища на дно борозды осуществляли горизонтально вручную. Глубина посадки
была равной 15-18 см. Заделка посадочного материала осуществлялась вручную. При засыпке борозд использовали только почву верхнего слоя, контролировали равномерность заделки и установленную глубину размещения корневищ.
Можно предположить, что посадка участками корневища будет иметь следующие основные преимущества перед посевом: высаженный посадочный материал меньше страдает от травянистой растительности и пересыхания верхних слоев почвы; первые годы после посадки растения, образовавшиеся из спящих почек, будут расти быстрее, чем всходы, и легче переносить неблагоприятные погодные условия. Кроме того, с течением времени после укоренения пионерных растений дополнительно будет осуществляться размножение тростника семенами. Отрицательные стороны анализируемой технологии: высокие затраты ручного труда на заготовку корневищ, значительное количество посадочного материала, которые возможно оптимизировать, если эти работы проводить заблаговременно.
Проведение работ по уходу за плантациями тростника в течение вегетационного периода не планировалось.
С учетом изучаемых вариантов схемы посадки площадь питания одного растения тростника была равной: S1 = 0,7м х 0,25м = = 0,18 м2 (при стандартной ширине междурядья 0,7 м и расстоянием между растениями в ряду 0,25 м), = 0,45 м х 0,25 м = 0,11 м2 (при стандартной ширине междурядья 0,45 м и расстоянием между растениями в ряду 0,25 м).
Метеорологические условия весны и лета 2014 года характеризовались преобладанием умеренно теплой погоды с небольшими кратковременными дождями в отдельные периоды. С середины июня осадки выпадали крайне ограниченно, что привело к существенному недостатку влаги в почве.
Наблюдения за ростом растений велись на протяжении всего опыта. В условиях недостатка продуктивной влаги в почве не все жизнеспособные спящие почки на корневищах сформировали проростки, а надземная вегетативная масса начала активно отрастать только к первой декаде августа.
В первый год жизни растений формирование надземной биомассы происходило в основном за счет питательных веществ, накопленных в участке корневища. Это приводило к появлению низкорослых растений с незна-
чительной семенной продуктивностью. Придаточные корни в первый год жизни растений развивались слабо, что позволило выдвинуть следующее предположение: для ускорения этого процесса на территории плантации тростника необходимо создать оптимальные условия влагообеспечения, каковыми является полное поверхностное затопление.
Таким образом, технология выращивания биомассы тростника на территории выработанного торфяного месторождения предусматривает следующую этапность действий: вначале - проведение культуртехнических мероприятий, реконструкция элементов осушительной сети, подготовка почвы и посадка. Завершать работы должны мероприятия по полному поверхностному затоплению территории. Главный элемент технологии -реконструкцию инженерных сооружений и элементов осушительной сети - необходимо провести тщательно и таким образом, чтобы полностью исключить в течение вегетации периоды с недостаточным увлажнением.
С целью учета приживаемости посадочного материала по окончании вегетационного периода на экспериментальных площадках была проведена контрольная копка. Установлено, что средняя высота стеблей тростника, сформировавшихся от посаженных в июне корневищ, колебалась в пределах 30 см, 15-20 см и 15 см на участках 1, 2 и 3 соответственно. Продуктивные стебли отсутствовали. В среднем только 20-25% отрезков корневища оказались способными в первый год посадки сформировать надземную биомассу, при этом от одного корневища отрастало по 3 развитых побега.
Погибшие в течение вегетационного периода корневища составляли 20-25%. Жизнеспособные корневища (70-75%) имели хорошо развитые почки и корневую систему, что позволило предположить большую вероятность возобновления растений в 2015 году.
По-видимому, недостаток влаги в почве привел к торможению роста тростника, которое прослеживается по всем основным ростовым показателям (высота стеблей, наличие жизнеспособных почек на корневище и т. п.), однако процесс формирования стеблей не был нарушен. Можно предположить, что в участках корневища в течение вегетационного периода 2014 г. была сохранена согласованность основных метаболических процессов, что обеспечивает возможность их роста и развития (при условии перезимовки) в дальнейшем.
Полученные данные позволили определить состав работ при использовании метода вегетативного размножения растений, включающий:
1) отбор на предварительно подготовленных участках в местах произрастания тростника посадочного материала - корневищ;
2) подготовка их к посадке: браковка, нарезка (при необходимости - транспортировка и хранение);
3) подготовка поверхности участка (куль-туртехнические работы, удаление травянистой растительности, кустарников, первичная, предварительная планировка);
4) поверхностная обработка торфяной почвы (мелкое рыхление, выравнивание, нарезка борозд);
5) посадка тростника путем раскладки посадочного материала на дно борозды на расстоянии 20-25 см;
6) заделка борозд, выравнивание поверхности, при условии недостатка влаги - уплотнение (прикатывание);
7) уход за посадками - установление оптимального увлажнения участка.
Кроме заготовки корневищ, браковки и посадки остальные работы по выращиванию тростника могут быть полностью механизированы.
Предварительно можно сделать следующие выводы и рекомендации.
1. Территория выработанного торфяного месторождения, подвергшаяся эффективному осушению в процессе добычи торфа, в последующие годы зарастает сорной растительностью, кустарниками. Поэтому при разработке технологии освоения этих участков должны быть предусмотрены меры борьбы с растительностью, нарушения связности дернины, культуртехнические приемы уничтожения кустарников и мелколесья.
2. После выполнения первичной планировки территории и устранения микрорельефа необходимо дополнительное выравнивание и неглубокое рыхление поверхности с целью достижения оптимального сложения, плотности, пористости торфяной почвы. С помощью рыхления и выравнивания поверхности улучшаются условия для равномерной заделки в торфяную почву посадочного материала тростника.
3. С целью получения достаточного выхода и качества посадочного материала тростника при его вегетативном размножении допол-
нительно необходимо планировать создание на территории участка для заготовки корневищ.
4. Приживаемость растений при закладке плантации вегетативного размножения в большой степени зависит от состояния посадочного материала. Заготовленные за несколько дней до посадки корневища необходимо тщательно прикопать. Если корневища подсохли, то их рекомендуется опустить в воду на 12-24 часа.
5. Для создания плантаций тростника при использовании посадочного материала (частей корневища) должны быть проведены следующие основные технологические операции: первичная подготовка поверхности участка, планировка, удаление растительности, выравнивание и рыхление поверхностного слоя торфяной почвы, нарезка борозд, посадка, закрытие борозд (выравнивание поверхности), уплотнение поверхности - прикатывание (при необходимости).
6. Создание плантаций тростника с использованием вегетативного размножения растений связано со значительным расходом посадочного материала на 1 га площади. Поэтому при использовании этой технологии рекомендуется посадочный материал заготавливать заблаговременно. Приемы сохранения и консервации посадочного материала нуждаются в изучении.
7. Выживаемость посадочного материала находится на достаточно высоком уровне, к концу первого года вегетации 70-75% отрезков корневища сохраняют жизнеспособность, живые почки.
Библиографический список
1. Кукушкина Е.Е., Панов В.В. Перспективы получения биомассы тростника (Phragmites
australis) при естественном зарастании выработанных торфяных месторождений в условиях Тверской области // Труды Инс-торфа-2015. -№ 11 (64). - С.19-32.
2. Кукушкина Е.Е. Особенности формирования фитоценозов при естественном зарастании выработанных торфяных месторождений в условиях Тверской области // Теоретические и прикладные вопросы науки и образования: Сб. науч. тр. - Тамбов: UCOM, 2015. С. 96-99.
3. Кукушкина Е.Е. Разработка операционной технологии создания биоэнергетических плантаций в условиях Тверской области // Наука сегодня: Сб. науч. тр. - Вологда: НТ Диспут, 2015. - С. 54-56.
Работа выполнена при поддержке проекта «Восстановление торфяных болот в России в целях предотвращения пожаров и смягчения изменений климата», финансируемого в рамках Международной климатической инициативы Федеральным министерством окружающей среды, охраны природы, строительства и безопасности ядерных реакторов Федеративной Республики Германия и управляемого через Германский банк развития KfW (проект № 11 III 040 RUS K «Восстановление торфяных болот»).
This study was prepared with the support from the Project «Restoring Peatlands in Russia - for fire prevention and climate change mitigation»
financed under the International Climate Initiative (ICI) by the German Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation, Building and Nuclear Safety (BMUB) and facilitated through German Development Bank KfW (Project number 11 III 040 RUS K Restoring Peatlands).
