CC BY
176
УДК 633.2:502.654
ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ МНОГОЛЕТНИХ ЗЛАКОВ НА НАРУШЕННЫХ ЗЕМЛЯХ ЕНИСЕЙСКОГО СЕВЕРА
А.Х. САРИЕВ, зав. лабораторией
НИИСХ Крайнего Севера Россельхозакадемии
E-mail: [email protected]
Резюме. Установлены особенности роста и развития корневой системы многолетних злаковых трав в субарктической тундре Таймыра при закреплении почвенной поверхности нарушенных земель. В первый год жизни злаки формируют слабую корневую систему длиной 8...12 см. Образования корневищ не наблюдается. Активизация развития корневой системы происходит со второго года жизни, когда она достигает максимальной глубины 16.20 см. У низовых злаков наблюдалось развитие корневищ, у верховых они появлялись в единичных случаях. На начало сентября 2007г. масса корневых остатков на естественном фоне в среднем составила - 10,0 ц/га, в варианте с применением удобрений и посевом верховых трав - 61,6 ц/ га, с низовыми травами при улучшении условий минерального питания - 78 ц/га сухого вещества. Температуры почвы в горизонте 0.10 см через каждые 2 см снижается на 10С; на глубине 10.20 см этот процесс происходит медленнее - через каждые 6,5 см. К концу вегетационного периода на глубине 20 см она составляла 6.7 0С, что, вероятно, можно считать нижней границей активной работы корней многолетних злаковых трав в условиях субарктической тундры. Основная масса корней находится в слое почвы от 0 до 10 см. Органоминеральный слой почвы 0.20 см - основной горизонт, который необходимо защищать от механических повреждений и водной эрозии. В течении 4-хлет наблюдений самую большую удельную массу (116,2 ц/га) корней сформировали низовые злаки (мятлик луговой и овсяница красная). В 2007 г. у верховых злаков азот в корнях не накапливался, а расходовался для построения структурных органов растений. У низовых злаков эти процессы проходили параллельно. В 2008 г. картина была обратной. Накопление фосфора по годам носило поступательно нарастающий характер.
Ключевые слова: многолетние злаковые травы, корни, дернововойлочный слой, корневая масса, минеральные удобрения.
Промышленное освоение залежей нефти и газа на Енисейском Севере приводит к нарушению природного баланса, устанавливавшегося тысячелетиями. Особенно большая нагрузка на почвенный покров возникает при эксплуатации вездеходного транспорта, закладке и строительстве нефтегазовых трасс и буровых скважин.
В восстановлении нарушенных земель с использованием многолетних злаковых трав, особую роль играет формирование подземной массы растений. Корни и корневища участвуют в формировании дернового слоя, который стабилизирует криогенные процессы, способствует структурированию почвенного покрова, уменьшает кинетическую энергию талых вод, тем самым препятствуя эрозионным процессам.
В лесотундровой и тундровой зоне Енисейского Севера в естественных условиях важную роль в создании дернового слоя играют такие дикорастущие злаки как мятлик арктический, овсяница овечья, бекмания обыкновенная, вейники. К сожалению, они развиваются локально в местах антропогенного воз-
действия как вторичная сукцессия и в лесных рединах. Значительного повсеместного распространения дикорастущие злаки не получили в связи с чем решающее значение при биологической рекультивации нарушенных земель приобретают сеяные виды.
Цель наших исследований - изучение развития корневых систем многолетних злаковых трав для подбора перспективных сортов и видов, обеспечивающих ускоренное залужения техногенно нарушенных земель на трассах газопроводов Енисейского Севера.
Условия, материалы и методы. Научные исследования проводили на Пеляткинском газоконденсатном месторождении в 2006-2009 гг. Схема опыта предусматривала посев двух травосмесей: из низовых злаков - овсяница красная сорта Татьяна (Дания), мятлик луговой сорта Балин (Дания) и из верховых - пырейник сибирский сорта Гуран (Чита), кострец безостый сорта Кенонский (Чита). Одновременно с посевом вносили минеральные удобрения (аммиачная селитра, двойной суперфосфат, хлористый калий) в дозе Ы60Р60К90. Естественный фон представлял собой техногенно нарушенный участок где произрастают пионерные группировки представителей разнотравья: звездчатка цветоножковая (Б1е!1агиврвс/ипЫапв), пепельник болотный (Те^овепв ра!ив1пв), кипрей узколистный или иван-чай (ОЬатаепепоп апдивШИит), а также пушица многоколосковая (БпорЬогит po!ystachioп). Удобрения в этом варианте не вносили.
Средняя многолетняя температура января в районе исследований составляет минус 21,6 оС, июля +10,7оС. Последние весенние заморозки наблюдались в июне, первые осенние - в сентябре. Снежный покров сохранялся в среднем 237 дн. Осадков за год выпадало 284 мм; за вегетационный период (июль-август) - 134 мм [1].
Закладку опыта и соответствующие наблюдения вели по методике ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса, сбор и химический анализ почвенных и растительных образцов -согласно общепринятым методикам [2...5].
Опыт заложен методом рендомизированного размещения вариантов в 4-хкратной повторности. Площадь учетной делянки - 25 м2. Механическую обработку почвы из-за сильной обводнённости участка не проводили. Посев осуществляли вручную, поверхностно 3-го июля 2006 г.
Особое внимание обращали на процессы формирования корневой системы трав, играющих основную
Таблица 1. Развитие корневой системы сеяных трав в субарктической зоне
Енисейского Севера (2006-2009 гг.).
Вид трав Год Глубина, см Масса корней, ц/га
оттаивания вечномерзлых грунтов проникновения корней
Естественный 2006 250...270 — —
фон 2007 250...280 12...14 10,0
2008 240...250 18...27 12,9
2009 270...280 30...35 17,1
Низовые 2006 250...270 8. 0 —
злаки 2007 170...180 12...14 78,0
2008 150...170 14...16 94,8
2009 130...150 15...17 116,2
Верховые злаки 2006 250...270 8...12 -
2007 170...180 12...18 61,6
2008 150...170 16...20 81,7
2009 130...150 17...20 98,3
армирующую роль в закреплении нарушенной поверхности почвы тундры.
Химический анализ корней на содержание азота и фосфора проводили в 2007-2008 гг.
Результаты и обсуждение. В год посева корни достигли длины 8.12 см. Располагались они в хаотичном порядке, но у верховых злаковых трав превалировали ортотропные побеги, а у низовых плагиотропные. Появления корневищ не отмечено (табл. 1). По сведениям П.В. Лебедева (1966) количество корней наиболее быстрым темпом нарастает у корневищных злаков, главным образом благодаря их формированию на плагиотропных побегах, на которых располагаются от 50 до 80 % узловых корней. По его данным общая воздушно-сухая масса корней в 1 м3 почвы достигает 1600 г и в пересчёте на 1 га составляет 160 ц. Масса корней в 5,2 раза превышает массу надземных побегов растений [6].
Со второго года жизни (2007 г.) началось активной развитие корневой системы. Глубина ее проникновения достигла 12.18 см. У низовых злаковых трав отмечено активное развитие корневищ, у верховых (кострец безостый) они появлялись в единичных экземплярах.
На 03.09.2007 г. масса корневых остатков на естественном фоне в среднем составила 10,0 ц/га, в вариантах с применением удобрений и посевом верховых трав - 61,6 ц/га, низовых трав - 78 ц/га сухого вещества. При этом, например, по данным [7], многолетние травы в первый год формировали 34,5.94,4 ц/га корневых остатков, а во второй - 113.116 ц/га. Как указано в [8], на культурном пастбище на 4-й и 5-й годы жизни они накапливали 74.97 ц/га корневой массы.
В 2008 г., на третий год развития сеяных трав глубина проникновения корней составляла 16.20 см. Длина корней у верховых злаков достигла 21.26 см, у низовых - 22.30 см. В прикорневой зоне отдельных растений пырейника сибирского на этом году жизни отмечено появление коротких корневищ.
На четвертый год жизни (2009 г.) глубина проникновения корней осталась на прежнем уровне. Таким образом, органогенным продуктивным поясом подземного развития сеяных трав за 4 года можно считать верхний деятельный слой почвы 16.20 см. Дальнейшему проникновению корней, вероятно, препятствовали низкие температуры вечномерзлых грунтов. Это подтверждают результаты наших наблюдений, проведенных в июне-августе 2007 г. Мы установили, что при температуре на поверхности почвы +14 оС, на глубине 5 см она снижается до + 11 оС, на глубине 10 см - до +9,3 оС, 20 см - до +7,9 оС. То есть в горизонте от 0 до 10 см уменьшение температуры почвы на 1 оС наблюдалось через каждые 2 см, 10.20 см - через каждые
6,5 см. В работах Ивановского А.И. [по 9] на Верхоянском опорном пункте (Якутия) за 3 летних месяца изменение температуры в 1 оС на глубине 0.20 см приходится на каждые 3 см, а 20.80 см - на каждые 8 см [10].
К концу вегетационного периода температура почвы на глубине 20 см составляла 6.7 оС, что было нижней границей активной работы корней многолетних злаковых трав в условиях субарктической тундры. Это сдерживало развитие деятельного слоя глубже 20 см. В то же время следует отметить, что зона активной работы корней у аборигенных растений составляла 30.35 см.
Установлено, что даже при трехметровом сезонном оттаивании корневые системы растений не проникают глубже 1 м, а большая часть корней располагается в слое почвы от 0 до 10 см. Органоминеральный слой 0.20 см - основной горизонт, который необходимо защищать от механических воздействий и водной эрозии.
В свою очередь дерновый слой, образуемый корневыми системами и развивающимися корневищами, в этом горизонте препятствует нарушению почвенного покрова транспортными средствами и снижает кинетическую энергию водных потоков.
С увеличением плотности травостоя уменьшается глубина оттаивания вечномерзлых грунтов, что снижает интенсивность таких эрозионных процессов, как со-лифлюкация, термокарст, термоэрозия. Например, в первые годы освоения опытного участка, а также в течение всего эксперимента на делянках без подсева трав глубина оттаивания вечной мерзлоты превышала 2,5 м, а в вариантах с сеяными травами в 2009 г. она составила
1,3.1,5 м (см. табл. 1).
Таблица 2. Химический состав корней травосмесей верховых и низовых злаков (2006-2009 гг.), %
Вариант Общий азот Фосфор
2007 г.2008 г. 2007 г.2008 г.
Естественный фон Низовые злаки М6_Р„0К9£) Верховые злаки М60Р60К90 0,76 0,70 1,0 0,87 0,70 1,95 0,14 0,22 0,23 0,25 0,24 0,28
Скорость нарастания корневой массы у низовых злаковых трав с каждым годом увеличивалась, а у верховых злаков снижалась. В 2009 г. их масса в расчете на 1 га составила соответственно 116,2 и 98,3 ц. Корни низовых злаковых трав образовали сплошной дерновый слой с большим сопротивлением на разрыв при прохождении вездеходного транспорта, что в условиях субарктической тундры несвойственно для корневой системы верховых злаков. Масса корневых остатков на естественном фоне была равна 17,1 ц/га.
Суммарная прочность дернины, определенная по методике [11], у низовых трав четвертого года развития при внесении удобрений составила 11,9 кг/см2, биологическая - 7,1 кг/см2, сопротивление давлению почвы 5,4 кг/см2.
Важное значение в ускорении адаптации интроду-цируемых растений имеют минеральные удобрения. У верховых злаковых трав в 2007 г. азот удобрений в корнях не накапливался, а использовался для построения структурных органов, у низовых эти процессы шли параллельно. В 2008 г. накопительный процесс у низовых злаков снизился, так как в первую половину вегетации их развитие сдерживала засуха, а во вторую - растения активно использовали минеральные элементы на строительство своих органов. Верховые злаки дефицита влаги не испытывали, так как их корни проникали в более глубокие и увлажнённые слои почвы. Поэтому они успели не только сформировать надземные органы, но и накопить запасные питательные вещества. По фосфору отмечено поступательное увеличение запасов по годам.
Выводы. В летний период температура тундровой почвы в слое 0.10 см с глубиной снижается на 1 оС через каждые 2 см, 10.20 см - через каждые 6,5 см. На нижней границе активной работы корней сеяных многолетних злаковых трав на глубине 16.20 см в условиях субарктической тундры она составляет 6.7 оС
В тундровой зоне органогенный продуктивный пояс подземного развития сеяных злаковых трав ограничивается верхним деятельным слоем почвы глубиной 16.20 см. При этом длина корней низовых видов составляет 22.30 см, верховых - 21.26 см. Зона активной работы корней аборигенных растений достигает 30.35 см,
Направление развития корней низовых злаков носит преимущественно горизонтальный (плагиотропный) характер, верховых - вертикальный (ортотропный).
Глубина оттаивания вечномерзлого грунта с развитием дении гусеничной техники. Верховые злаки сплошного
травяного покрова уменьшается с 2,5.2,7 м до 1,3.1,5 м, слоя не образуют.
что способствует снижению риска смыва верхних плывных В начальный период развития верховые злаки ис-глеевых горизонтов тундровой поверхности. пользуют азот минеральных удобрений исключительно
Скорость нарастания корневой массы у низовых для построения структурных органов, тогда как низовые
злаковых трав выше, чем у верховых. Они формируют параллельно накапливают его в корневой системе. На
сплошной дерновый слой с большим сопротивлением второй год жизни аналогичные процессы наблюдались у
на разрыв, что очень важно при неоднократном прохож- верховых злаков.
Литература.
1. Биологическая рекультивация техногенно нарушенных земель на хвостохранилище «Лебяжье» в лесотундровой зоне Крайнего Севера: Методические рекомендации/Россельхозакадемия. Сиб.регион. ГНУНИИСХКрайнего Севера. Норильск, 2010. 36 с.
2. Методика опытов на сенокосах и пастбищах. ЧI, II. /Всесоюзный НИИ кормов им. В.Р. Вильямса. М., 1971. 404 с.
3. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
4. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М., 1970. 342 с.
5. Рекультивация земель на трассах линейных сооружений Таймыра: методические рекомендации/ РАСХН. Сиб. Отделение. ГНУ НИИСХКрайнего Севера. Норильск, 2006. 24 с.
6. Сигалов Б. Я. Долголетние газоны. М.: Изд-во «Наука», 1971 311 с.
7. Пиотрашко Л.А. Подбор и нормирование полевых травосмесей на Енисейском Крайнем Севере: автореф. дисс. на со-иск. уч. степ. канд. с-х. наук. Л., 1955. 20 с.
8. Филимонов Д.А. Азотные удобрения на сенокосах и пастбищах. М.: Агропромиздат, 1985. С. 13-14.
9. Мустафин А.М. Кормопроизводство в криолитозоне в пределах БАМа. Новосибирск, 2005. 224 с.
10. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экология почв. М.: Изд-во МГУ, 2006. 362 с.
11. К. Эрингис. Долголетние культурные пастбища Литвы. Вильнюс: Изд-во АН Лит. ССР. 1964.
THE DEVELOPMENT OF THE ROOT SYSTEM PERENNIAL CEREAL ON BROKEN LANDS ENISEYSK
THE NORTH
A.H. Sariev
Summary. The features of the growth and development of root systems of perennial grasses in the subarctic tundra of Taimyr while fixing the soil surface disturbed lands . In the first year of life grains form a weak root system of a length of 8-12 cm of Education rhizomes are observed. Activation of root development marked the second year of development. We have seen the development of grassroots cereals rhizomes . In upland grasses rhizomes appear sporadically . Was an increase in the mass of root residues . At the beginning of September 2007 the mass of root remains in the version without fertilizer in the second year after planting averaged - 10.8 kg / ha, in the version with upland grasses use of fertilizers - 61.6 kg / ha, in the version with grassroots herbs with the use of fertilizers , 78ts/ga dry matter. In the third year of life in ryhlokustovogo cereal pyreynik Siberian marked short rhizomes. To detect biogenic productive zone of the underground plant development conducted measurements of soil temperature at various depths. Found that in the O-l0 cm soil layer of soil temperature reduction is every 2 cm at 10 C , at a depth of 10-20 cm decline was slower every 6.5 cm to the end of the growing season soil temperature at a depth of 20 cm was 6 - 70C , which in our opinion is the lower boundary of the active roots of perennial grasses in the subarctic tundra. The bulk of the roots are in the soil layer from 0 to 10 cm layer of organic- soil 0-20 cm is the main aquifer that require protection from mechanical damage and water erosion. Studies show that for 4 - years of observation most sturdy sod felt layer with a large proportion (116.2 kg / ha) weighing create grassroots grasses Kentucky bluegrass and red fescue . Chemical analysis of the roots shows that in 2007 in upland grasses nitrogen does not accumulate in the roots, and is used to build the structural bodies of plants. Drifting grains are used for formation of nitrogen and at the same time is an accumulation of reserve nutrients . In 2008, the cumulative process at the grassroots cereals reduced - nutrients are used for the construction of organov.U riding crops and accumulation of food reserves . Phosphorus is a progressive increase in inventory data . According to the results of studies concluded that the prospects for long-term use of grasses for biological reclamation of disturbed lands. Sod- felt layer formed by the root system of perennial grasses restores the function of producing disturbed soil , suppresses the kinetic energy of the water flow , which are the cause of water erosion , reduces the depth of thawing permafrost , as a protection against flushing plyvnyh rock subsoil horizon .
Keywords: perennial grasses , roots, sod- felt layer , root mass , mineral fertilizers .
УДК: 633.12: 631.529.86
ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ОВСА НА УСТОЙЧИВОСТЬ К КРАСНО-БУРОЙ ПЯТНИСТОСТИ, КОРНЕВЫМ ГНИЛЯМ И ПЫЛЬНОЙ ГОЛОВНЕ
A.Б. CAЙНAКОВA, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. сектором
CибНИИCXиT Россельхозакадемии E-mail: [email protected]
Резюме. Исследования проведены в 2002-2012 гг. в таежной зоне Западной Сибири. Почвы опытных участков дерновоподзолистые. Содержание гумуса около 2,0 %. Объектисследо-ваний - селекционные образцы овса. Учеты и наблюдения осу-
ществляли по методикам, принятым в научных учреждениях. В период исследований степень поражения растений овса краснобурой пятнистостью варьировала от4,3 до 76,0 %, эпифитотию заболевания наблюдали 1 раз. Коэффициент корреляции между количеством осадков и поражением растений составил 0,97±0,02, а между показателями температурного режима воздуха и поражением растений - 0,79±0,04. Выделена только одна линия 5866/93 [Горизонт х Метис] как средневосприимчивая. Инфицированность органов растений овса корневыми гнилями не превышала 25 %. В качестве источников устойчивости предложены линии 2737/90, 3663/91, 5252/95, перспективные ком-------------------------------------------------- 33
