CC BY
4УДК574.5:634.77 (470.67)
Г.Н. Гасанов1'2, Н.И. Рамазанова1, К.М. Гаджиев1, А.И. Рамазанова3, К.Б. Гимбатова1, Р.Р. Баширов1
Влияние гидротермических и почвенных факторовна урожайностьфитомассы по экспозициям склонов предгорий Дагестана
прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН; Россия, 367001, г.Махачкала, ул. М. Гаджиева, 45
2Дагестанский государственный университет;Россия, 367001, г. Махачкала, ул. М. Гаджиева, 43 а;nikuevich@mail.ru
3Дагестанский государственный педагогический университет; Россия, 367003, г. Махачкала, ул. М. Ярагского, 57
Целью исследований было определение основных экологических факторов, способствующих формированию урожайности фитомассы на северо-западном и юго-западном экспозициях склонов хребта Чакулабек на границе предгорной и горной подпровинций Дагестана (1000 м над у. м.).В статье дается анализ температурных условий, водно-физических свойств и химического состава почвпо экспозициям склоновхребта Чакулабек в долине реки КазикумухскоеКой-су, динамике влажности почвы и формированию запасов влаги в течение вегетационных пе-риодов2012-2014гг. Приведены результаты исследований по видовому составу и продуктивности фитоценозов в зависимости от динамики гидротермических факторов. Рассчитаны уравнения регрессии междуплотностью и наименьшей влагоемкостью почв, запасами влаги в корне-обитаемом слое и урожайностью надземной фитомассы.Установлено, что лугово-степнаяпочва на валунно-галечниковых отложенияхюго-западной экспозициигорных долин отличается более высоким содержанием гумуса и питательных элементов в корнеобитаемом слое,большей плотностью и влагоемкостью,накапливает за вегетационный период на 12,8 % больше влаги в слое 0-70см, чем намытая почва такого же типа надревнеаллювиальных карбонатных суглинках северо-западной экспозиции. Благодаря перечисленным факторамздесьформируется 71,2-88,4 ц/га сухой надземной фитомассы, а урожайность еена северо-западном склонесоставляетвсе-го32,1-44,6 ц/га.
Ключевые слова: гидротермический коэффициент, запасы влаги в почве, наименьшая влаго-емкость, плотность, питательные элементы, экспозиция склона, урожайность фитомассы.
Речные долиныиграют важную рольв организации рационального природопользования горных экосистемВосточного Кавказа. Особенновелика их роль вДагестане, где-они занимают 113,7 тыс. га,в т. ч. в горах - 78тыс. (гипсометрические отметки1000-2500 м), в предгорьях - 35,7тыс. га (250-800м) [2].Они являютсяосновными водосборными бассейнами, гдезарождается и формируетсяречнойсток, создающий необходимые запасы воды для орошаемого земледелияДагестана и Азербайджана.
Дляречных долинхарактерен засушливый теплый климат без резких колебаний суточных и годовых температур [1]. Такиеусловия благоприятныдля производства кормов, плодов, овощей и винограда, а такжедлякруглогодичного пастбищного содержания овец и крупного рогатого скота, что предопределяет значительную роль этих тер-риторийв решении природоохранных и хозяйственных задач.
В этом отношениипредставляют интерес исследования Горногоботаническогосада Дагестанского научного центра РАН [4], Дагестанского аграрного университета[5] иу-ченых из других республик Северного Кавказа [3,6,8,10,12].Изучаются способыповы-шения продуктивности сенокосов ипастбищных угодий.Однако пока мало сведенийо
продуктивности пастбищных фитоценозов с учетомразличных экспозиций склонов ву-словиях Восточного Кавказа и Дагестана.
Восполнениюпробелапо выявлениюпотенциала продуктивности горно-долинных пастбищных экосистем на отметке 1000м над уровнем моряи возможностиего реализации в различные по климатическим условиям годы посвященаданная работа.
Методика и материалы
Исследования проводились на северо-западном и юго-западномсклонах хребта Ча-кулабек на Цудахарской экспериментальной базе Горного ботанического сада ДНЦ РАН по общепринятым методикам [7]в 2012-2013гг. Почва юго-западного склона лу-гово-степная карбонатнаясреднесуглинистая на валунно-галечниковых отложениях, северо-западного - горно-долиннаялугово-степная карбонатная намытаясреднесугли-нистая на древнеаллювиальных карбонатных суглинках. Содержание гумуса определялось по И.В.Тюрину, гидролизуемого азота, подвижных форм фосфора и калияпо общепринятым методикам [7].
Климатические условия приведены поданнымметеостанции Куппа.На основании этих данных (сумма месячных и годовых осадков, среднемесячные и среднегодовые температуры и влажность воздуха) рассчитывались гидротермические коэффициенты по экспозициям склонов. Запасы влаги рассчитывались по формуле
М=100*Н^^[7],
гдеЫ - запасы влаги в почве, м^га^ - глубина расчетного слоя почвы, см;0 - плотно-стьпочвы, г/см3;Ж - влажность почвы, % от ее массы.
Исследования проводились на экспериментальных участках площадью по 100 м . Каждый из участков разбит на 100 постоянных площадокплощадью по 1м2 (1*1 м) по-лиэтиленовымшпагатом.Учитывались запасы надземногорастительного веществапо типам фитоценозов[11] в первой декаде каждого месяца с апреля по октябрь включительно. Надземную массу определяли в четырехкратной повторности (по 1м2) укосным методом, с выделениемфракций: живая фитомасса, ветошь (мертвые части растений, не лишенные связи с растениями), степной войлок (мертвые остатки растений на поверхности почвы, лишенные связи с растениями).
Регрессионный анализ данных поплотности и наименьшейвлагоемкости (НВ) почвы, запасам влаги в слое 0-70см, гидротермическому коэффициентуи продуктивностью фитоценозов рассчитывались поБ.А. Доспехову[7].
Результаты исследований
Климатические условия в 2012-2014гг. былиблагоприятныдля функционирования фитомассы в рассматриваемой подпровинции. Среднегодовая температура воздухаза период вегетации пастбищных фитоценозов (выше 50С) с апреля по октябрь включи-тельнов 2012г. составила17,20С, в 2013г. - 15,10С; в 2014г. - 16,40С. Однако по экспозициям склонов она существенно меняется, посколькусумма активных температур воздуха на западном склоне по сравнению с температурой на ровной поверхности почвы увеличивается на 1,0-1,5 %,на южном - на 4,5-5,8 %, на северном и восточном экспозициях снижается соответственнона 4,5-5,2 % и0,8-1,3 % [9].В своих расчетах мы взяли средние из этих показателей: увеличение температуры воздуха наюго-западнойэкспозициина3,2 С иснижение насеверо-западнойна1,8 С.
Сумма осадков по годам и термические условия по годам и экспозициям склонов приведены в таблице 1(учитывались данные метостанции, расположенной на расстоянии 16 км от экспериментального участка).
Таблица 1.Гидротермические условия по экспозициям склонов на Цудахарской экспериментальнойбазеГБС ДНЦ РАН в 2012-2014гг.
Месяц А (20 12г.) В А (2013г.) В А (201 14г.) В
1 2 1 2 1 2
IV 11,5 16,5 33 8,8 13,8 35 8,4 13,4 30
V 14,1 19,1 75 13,7 18,7 116 15,3 20,3 65
VI 17,7 22,7 127 15,8 20,8 134 16,9 21,9 45
VII 17,9 22,9 84 17,1 22,1 137 19,0 24,0 90
VIII 20,0 25,0 60 16,9 21,9 26 21,0 26,0 34
IX 14,5 19,5 43 13,0 18,0 67 14,4 19,4 48
X 11,9 16,9 4 8,1 13,1 42 7,3 12,3 20
I 15,4 18,2 426 13,3 18,3 557 14,6 19,6 332
Примечание: А - среднемесячная температура воздуха( С) северо-западного (1) и юго-западного (2) склонов; В - сумма осадков (мм)
Несмотря на то, чтоосадки по экспозициям склонов на экспериментальном участке распределялись равномерно (расстояние между экспериментальными площадками -17 м по горизонтали), запасы влаги, создаваемые ими в почве, были неодинаковыми, поскольку почвенные разности, морфологические признаки генетических горизонтов были неодинаковыми. Так,горно-долиннаялугово-степная карбонатная намытаясредне-суглинистая почва северо-западного склона, сложенная на древнеаллювиальных карбонатных суглинках, имела мощность горизонтов А - 8см, АВ1 - 9-20см, В2 - 21-40 см, ВС - 41-50см, С1-С3- 45см. На лугово-степной карбонатной почве такого же гранулометрического состава на валунно-галечниковых отложениях юго-западного склона горизонты А и АВ1 были менее мощными (соответственно 5 и 10см), аС составил 55см. Далеенаблюдалисьвалуны и галечник.
Расчетзапасов влаги в обоих разностях почв проведенв слое 0-70см, который включает на юго-западном склоне горизонты А, АВ1 и С, на северо-западном - А, АВ,В2, ВС, С1. Несмотря на то, что гранулометрический состав почв в обоих случаях характеризуется как среднесуглинистый, разница в плотности почвы и НВ их все же сохраняется (табл.2).
Таблица 2.Плотность иНВпочв экспериментальных участков на Цудахарской экспериментальной базеГБСпо экспозициям склонов за 2012-2013гг.
Слой почвы, см Плотность, г/см3 НВ, %
1 2 1 2
0-10 1,20 1,23 28,1 29,8
10-20 1,23 1,27 28,6 29,3
20-30 1,23 1,28 27,7 29,1
30-40 1,24 1,32 25,1 28,1
40-50 1,33 1,37 24,3 27,5
50-60 1,36 1,39 24,3 26,9
60-70 1,36 1,40 22,8 26,4
0-70 1,28 1,32 25,6 28,1
Примечание: обозначения1и 2 в табл.1
Наносная почва северо-западной экспозиции имела относительно меньшую плотность (1,22 г/см3) и НВ (28,3 %) в слое 0-20см и соответственно 1,28г/см3и 25,6 % в слое 0-70см.Почва такого же типа юго-западной экспозиции отличалась более высокими их показателями -1,25г/см3и 29,6 % в слое 0-20см и 1,32г/см3 и 28,1 % в слое 0-70 см.Эти данные приняты для расчета запасов влаги в почве в слое 0-70см.
Нами рассчитаны уравнения регрессии между наименьшей влагоемкостью (У) ип-лотностью (Х) почвы, которые соответствуют: У= -33,4х+67,9 ^2=0,80) северо-западнойи У= -19,43+53,86 ^2=0,98)для юго-западной
Известно, что максимальная продуктивность пастбищных фитоценозовформирует-ся в диапазоне влажности почвы 70-100 % от НВ в корнеобитаемом слое [5,9].Задва года наших исследованийотмечено лишь два случая, когда ее величина опускалась ни-жеэтого уровня: в октябре 2012г. на северо-западной экспозициидо 68,6 % и в мае 2013 г.на юго-западной экспозиции до 66,4 %. Но такое снижение носили кратковременный характер и было мало значимо дляпродуктивности растений.
Горно-долиннаялугово-степная почва на валунно-галечниковых отложениях юго-западной экспозиции в среднем за вегетационные периоды 2012и 2013 гг. имела на 12,8 % больше запасов влаги (208мм против 184мм)в слое 0-70см, чем такого типа намытая почва на древнеаллювиальных карбонатных суглинках северо-западной экспозиции. Благоприятными были и термические условия на юго-западной экспозиции склона, что способствовалоувеличению гидротермического коэффициента (ГТК) в среднем за годы исследований на 41 % (1,72 против 1,22 на северо-западной экспозиции).
Лучшие по сравнению с намытой лугово-степной почвойсеверо-западного склона гидротермические условия способствовали формированию более плодородного корне-обитаемого слоя в такого же типа почве на валунно-галечниковых отложениях юго-западной экспозиции (табл.3).
Таблица 3.Показатели плодородия лугово-степной почвы по экспозициям склонов на Цудахарскойэкспериментальной базеГБС
Горизонт, Гумус, % №идролизуемый Р2О5 К2О
глубина, см 1 2 1 2 1 2 1 2
А-5-8 3,8 4,3 4,6 5,2 1,8 1,9 28,5 30,0
АВ1-15-20 3,2 3,5 3,8 4,4 1,2 1,2 26,6 27,2
Примечание: обозначения
и 2 в табл. 1
Благоприятные гидротермические и почвенные условия, которые складывалисьна юго-западной экспозиции склона, способствовали достижению высокой урожайности воздушно-сухой надземной фитомассы, превышающей показатели, достигнутые на северо-западном склоне, в 2 раза: 71,4ц/га в среднем за 2012-2013гг. против 34,9ц/га на северо-западном (табл.4).
Таблица 4.Динамика влажности (от НВ) и запасов влаги в слое почвы 0-70см и накопления воздушно-сухой надземной фитомассы за вегетационные периоды пастбищных фитоценозов по экспозициям склоновв 2012-2014гг.
Месяц Северо-западная экспозиция Юго-западная экспозиция
1 2 3 1 2 3
2012г.
IV 75,0 1720 2,9 79,2 2050 12,4
V 80,2 184 0 12,3 72,4 1880 51,4
VI 94,3 216 0 28,9 92,8 2410 56,1
VII 95,7 219 0 32,1 98,4 2570 55,5
VIII 90,2 207 0 26,9 96,0 2500 59,1
IX 80,0 184 0 12,5 86,4 2250 30,2
X 68,6 158 0 7,5 86,7 2230 25,0
2013г.
IV 77,6 1780 5,2 79,2 2060 13,2
V 85,4 1960 14,7 66,4 1730 50,1
VI 98,5 2260 34,8 91,1 2370 60,0
VII 97,4 2230 37,7 95,2 2480 83,8
VIII 94,8 2180 36,3 93,0 2410 69,0
IX 88,0 2020 35,3 84,3 2190 22,1
X 80,0 1840 21,1 76,6 1990 18,3
2014г.
IV 67,8 1560 3,4 71,2 1790 4,6
V 75,3 1760 7,9 78,2 1970 10,1
VI 69,5 1590 10,8 73,9 1860 23,6
VII 84,6 1950 37,5 88,9 2240 32,2
VIII 80,8 1850 44,6 83,6 2100 56,0
IX 70,5 1610 37,0 74,5 1870 36,5
X 62,8 1430 10,4 65,4 1650 7,7
Примечание: 1 - влажность почвы(%); 2 - запасы влаги в почве(м /га; 3 - урожайность
надземной фитомассы (ц/га)
Этомуспособствовали близость экспериментального участка к пойме речки Сана идоминирование в видовом составе фитоценозов представителейрастений с большей фитомассой: бородача кровеостанавливающего (Bothriochloaischaemum (L.)Keng^ вей-ника тростниковидного (Calamagrostisarundinacea (L.) Roth) с средними показателями проективного покрытия соответственно 52 и 35 %, значительное видовое разнообразие фитоценозов (16 семейств, 43 рода и 45 видов растений). На северо-западной экспозиции превалируюет бородач кровеостанавливающий - 90-95 % проективного покрытия, а в целом существенно меньшим видовым разнообразием (9семейств, 13родов, 15видов), что вызванонедостаточной обеспеченностью растений влагой.
Зависимость между запасами влаги в почве (х) и урожайностью надземной фитомассы (У) выражается уравнениями регрессии, приведеннымив табл. 5.
Таблица 5. Статистическиезависимости между накоплением надземной фитомассы и запасами влаги в слое почвы 0-70см по экспозициям склонов и годам исследований
Год Экспозиция Уравнение регрессии г
2012 1 У= -0,0106х + 22,0 0,53
2 У=0,0376х - 43,9 0,50
2013 1 У=0,0580х - 92,2 0,86
2 У=0,061х - 87,6 0,59
Примечание: обозначения1и 2 в табл.1 и 2.
Пользуясь этими уравнениями и данными по гидротермическим условиям, можно рассчитатьожидаемую урожайность фитомассы налугово-степной горно-долинной намытой почве на древнеаллювиальных карбонатных суглинках северо-западной экспо-зициии на такого же типа почве на валунно-галечниковых отложениях юго-западной экспозиции на высоте1000м над у. м. горно-долинной подпровинции Дагестана.
Заключение
Лугово-степная намытая почва на древнеаллювиальных карбонатных суглинках северо-западной экспозиции горных долин на границе предгорной и горной подпровин-ций Дагестана (1000м над у. м.) обладает благоприятными водно-физическими и химическими свойствамидля обеспечения высокой продуктивности травяных экосистем. Плотность этой почвы в слое 0-20см составляет 1,22г/см3, наименьшая влагоем-кость28,3 %, содержание гумуса в слое 5-8см 3,8 %,15-20см -3,2 %, гидролизуемого азота соответственно 4,6 и 3,8мг, Р205- 1,8и 1,2мг, К20 - 28,5и 26,6мг/100г почвы. Урожайность надземной фитомассы при количестве осадков за вегетационный пери-од332-557 ммдостигает 32,1-44,6 ц/гавоздушно-сухой массы.
Почва такого же типа на валунно-галечниковых отложенияхюго-западной экспозиции отличается более высоким содержанием гумуса и питательных элементов в корне-обитаемом слое,большей плотностью и влагоемкостью,накапливает за вегетационный период на 12,8 % больше влаги в слое почвы 0-70см. Урожайность фитомассы при этом повышается до 71,2-88,4ц/га.
Литература
1.Агроклиматические ресурсы Дагестанской АССР. - Л.: Гидрометиздат, 1975. -111 с.
2. Баламирзоев М.А., Мирзоев Э.М.-Р., Аджиев А.М., Муфараджев К.Г.ПочвыДагестана. Экологические аспектыих рационального использования. - Махачкала: Дагкнигоиздат, 2008. - 336с.
3. Бекузарова С.А.,Гасиев В.И. продуктивность черногодовника многобрачного в зависимости от срока посева // Проблемы развития АПК региона. - 2013. - №2(14). -С. 10-13.
4. Габибова А.Р., Газиев М.А., Асадуллаев З.М. Фенология развитияинтродуциро-ванных видовжимолости на Гунибской базегорного ботанического сада // Материалы 7 Международной конференции «Биологическое разнообразие Кавказа». - Теберда, 2005. - С.39-41.
5.Гимбатов А.Ш., Багомаева Х.Р. Эффективность приемовповерхностного улуч-шениядеградированных лугов и пастбищ Предгорной зоны Дагестана //Зерновое хозяйство России. - 2012. - №6 (24). - С.34-36.
6. Горковенко Л.Г., Бедило Н.А.,Осецкий С.И. Пути восстановления продуктивности и интенсификации естественных лугов Северо-Западного Кавказа //Кормопроизводство. -2014. - №11. - С.16-20.
7.ДоспеховБ.А. Методика полевого опыта. - М.: Колос, 1979. - 416 с.
8. Ерижев К.А.,Азаматов М.А. Малозатратные элементытехнологии улучшения горных сенокосов Кабардино-Балкарии //Кормопроизводство. - 2015. - № 1. - С. 14-17.
9.Калашников К.Г., Хлопюк М.С., Акимов А.Ю. Адаптивная система земледелияи производство кормов //Кормопроизводство.- 2006. - №11. - С.2-4.
10. Магомедов К.Г., Камилов Р.К., Кагиров Г.Д. Малозатратные технологииповерх-ностного улучшения пастбищных угодий //Проблемы развития АПК региона.- 2013. -№1(13). - С. 15-17.
11. Титлянова А.А. Продуктивность травяных экосистем//Сб. «Географические закономерности и экологические особенности» / под ред. В.Б. Ильина.- Новосибирск: Наука: Сиб. отд-е, 1988. - С. 109-127.
12. Фисун М.Н., Тамохина А.Я.,Гадиева А.А. Оценка ресурсов Galegaorientalis, trifoliumprotenseи Ышсотюи^ш в фитоценозах горной зоны Кабардино-Балкарии//Растительныересурсы.- 2011.- Т.7. -Вып. 3. - С.1-7.
Поступила в редакцию 10 сентября 2015 г.
UDC 574.5:634.77 (470.67)
Hydrothermal and soil influence factors on formation of mining phytomass - Dagestan
valley slopes
G.N. Hasanov}'2, N.I. Ramazanova \ K.M. Hajiyev \ A.I. Ramazanova 3, K.B. Gimbatova \
R.R. Bashirov1
'Caspian Institute of Biological Resources of Dagestan Research Center, RAS; Russia, 367000, Makhachkala, М. Gadzhiev st., 45
2Dagestan State University; Russia, 367001, Makhachkala, M. Gadzhiev st., 43 a;nikuevich@mail. ru.
3Dagestan State Pedagogical University; Russia, 367003, Makhachkala, M. Yaragsky st., 57
The aim was to study the main environmental factors that contribute to the formation of a biomass yield in the north-west and south - west exposure of the slope of the ridge on the border Chaku-labek foothill and mountain subprovinces Dagestan (1000m above sea level). The article analyzes the conditions of temperature, water-physical properties and chemical composition of the soil on the ridge slope exposure Chakulabek Valley Kazikumukh Coys, the dynamics of soil moisture and the formation of stocks of moisture during the growing season 2012-2014. The results of studies on the species composition and productivity phytocenoses depending on the dynamics of hydrothermal factors. Regression equation has been calculated between density and field capacity of soil moisture reserves in the root zone and yield of overground phytomass. It was found that the meadow-steppe soils in the boulder - pebble deposits of the south-western exposure of mountain valleys are characterized by a high content of humus and nutrients in the root zone, higher density and moisture capacity, accumulates during the vegetation period by 12.8% more moisture in the layer 0-70cm than the reclaimed soil of the same type on ancient calcareous loam north-western exposure. Because of these factors 71,2-88,4 kg/ha of dry biomass of the aerial are formed, and the yield on its north-western slope is only 32,1-44,6 c/ha.
Keywords: hydrothermal coefficient, moisture reserves in the soil, the lowest moisture content, density, nutrients, exposure of the slope, a biomass yield.
Received10 September, 2015
