Постагрогенная трансформация и оценка запасов углерода фитоценозов неиспользуемых кормовых угодий Карелии

Полный текст

Результат реформирования аграрного сектора экономики России начала 90-х годов XX века – невостребованность значительных площадей сельскохозяйственных угодий из-за ликвидации большого количества предприятий. При отсутствии необходимых агротехнических мероприятий на землях, выведенных из сельскохозяйственного оборота, наблюдаются негативные тенденции, связанные с их переувлажнением на фоне самопроизвольного зарастания древесно-кустарниковой растительностью, а также изменением свойств почв. Эти процессы зависят не только от природно-климатической зоны, но и предыдущего вида землепользования, типа почв, площади сельскохозяйственных угодий, залесенности территории, удаленности от «стены» леса и других факторов. Степень ухудшения плодородия почвы определяет целесообразность возвращения таких земель в сельскохозяйственный оборот. [4]

Бывшие многолетние травянистые агроценозы развиваются в направлении формирования естественных типов экосистем, присущих конкретной природно-климатической зоне. Ведущую роль в постагрогенной трансформации играет характер смены растительности, которая отличается от естественных фитоценозов структурой и флористическим составом. [7, 9] Ассоциации видов и свойственные им условия местообитания определяются различными параметрами экологических факторов. Пространственная неоднородность фитоценозов выражается в мозаичности ценоэлементов (неравномерность условий существования, вызванная жизнедеятельностью тех или иных растений, различия в затенении, химизм и физические особенности опада, микрорельеф). [8]

Видовое разнообразие растений – важная составляющая формирования продуктивности многолетних травостоев. Запасы фитомассы многолетних трав тесно взаимосвязаны с запасами углерода, который служит каркасным элементом органического вещества. [6]

Цель работы – изучение особенностей изменения видового состава, продуктивности и запасов углерода многолетних травостоев при естественном зарастании кормовых угодий Карелии.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Работу проводили в подзоне средней тайги южной части Прионежского муниципального района Республики Карелия. Объект исследования (участок осушения ДКП «Центральный») – старосеянные агрофитоценозы. Пробные площади – ПП (9,0…14,6 га) представлены тремя типами участков: используемые сенокосы, а также кормовые угодья при куртинном и сплошном типах зарастания древесно-кустарниковой и малоценной для хозяйственного использования травяной растительностью. При выводе земель из сельскохозяйственного оборота на трансформацию агрогенных почв и напочвенного покрова влияет продолжительность периода зарастания. Перезалужение сенокосов происходило более 30 лет назад, прекращение сенокошения на ПП с куртинным типом зарастания – 5, со сплошным – 20…25 лет. На всех изученных кормовых угодьях не осуществляются агротехнические мероприятия по улучшению водно-воздушного, пищевого режима почв, уничтожению сорной растительности и подсева кормовых трав.

Рост и развитие многолетних трав за вегетацию растений 2023 года проходили на фоне нестабильных метеорологических условий (ГТК: май – 0,77, июнь – 1,08, июль – 3,21, август – 1,37). Почвы – старопахотные агроземы торфяные типичные, рН – 5,3...5,7. Хорошая обеспеченность почв азотом отмечена на участках при сплошном типе зарастания – 2,06%, под сенокосами и с куртинным типом снижена – 1,71 и 1,81% соответственно. В хроноряду сенокос – кормовое угодье при куртинном – при сплошном типе зарастания содержание подвижных соединений фосфора соответствует 2840,81 – 6511,67 – 6061,20 мг/кг, калия – 520,98 – 228,85 – 230,68 мг/кг (очень высокое), общего углерода – 38,42 – 39,48 – 47,35%.

Методики, которые использовали при подборе ПП, геоботаническом описании растительности, выделении доминирующих видов, учете запасов фитомассы, приведены в работе. [1] Однородность видового состава фитоценозов оценивали с помощью коэффициента флористического сходства Жаккара (К_j). [5] Значимость различий между показателями запасов фитомассы и углерода кормовых угодий определяли с привлечением однофакторного дисперсионного анализа. [3]

Полученные экспериментальные данные обрабатывали на персональном компьютере в таблицах Microsoft Excel 10 и при помощи статистического пакета StatGraphics Centurion 15.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Согласно геоботаническому описанию старовозрастных агрофитоценозов выявили 62 вида травянистых растений, из которых 23 имели среднее проективное покрытие более 1%. Постагрогенная трансформация травяного покрова от сенокосов к зарастающим кормовым угодьям характеризовалась снижением до 1,7 раза общего проективного покрытия (табл. 1). В растительных сообществах доминировали растения-мезофиты, приспособленные к местным условиям произрастания. На сенокосах среди злаковых многолетних трав встречались двукисточник тростниковый, кострец безостый. Со времени последнего перезалужения в травостоях зарастающих угодий сохранился мятлик обыкновенный. Развитие крапивы двудомной зарегистрировано на всех ПП, особенно сенокосах и кормовых угодьях при сплошном типе зарастания. Ее широкое распространение сопряжено с умеренным увлажнением почв и наличием большого количества минерального азота, который легко усваивается растениями. Лабазник вязолистный и купырь лесной предпочитают открытые, хорошо освещенные территории. Вероника длиннолистная преимущественно лесное растение, приурочена к произрастанию на кормовых угодьях с куртинным типом зарастания. С уменьшением видов многолетних злаковых трав увеличилось распространение вейника тростниковидного.

 

Таблица 1. Доминанты и содоминанты травянистых растений кормовых угодий

Угодье	Общее проективное покрытие травянистых растений, %	Вид	Встречаемость, %	Максимальный показатель проективного покрытия, %
Сенокос	94,8…99,0	Двукисточник тростниковый Phalaroides arundinacea L. Rauscher	77,8	38,7
		Лабазник (таволга) вязолистный Filipendula ulmaria L. Maxim.	74,1	19,2
		Вейник тростниковидный Calamagrostis phragmitoides C. Hartm.	37,0	9,7
		Купырь лесной Anthriscus sylvestris L. Hoffm	81,5	38,3
		Крапива двудомная Urtica dioica L.	88,9	41,1
		Кострец безостый Bromopsis inermis Leyss. Holub.	37,0	12,7
Кормовое при куртинном типе зарастания	72,3…93,2	Вейник незамечаемый Calamagrostis neglecta Ehrh. Gaerth., Mey. et Scherb.	29,6	19,3
		Двукисточник тростниковый Phalaroides arundinacea L. Rauscher	85,2	15,9
		Вейник тростниковидный Calamagrostis phragmitoides C. Hartm.	59,3	15,0
		Мятлик обыкновенный Poa trivialis L.	92,6	35,4
		Крапива двудомная Urtica dioica L.	51,9	12,4
		Вероника длиннолистная Veronica longifolia L.	96,3	30,3
		Лабазник (таволга) вязолистный Filipendula ulmaria L. Maxim.	70,4	10,3
Кормовое при сплошном типе зарастания	56,2…71,7	Крапива двудомная Urtica dioica L.	74,1	42,7
		Двукисточник тростниковый Phalaroides arundinacea L. Rauscher	51,9	16,7
		Мятлик обыкновенный Poa trivialis L.	44,4	14,9
		Вейник тростниковидный Calamagrostis phragmitoides C. Hartm.	66,7	19,3

 

На кормовых угодьях сформировались разнотравно-злаковый или злаково-разнотравный фитоценозы, что согласуется с мнением В.В. Вахрушевой с соавторами об увеличении доли разнотравья по мере старения травостоев. [2] В верхнем ярусе распространены высокорослые травы (двукисточник тростниковый, кострец безостый, вейник тростниковидный) и соответствующее им по величине разнотравье (крапива двудомная, купырь лесной, лабазник вязолистный), в среднем – мятлик обыкновенный, вероника длиннолистная. Изученные фитоценозы, в основном, слагаются из корневищных и дерновинных растений. При отсутствии хозяйственной деятельности наблюдается тенденция увеличения развития последних.

Неоднородность увлажнения, плодородия почв, микрорельефа не только между пробными площадями, но и в пределах каждой из них обусловили мозаичность растительного покрова. На основе оценки флористического состава кормовых угодий в выделенном хроноряду коэффициенты сходства Жаккара (K_j) в среднем составили 0,45 и 0,39. Растительный покров сенокосов был более однороден, между ПП средний показатель K_j – 0,55. По мере зарастания кормовых угодий видовое сходство луговых трав уменьшалось: K_j – 0,41 и 0,42 соответственно.

Антропогенно измененные агрофитоценозы, характеризующиеся неоднородностью флористического состава, отличались по запасам фитомассы (табл. 2). В условиях одноукосного режима скашивания урожайность трав достоверно превышала (преимущественно из-за разнотравья) соответствующие показатели неиспользуемых кормовых угодий. Результаты, полученные в подзоне средней тайги, согласуются с оценкой В.М. Телесниной [7] для условий южной зоны: биомасса травяного яруса по мере старения постагрогенных зарастающих сенокосов уменьшается, но раньше, чем формируется древостой.

 

Таблица 2. Влияние степени зарастания кормовых угодий на продуктивность старовозрастных травостоев, т/га

Угодье	Воздушно-сухая фитомасса				Абсолютно-сухая масса
	злаковые	бобовые	разнотравье	общая	злаковые	бобовые	разнотравье	общая
Сенокос	2,13	0,04	5,30*	7,47*	1,42	0,03	3,41*	4,86*
Кормовое при куртинном типе зарастания	3,34	0,01	1,55	4,90	2,28	0,01	1,17	3,46
Кормовое при сплошном типе зарастания	2,63	0,04	2,11	4,78	1,67	0,03	1,61	3,31
F-ratio**	2,20	1,45	33,00	10,30	2,31	1,48	20,76	5,69
p-value	0,117	0,240	0,000	0,000	0,106	0,235	0,000	0,005
LSD	–	–	0,99	1,33	–	–	0,73	1,01

Примечание. *– достоверные отклонения по сравнению с вариантами зарастания; ** F-ratio – критерий Фишера фактический, p-value – уровень значимости, LSD – наименьшая существенная разность.

 

Депонирование углерода в надземной фитомассе агроценозов изученного хроноряда (сенокосы – кормовые угодья с разной степенью зарастания) изменялось от 2,04 до 1,39 т C/га. Запасы углерода в надземной массе старосеянных сенокосов достоверно превышали (в 1,4 и 1,5 раза) соответствующие показатели при куртинном и сплошном типах зарастания кормовых угодий.

Таким образом, постагрогенная трансформация многолетних агрофитоценозов связана с деградацией травяного покрова, что проявилось в распространении малоценных кормовых видов растений, уменьшении общего проективного покрытия (с 94,8…99,0 до 56,2…71,7%), запасов абсолютно-сухой фитомассы (с 4,86 до 3,31 т/га) и органического углерода (с 2,04 до 1,39 т С/га). Возвращение в сельскохозяйственный оборот неиспользуемых кормовых угодий, особенно при сплошном типе их зарастания, сопряжено со значительными финансовыми затратами и предполагает дополнительную поддержку аграрных предприятий со стороны государства.

Об авторах

Ольга Николаевна Бахмет

Карельский научный центр РАН

Email: levstratova@yandex.ru

член-корреспондент РАН

Россия, Петрозаводск

Любовь Павловна Евстратова

Карельский научный центр РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: levstratova@yandex.ru

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Россия, Петрозаводск

Елена Валентиновна Николаева

Карельский научный центр РАН

Email: levstratova@yandex.ru

кандидат сельскохозяйственных наук

Россия, Петрозаводск

Елена Викторовна Дубина-Чехович

Карельский научный центр РАН

Email: levstratova@yandex.ru

кандидат биологических наук

Россия, Петрозаводск

Список литературы

Дополнительные файлы