The purpose and objective of research is to study the long-term impact of the aftereffect of a longevous regimen of mineral nutrition on the botanical composition and productivity of grass-forb-cereals phytocenosis when hayed for the production of voluminous fodder. Studies of the influence of weather conditions on the botanical composition and productivity of long-term meadow phytocenoses in the period after the application of mineral fertilizers were carried out from 2011 to 2019. The history of monitoring studies begins with the foundation of the “Great Experience” in 1974, where single-species crops of awnless brome variety Kamalinsky 14, fibrous couch grass of the local population, Siberian wheatgrass variety Kamalinsky7 and mixed crops with the introduction of various doses of mineral fertilizers were studied. In the period from 1974 to 2010, different levels of mineral nutrition were researched: the minimum (control) was N62P60K11 kg/ha of a.i., the average was N202P175K43, and the maximum was N318P362K189. After 6-8 years, the sown grass stands were re-formed into cereals - forb phytocenoses. Under the conditions of the Privilyuy agrolandscape of the middle taiga subzone, it was found that the botanical composition and yield during the aftereffect of the mineral diet mainly depended on the conditions of heat and moisture supply during the growing seasons. During the period of long-term aftereffect of fertilizers in the herbage of forb – cereals phytocenosis, creeping wheatgrass up to 42 %, short-leaved barley up to 24.3 % with forbs content up to 38 % DM were preserved. The yield of a long-term phytocenosis during the aftereffect period decreased by 58–81 %, depending on weather conditions and the aftereffect of various levels of the mineral diet. At the same time, hay forage of previously improved phytocenoses contained up to 8.9–9.1 MJ of metabolizable energy, up to 0.62–0.65 feed units, and up to 80–90 g of digestible protein, which corresponds to the zootechnical norm.
permafrost soils, meadow phytocenoses, haymaking, aftereffect of fertilizers, botanical composition, productivity, productivity, agricultural landscape
Введение. Луговое кормопроизводство Якутии выполняет ресурсосберегающую, средообразующую и природоохранную роль, определяет экономический и национальный уклад местного населения как основной источник поддержания аграрного сектора. В центральной части среднетаежной подзоны Якутии лугопастбищные угодья занимают 90 % площади, где сосредоточено более 70 % крупного рогатого скота и 45 % лошадей.
В условиях криолитозоны одним из важных факторов в питании луговых растений являются минеральные удобрения, которые способны оптимизировать процессы роста и развития луговых фитоценозов. В период интенсификации сельского хозяйства появились большие возможности поставки минеральных удобрений на лугопастбищные угодья Якутии [1]. Применение минеральных удобрений связано с их положительным влиянием на биологическую активность мерзлотных почв и минимальным содержанием минерального азота в почвах северных лугов [2]. Азотные удобрения повышают целлюлозолитическую активность мерзлотных почв и заметно ослабляют отрицательное влияние пониженных температур на усвоение удобрений и питательных веществ почвы.
Внесение высоких доз азота может увеличивать в корме содержание небелковых соединений – нитратов, которые в определенных количествах токсичны для скота.
В качестве минеральных удобрений, используемых для повышения урожайности травостоев, кроме азотных используются фосфорные и калийные удобрения, дозы которых устанавливают в соответствии с уровнем обеспеченности почв подвижными формами фосфора и калия [3, 4].
Рациональное применение минеральных удобрений не только способствует увеличению урожайности луговых трав, но и улучшает качество кормов, снижает их себестоимость, повышает плодородие почв. Следует отметить, что злаковые и бобовые луговые травы имеют существенные различия в требованиях к режиму питания, кроме того, при удобрении лугов необходимо учитывать также долголетие травостоев, интенсивность их использования [5, 6].
Многолетние исследования по применению различных доз минеральных удобрений на агрофитоценозах из адаптивных злаковых трав в условиях Привилюйского агроландшафта среднетаежной подзоны Якутии доказали их высокую эффективность и экологическую флуктуацию в зависимости от условий тепло- и влагообеспеченности вегетационных периодов в течение 36-летнего сенокосного использования [7, 8]. Исследования длительного влияния последействия внесения минеральных удобрений на ботанический состав и урожайность сенокосных фитоценозов в условиях мерзлотных, черноземно-луговых почв Привилюйского агроландшафта не проводились.
Цель исследований – изучить влияние погодных условий на ботанический состав и урожайность долголетних луговых фитоценозов в период последействия применения минеральных удобрений.
Материалы и методы. Исследования проводились в период 2011–2019 гг. на Нюрбинском стационаре ИБПК СО РАН. Согласно адаптивно-ландшафтному районированию рискованного земледелия Якутии, Нюрбинский стационар расположен в Привилюйском агроландшафте. Площадь сельскохозяйственных угодий Привилюйского агроландшафта составляет 379,6 тыс. га, пашен – 13,3, сенокосных угодий – 197,8, пастбищ – 168,5 га, где развито растениеводство и животноводство. Значительную часть территории агроландшафта занимает группа земель ровных и повышенных межаласий с мерзлотными таежными палевыми осолоделыми и оподзоленными почвами. Площадь данной агроэкологической группы земель составляет 36,3 % от всей территории. В растениеводстве в основном используются земли ровных и повышенных межаласий древних террас р. Вилюй, аласов и эрозионные земли склонов с небольшим уклоном [9].
Климат террасированной равнины Привилюйского агроландшафта континентальный. Абсолютная минимальная температура воздуха в зимний период в среднем достигает -61–
-64 °С, максимальная в летний период – 35–38 °С. Продолжительность безморозного периода в воздухе длится 56–85 дней. Сумма среднесуточных температур выше 10 °С в среднем составляет 1376 °С, что достаточно для выращивания зерновых, картофеля и многолетних трав. В теплый период отрицательно влияют на растения низкие ночные температуры и заморозки. Годовое количество осадков в Привилюйском агроландшафте составляет
Почвы опытного участка на Нюрбинском стационаре типичные для Привилюйского агроландшафта аласно-таежной провинции и определены как мерзлотные, черноземно-луговые, слабозасоленные, среднесуглинистые, в пахотном слое содержат гумуса 4,6 %, подвижного фосфора до 255 мг и подвижного калия до
107 мг/кг почвы, рН воды – 7,2 [12]. Полевые исследования в период с 2003 по 2019 г. проводились при естественном увлажнении. Режим использования сенокосный – скашивание травостоя в фазу начала цветения. Размер делянок 60 м2, учетная площадь 30 м2, размещение рендомизированное в четырехкратной повторности. Объектом изучения являлись долголетние фитоценозы (2011–2019 гг.) при сенокосном использовании в период длительного последействия минеральных удобрений.
Учеты и наблюдения исследований проводили в соответствии с методическими указаниями по луговодству и кормопроизводству [13]. Потенциальную продуктивность луговых фитоценозов определяли по сбору обменной энергии, кормовых единиц и сырого протеина с 1 га. Химический состав сенокосного корма (сырая клетчатка, жир, сырая зола, N, Р, Са) определяли в лаборатории биохимии ЯНИИСХ СО РАСХН на инфракрасном анализаторе «Инфранид 61» на основе калибрования.
Результаты и их обсуждение. За период исследований (2011–2019 гг.) погодные условия в Привилюйском агроландшафте отличались по характеру выпадения осадков и температурному режиму, что повлияло на ботанический состав и формирование урожайности, продуктивности долголетнего фитоценоза в зависимости от длительного последействия разных уровней минерального питания (табл. 1). За период исследований наиболее влажными вегетационными периодами был 2011 г. при ГТК = 1,13 и 2012 г. при ГТК = 0,94, когда осадков выпало соответственно 217 и 181 мм (среднемноголетние – 191 мм).
Переменно-влажными были 2013–2016 гг. с ГТК от 0,62 до 0,87, с неравномерно выпавшими осадками от 124 до 181 мм. Среди переменно-влажных годов выделялся 2016 г. при ГТК=0,87 с теплой весной и жарким летом с обильными дождями, со средней урожайностью сена до 2,15–2,67 т/га. Самый неблагоприятный вегетационный период сложился в 2018 г., когда за сезон выпало только 113 мм при ГТК=0,56 и установилась жаркая, засушливая погода в первой половине лета, что отрицательно повлияло на формирование урожайности 44-летнего сенокосного фитоценоза.
Таблица 1
Метеорологические условия вегетационных периодов в Привилюйском агроландшафте
в период 2011–2019 гг. (по данным метеостанции Нюрба)
|
Месяц |
Средние мног. |
2011 |
2012 |
2013 |
2014 |
2015 |
2016 |
2017 |
2018 |
2019 |
|
Температура воздуха, °С |
||||||||||
|
Май |
8,7 |
8,6 |
8,3 |
9,7 |
9,1 |
9,1 |
9,9 |
4,0 |
7,1 |
7,2 |
|
Июнь |
15,7 |
15,0 |
15,7 |
17,2 |
15,2 |
15,2 |
19,0 |
17,7 |
17,8 |
18,4 |
|
Июль |
18,2 |
18,8 |
19,1 |
16,3 |
19,2 |
19,3 |
20,3 |
16,3 |
16,6 |
17,7 |
|
Август |
13,5 |
14,8 |
11,7 |
14,3 |
14,2 |
15,3 |
15,4 |
15,2 |
14,8 |
15,7 |
|
Сентябрь |
4,5 |
3,1 |
6,8 |
4,5 |
4,7 |
4,7 |
9,4 |
5,3 |
5,4 |
6,1 |
|
Осадки, мм |
||||||||||
|
Май |
18,9 |
1,6 |
9,9 |
18,2 |
21,6 |
21,6 |
13,2 |
47,4 |
18,4 |
38,9 |
|
Июнь |
36,7 |
25,3 |
52,6 |
22,1 |
67,5 |
56,7 |
32,9 |
31,3 |
6,2 |
29,1 |
|
Июль |
60,2 |
84,6 |
12,5 |
44,6 |
5,7 |
24,8 |
99,3 |
33,0 |
42,2 |
26,0 |
|
Август |
53,5 |
80,4 |
89,6 |
21,8 |
28,9 |
40,8 |
34,7 |
31,9 |
41,1 |
35,0 |
|
Сентябрь |
21,8 |
25,4 |
16,3 |
17,2 |
28,1 |
14,9 |
1,5 |
24,0 |
5,7 |
28,0 |
|
∑ осадков, мм |
191,1 |
217,3 |
180,9 |
123,9 |
151,8 |
158,8 |
181,5 |
167,6 |
113,6 |
157,0 |
|
ГТК |
0,91 |
1,13 |
0,94 |
0,62 |
0,70 |
0,78 |
0,87 |
0,80 |
0,56 |
0,65 |
Длительное последействие (2011–
2019 гг.) ежегодного внесения минеральных удобрений в течение 36 лет оказывает существенное влияние на формирование ботанического состава и хозяйственную урожайность долголетнего фитоценоза в зависимости от степени увлажненности вегетационных периодов (рис.).
В последний год внесения минеральных удобрений (2010 г.) изучаемый долголетний фитоценоз при минимальном режиме питания (контроль) состоял из дикорастущих злаков: пырея до 23 %, ячменя – 19 , мятлика – 10, лисохвоста – 2 и разнотравья до 44 % СВ (полынь монгольская, лапчатка гусиная, смолевка, соссюрея, одуванчик обыкновенный) с урожайностью сена до 2,49 т/га. При среднем режиме питания с урожайностью сена до 3,06 т/га травостой состоял из дикорастущих злаков: пырея – до 14 %, ячменя – 47, мятлика – 6, лисохвоста – 3 и разнотравья – до 30 % СВ. При максимальном уровне питания содержание пырея в травостое достигало до 48 %, ячменя до 22, мятлика до 3, лисохвоста до 4 и разнотравья до 23 % СВ с урожайностью сена 3,48 т/га.
Ботанический состав долголетнего фитоценоза в период последействия
минерального режима питания
В среднем за годы исследований ботанический состав контрольного варианта при минимальном режиме питания состоял из основного доминанта – пырея ползучего (Elytrigia repens (L.) Nevski), который изменял свое долевое участие в травостое в зависимости от степени увлажненности. Так, в среднем варианте свое участие в фитоценозе пырей ползучий сохранил на уровне 29,4–42,1 % СВ в зависимости от последействия уровня питания. Следует отметить, что в течение 9-летнего сенокосного использования пырей ползучий являлся основным доминантом разнотравно-злакового фитоценоза независимо от последействия минерального режима питания.
Содоминантом в долголетнем фитоценозе сохранился ячмень короткоостый (Hordeum brevisubulatum (Trin) Link), в течение 9 лет исследований стабильно сохранял свое долевое участие от 14,7–24,3 % в зависимости от тепло-и влагообеспеченности вегетационных периодов. Следующий содоминант мятлик луговой (Poa pratensis) характеризовался стабильностью во влажные годы (6,3–5,0 % СВ) и только в засушливые годы снижал свое участие до 2,1 % за счет увеличения доли разнотравья до 33,6–42,6 % СВ. Участие разнотравья значительно увеличилось в контрольном варианте – до 42,6 % СВ. При среднем уровне питания содержание пырея ползучего и ячменя короткоостого не превышало контрольный вариант.
Длительное последействие максимального уровня питания способствовало высокому сохранению содержания пырея ползучего до 42,1 %, что превышало средний уровень и контроль на 14,8–12,7 % СВ. Последействие максимального уровня режима питания способствует стабильности пырея ползучего в долголетнем фитоценозе. Это свидетельствует о высокой нитрофильности пырея ползучего в период последействия удобрений, накопленных в течение 36-летнего внесения.
В 2011 г. (первый год последействия минерального режима на 36-м году сенокосного использования фитоценозов) урожайность снизилась на контроле от 2,49 до 1,48 т/га сена,
т.е. в 1,7 раза (табл. 2).
Таблица 2
Урожайность долголетнего фитоценоза в период последействия минерального режима
питания в условиях Привилюйского агроландшафта (среднее за 2011–2019 гг.), т/га СВ
|
Удобрения |
При удобрении |
Последействие минерального режима питания |
|||||||||
|
2010 |
2011 |
2012 |
2013 |
2014 |
2015 |
2016 |
2017 |
2018 |
2019 |
Среднее за 2011–2019 гг. |
|
|
Минимальный N62Р60К11 - контроль |
2,49 |
1,48 |
4,45 |
1,35 |
1,72 |
2,74 |
2,15 |
1,57 |
1,02 |
1,25 |
2,03 |
|
Средний N202Р175К43 |
3,06 |
2,03 |
3,08 |
1,39 |
1,40 |
2,32 |
1,72 |
1,40 |
1,04 |
1,02 |
1,71 |
|
Максимальный N318Р362К189 |
3,48 |
2,02 |
4,83 |
1,60 |
1,46 |
1,83 |
2,67 |
1,53 |
1,05 |
1,34 |
2,04 |
|
НСР 05 |
0,360 |
0,450 |
0,370 |
0,250 |
0,320 |
0,450 |
0,550 |
0,350 |
0,09 |
0,09 |
0,320 |
Аналогичное снижение урожайности отмечалось при среднем и максимальном последействии удобрений от 3,06 до 2,03 т/га и от 3,48 до 2,02 т/га сена, несмотря на то, что в 2011 г. наблюдалась повышенная тепло- и влагообеспеченность вегетационного периода (ГТК= 1,13). Так, в среднем за годы исследований на контрольном и максимальном уровнях питания урожайность злаково-разнотравного фитоценоза составила 2,03–2,04 т/га сена, что ниже на 81–58 %, чем в последний год внесения удобрений. Следует отметить, что урожайность долголетних разнотравно-злаковых фитоценозов при последействии контрольного и максимального уровней питания превышала средний уровень на 59 %, или 0,33 т/га сена. В последующие годы осадки выпадали крайне неравномерно и были ниже многолетней нормы, хотя при этом обеспечивали сравнительно одинаковые величины урожайности, сохраняя тенденцию превышения последействия контрольного и максимального уровня питания.
Пониженные показатели продуктивности получены при последействии удобрений среднего уровня питания с 1 га по сбору обменной энергии до 14,0 ГДж, кормовых единиц 970 и сырого протеина 2,2 ц со средней урожайностью сена до 1,58 т/га, что ниже контроля в 1,1 раза (табл. 3).
Таблица 3
Продуктивность долголетнего фитоценоза в период последействия удобрений
в условиях Привилюйского агроландшафта (среднее за 2011–2019 гг.)
|
Режим питания |
Средняя урожайность, т/га, СВ |
Произведено с |
||
|
ОЭ, ГДж |
корм. ед. |
сырого протеина, ц/га |
||
|
Минимальный N62Р60К11 – контроль |
2,03 |
16,0 |
1100 |
2,5 |
|
Средний N202Р175К43 |
1,71 |
14,0 |
970 |
2,2 |
|
Максимальный N318Р362К189 |
2,04 |
16,5 |
1150 |
2,3 |
|
НСР 05 |
0,320 |
|
|
|
Стабильная и повышенная продуктивность сенокосного фитоценоза формировалась при последействии контрольного и максимального уровня питания по сбору обменной энергии до 16,0–16,5 ГДж, кормовых единиц – 1100–1150 со средней урожайностью сена до 2,3–
2,5 т/га, что выше последействия среднего уровня в 1,4 раза в пределах статистической достоверности. Снижение урожайности злаково-разнотравного фитоценоза при среднем уровне питания свидетельствует о недостаточном количестве элементов питания в мерзлотных почвах без внесения минеральных удобрений.
Заключение. Длительное последействие различных режимов питания в условиях Привилюйского агроландшафта среднетаежной подзоны показало, что в улучшенном долголетнем травостое в период последействия минеральных удобрений в среднем хорошо сохранился пырей ползучий – от 14 до 48 %, при этом содоминантами являются ячмень короткоостый (19–47 %), мятлик луговой (6–10 %). Длительное внесение минеральных удобрений и их последействие способствуют сохранению хозяйственно ценных дикорастущих злаковых трав в составе злаково-разнотравного фитоценоза на уровне естественных лугов. При этом урожайность долголетнего травостоя в период последействия сохраняется на уровне от 1,71 до
2,04 т/га сена в зависимости от увлажненности вегетационных периодов. Сенокосный корм, полученный в период последействия минеральных удобрений, содержал обменной энергии до 8,9–9,1 МДж, кормовых единиц до 0,62–0,65, что позволяет произвести до 1150 кормовых единиц с 1 га и сено 2-го класса.
1. Ivanov I.A., Vinokurova V.S., Ignat'eva V.V. Osobennosti ispol'zovaniya udobreniy v Yakutii. Yakutsk: Izd-vo YaNC SO RAN, 2008. 132 s.
2. Emcev V.T., Mishustin E.N. Mikrobiologiya: ucheb. dlya akademicheskogo bakalavriata. 8-e izd., ispr. i dop. M.: Yurayt, 2018. 428 s.
3. Pastushok R.T. Effektivnost' mineral'nyh udobreniy na pastbischnyh travostoyah // Melioraciya pereuvlazhnennyh zemel'. 2006. № 2 (56). S. 174–179.
4. Ustinova V.V. Sravnitel'naya ocenka vynosa pitatel'nyh elementov s urozhaem razlichnymi kormovymi kul'turami pri vnesenii udobreniy v usloviyah Central'noy Yakutii // Vestnik KrasGAU. 2018. № 4. S. 41–47.
5. Lepkovich I.P. Sovremennoe lugovodstvo. SPb.: Profi-inform, 2005. 424 s.
6. Chebotarev N.T., Shergina N.N. Vliyanie dlitel'nogo primeneniya udobreniy na produktivnost' i kachestvo kormovyh kul'tur v usloviyah Severa // Kormoproizvodstvo. 2020. № 8. S. 15–19.
7. Denisov G.V., Strel'cova V.S. Ekologiya i evolyuciya seyanyh lugov v kriolitozone. Yakutsk: Izd-vo YaNC SO RAN, 2005. 240 c.
8. Barashkova N.V., Fedorova A.I., Gabysheva L.K. Fluktacionnaya izmenchivost' dolgoletnego senokosnogo fitocenoza pri raznyh urovnyah mineral'nogo pitaniya v usloviyah Vilyuyskoy zony Yakutii // Uspehi sovremennoy nauki. 2016. № 4. T. 1. S. 6–12.
9. Sistema vedeniya sel'skogo hozyaystva v RS (Ya) na period 2021–2025 gg.: metod. posobie. Belgorod: Izd-vo Sangalova K.Yu., 2021. 590 s.
10. Ivanova L.S. Adaptivno-landshaftnye sistemy zemledeliya Leno-Amginskogo mezhdurech'ya. Novosibirsk, 2004. S.131.
11. Ivanova L.S. Agrolandshaftnoe rayonirovanie i agroekologicheskaya gruppirovka zemel' srednetaezhnoy podzony Yakutii dlya proektirovaniya adaptivno-landshaftnyh sistem zemledeliya. Novosibirsk, 2018. 113 s.
12. Klassifikaciya i diagnostika pochv SSSR / sost. V.V. Egorov. M.: Kolos, 1977. 223 s.
13. Metodicheskoe posobie po agroenergeticheskoy ocenke tehnologiy i sistem kormoproizvodstva / red. B.P. Mihaylichenko [i dr.]. M.: VNIIK, 2000. 52 s.
