Цель и задача исследований – изучить длительное влияние последействия долголетнего режима минерального питания на ботанический состав и урожайность разнотравно-злакового фитоценоза при сенокосном использовании для производства объемистого корма. Исследования влияния погодных условий на ботанический состав и урожайность долголетних луговых фитоценозов в период последействия применения минеральных удобрений проводили с 2011 по 2019 г. История мониторинговых исследований начинается с закладки «Большого опыта» в 1974 г., где изучали одновидовые посевы костреца безостого сорта Камалинский 14, пырейника волокнистого местной популяции, пырейника сибирского сорта Камалинский 7 и смешанные посевы при внесении различных доз минеральных удобрений. В период с 1974 по 2010 г. исследовались разные уровни минерального питания: минимальный (контроль) – N62Р60К11 кг/га д.в., средний – N202Р175К43, максимальный – N318Р362К189. Через 6–8 лет сеяные травостои переформировались в злаково-разнотравные фитоценозы. В условиях Привилюйского агроландшафта среднетаежной подзоны установлено, что ботанический состав и урожайность в период последействия минерального режима питания главным образом зависели от условий тепло- и влагообеспеченности вегетационных периодов. В период длительного последействия удобрений в травостое разнотравно-злакового фитоценоза сохранились пырей ползучий до 42 %, ячмень короткоостый до 24,3 % с содержанием разнотравья до 38 % СВ. Урожайность долголетнего фитоценоза в период последействия снизилась на 58–81 % в зависимости от погодных условий и последействия различных уровней минерального режима питания. При этом сенокосный корм ранее улучшенных фитоценозов содержал обменной энергии до 8,9–9,1 МДж, кормовых единиц до 0,62–0,65 и переваримого протеина до 80–90 г, что соответствует зоотехнической норме.
мерзлотные почвы, луговые фитоценозы, сенокосное использование, последействие удобрений, ботанический состав, урожайность, продуктивность, агроландшафт
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. Иванов И.А., Винокурова В.С., Игнатьева В.В. Особенности использования удобрений в Якутии. Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2008. 132 с.
2. Емцев В.Т., Мишустин Е.Н. Микробиология: учеб. для академического бакалавриата. 8-е изд., испр. и доп. М.: Юрайт, 2018. 428 с.
3. Пастушок Р.Т. Эффективность минеральных удобрений на пастбищных травостоях // Мелиорация переувлажненных земель. 2006. № 2 (56). С. 174–179.
4. Устинова В.В. Сравнительная оценка выноса питательных элементов с урожаем различными кормовыми культурами при внесении удобрений в условиях Центральной Якутии // Вестник КрасГАУ. 2018. № 4. С. 41–47.
5. Лепкович И.П. Современное луговодство. СПб.: Профи-информ, 2005. 424 с.
6. Чеботарев Н.Т., Шергина Н.Н. Влияние длительного применения удобрений на продуктивность и качество кормовых культур в условиях Севера // Кормопроизводство. 2020. № 8. С. 15–19.
7. Денисов Г.В., Стрельцова В.С. Экология и эволюция сеяных лугов в криолитозоне. Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2005. 240 c.
8. Барашкова Н.В., Федорова А.И., Габышева Л.К. Флуктационная изменчивость долголетнего сенокосного фитоценоза при разных уровнях минерального питания в условиях Вилюйской зоны Якутии // Успехи современной науки. 2016. № 4. Т. 1. С. 6–12.
9. Система ведения сельского хозяйства в РС (Я) на период 2021–2025 гг.: метод. пособие. Белгород: Изд-во Сангалова К.Ю., 2021. 590 с.
10. Иванова Л.С. Адаптивно-ландшафтные системы земледелия Лено-Амгинского междуречья. Новосибирск, 2004. С.131.
11. Иванова Л.С. Агроландшафтное районирование и агроэкологическая группировка земель среднетаежной подзоны Якутии для проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Новосибирск, 2018. 113 с.
12. Классификация и диагностика почв СССР / сост. В.В. Егоров. М.: Колос, 1977. 223 с.
13. Методическое пособие по агроэнергетической оценке технологий и систем кормопроизводства / ред. Б.П. Михайличенко [и др.]. М.: ВНИИК, 2000. 52 с.
