Средообразующий потенциал луговых естественных фитоценозов аласа Бээди в условиях Центральной Якутии

УДК 633.2.032:581.55(571.56-191.2)

СРЕДООБРАЗУЮЩИЙ ПОТЕНЦИАЛ ЛУГОВЫХ ЕСТЕСТВЕННЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ АЛАСА БЭЭДИ В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ

Н. В. Барашкова, доктор сельскохозяйственных наук

А. П. Аржакова, кандидат сельскохозяйственных наук

В. В. Устинова, кандидат сельскохозяйственных наук

Институт биологических проблем криолитозоны СО РАН

677980, Россия, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, пр-т Ленина, д. 41

E-mail: Vasyona_8@mail.ru

В статье изложены основные результаты изучения средообразующего потенциала естественных фитоценозов в зависимости от местоположения на аласе Бээди в условиях Центральной Якутии. Впервые дана оценка средообразующего потенциала естественных фитоценозов на основе баланса поступления, накопления и расхода валовой энергии, позволяющего выявить роль взаимодействия антропогенных факторов с эффективностью использования солнечного света и раскрыть его значение с учётом агроэнергетической эффективности луговых экосистем по сбору валовой энергии в зависимости от различного местоположения. На дерново-луговых легкосуглинистых солончаковых почвах сформировалось 5,36‒13,45 т/га подземных органов (корней, корневищ и других органов в слое 0‒20 см) при среднегодовых темпах накопления сухого вещества 1,0‒1,9 т/га. Наибольшее накопление валовой энергии в корнях получено в пырейно-бекманиевом фитоценозе нижнего яруса (до 223,2 ГДж/га), при этом соотношение подземной части к надземной по валовой энергии ниже единицы (0,91), это свидетельствует о том, что минерализация отмершей части подземных органов происходит непрерывно, и особенно активно — при оптимальном увлажнении и сенокошении. В условиях криолитозоны преобладание накопления и замедленное разложение корневой массы является важным фактором устойчивости луговых фитоценозов. Коэффициент использования ФАР в пырейно-бекманиевом фитоценозе нижнего яруса повысился в 1,5 раза по сравнению с контролем. В других ярусах аласа коэффициент использования ФАР находился в пределах от 0,15 до 0,28 % в зависимости от типа растительности и степени увлажнённости.

Ключевые слова: растительность, естественные фитоценозы, урожайность, валовая энергия, антропогенные затраты, алас.

Аласы, как специфичные ландшафты, распространены по всей Центральной Якутии и представляют собой открытые пространства среди тайги, обычно в виде котловин с существующими или высохшими водоёмами. В этих котловинах формируются своеобразные почвы и растительность, расположенные концентрическими поясами вокруг водоёмов. Местное население во все времена (с приходом якутских скотоводческих племен) использовало луговую растительность аласов как кормовые угодья в виде сенокосов и пастбищ.

Роль аласных лугов в кормопроизводстве Центральной Якутии значительна, несмотря на их низкую урожайность: иногда во влажные годы валовый сбор сена сопоставим с пойменными лугами. Всего на территории Центральной Якутии выявлено около 16 000 аласов с общей площадью 4410 км2. В Лено-Амгинском междуречье (Заречная зона) имеется около 600 тыс. га естественных кормовых угодий (Босиков, 1991). Суходольные луга Якутии занимают 1067 тыс. га, или 68 % всей площади лугов. В большинстве суходольные луга представлены аласами, межаласными повышениями (15 %) и заброшенными пашнями среди тайги. Основная их часть (более 530 тыс. га сенокосов и 440 тыс. га пастбищ) сосредоточена в Заречной (Лено-Амгинское междуречье) и Вилюйской природно-экономических зонах, то есть в районах распространения аласных лугов.

Естественные фитоценозы оказывают разнообразное позитивное влияние на почвенную среду в результате процессов накопления мощной корневой массы и разложения растительных остатков. До сих пор нет данных о средообразующем потенциале естественных фитоценозов аласов при сенокосном использовании в зависимости от типа растительности и местоположения на различных ярусах.

Цель исследований — изучение средообразующего потенциала естественных фитоценозов в зависимости от местоположения на аласе Бээди, а также влияния аласных фитоценозов на накопление надземной, подземной массы, накопление валовой энергии (ВЭ) в корнях и поступление энергии в луговые экосистемы.

Методика исследований. Изучение средообразующего потенциала луговых аласных фитоценозов проводилось в Центральной Якутии (Заречная зона). Опытные участки размещены на аласе Бээди Дюпсюнского наслега Усть-Алданского улуса, расположенного в 160 км восточнее г. Якутска и в 60 км севернее с. Борогонцы. Алас Бээди — один из крупнейших аласов Центральной Якутии. Его площадь составляет более 1000 га, для хозяйственной деятельности используются 650 га, из которых примерно 500 га используются как сенокосы и пастбища. Рельеф аласа ровный, относится к котловинно-долинному типу, то есть соединён долинообразными ложбинами и перемычками с другими аласами. На аласе представлены все основные типы почв: остепнённые, луговые, заболоченные и болотные.

Опытные участки расположены на трёх растительных ярусах: верхнем, среднем и нижнем. Наблюдения и учёты проведены по общепринятым методикам ВНИИК. Ботаническое описание растительности по ярусам аласа Бээди проведено по методике Браун-Бланке кандидатом биологических наук Е. И. Троевой. Физические свойства аласных почв определены в лаборатории генезиса почв ИБПК СО РАН А. П. Чевычеловым.

Описание растительности верхнего яруса показало, что для него характерны ксерофитные растения, такие как ковыль волосатик, пырей ползучий, полевица Триниуса, тонконог тонкий. Почвы опытного участка в верхнем ярусе содержали в слое 0‒30 см гумуса 3,0 %, подвижного фосфора — 94 мг/кг почвы, обменного калия — 246 мг/кг почвы, рНсол — 6,8. В целом на верхнем ярусе аласа сформированы разнотравно-злаковые и пырейные фитоценозы.

Растительность среднего пояса аласа представлена ячменём короткоостистым, кровохлёбкой аптечной, василистником простым, мятликом луговым, бескильницей тонкоцветковой. Бескильница тонкоцветковая является средообразующим видом в средних поясах солончаковых аласных лугов Центральной Якутии. Она засухоустойчива, солеустойчива и по отношению к влаге является типичным ксеромезофитом. Бескильницевый фитоценоз среднего пояса аласа служил контрольным вариантом, так как бескильница тонкоцветковая является индикаторным видом данного яруса, и он наиболее изучен (Барашкова, Аргунов, 2008; Аржакова, Данилова, Аргунов, 2008; Барашкова, Аргунов, 2014).

Почва опытного участка среднего яруса дерново-луговая легкосуглинистая солончаковая. В слое 0‒30 см содержалось гумуса 3,7 %, подвижного фосфора — 419 мг/кг почвы, обменного калия — 408 мг/кг почвы, рНсол — 8,6. В среднем ярусе аласа распространены бескильницевые и пырейниковые фитоценозы. Тип засолённости почвы слабый, гидрокарбонатно-сульфитный.

В нижнем ярусе преобладают осоковые, лисохвостные и пырейно-бекманиевые фитоценозы. Нижний ярус характеризовался хорошим содержанием гумуса и очень высоким содержанием подвижного фосфора и обменного калия. Показатели реакции почв по солевой и водной вытяжке свидетельствуют о солончаковости и наличии карбонатно-сульфатной засолённости. Почвы опытного участка нижнего яруса содержали в слое 0‒30 см гумуса 5,8 %, подвижного фосфора — 875 мг/кг почвы, обменного калия — 549 мг/кг почвы, рНсол — 10,5.

Результаты исследований. В период исследований (2008‒2010 годы) с учётом увлажнённости естественные фитоценозы аласа при сенокосном использовании формировали различные урожаи сена в зависимости от яруса и типа растительности. Максимальная урожайность (1,95 т/га сухого вещества) получена на нижнем ярусе, в пырейно-бекманиевом фитоценозе. Минимальная урожайность (1,03 т/га сухого вещества) отмечена на пырейном фитоценозе среднего яруса. Низкая урожайность среднего яруса связана с интенсивным выпасом и гидрокарбонатно-сульфитным засолением мерзлотных почв. Накопление подземной массы в различных ярусах аласа изменялось в зависимости от типа растительности и степени увлажнения. Максимальное накопление корневой массы (13,45 т/га) получено в пырейниково-бекманиевом фитоценозе нижнего яруса, что превышало контрольный бескильницевый травостой на 8,1 т/га, или в 2,5 раза (табл. 1).

  1. Влияние растительности естественных фитоценозов на накопление подземной массы и валовой энергии в зависимости от местоположения на аласе
Состав травостоя Масса корней в слое 0‒20 см Коэффициент продуктивного действия корней Содержание валовой энергии, МДж/кг СВ Соотношение ВЭ подземной и надземной массы Накопление ВЭ в корнях, ГДж/га
т/га % к контролю подземная масса надземная масса
Верхний ярус разнотравно-злаковый 12,22 227 0,11 16,7 18,1 0,92 204,1
пырейный 7,20 133 0,20 16,6 18,7 0,88 119,5
Средний ярус бескильницевый (контроль) 5,36 100 0,24 16,6 18,1 0,91 89,1
разнотравно-пырейный 8,10 149 0,12 16,5 18,4 0,89 133,6
Нижний ярус пырейно-бекманиевый 13,45 250 0,14 16,6 18,1 0,91 223,2
лисохвостный 8,04 149 0,21 16,8 18,5 0,91 135,1

Масса корней дикорастущих растений в верхнем ярусе аласа изменялась от 7,20 до 12,22 т/га в зависимости от типа растительности. В травостое естественного фитоценоза, где преобладал пырей ползучий, масса корней была повышенной по сравнению с бескильницевым контрольным фитоценозом, это объясняется биологическими особенностями корневой системы данного вида. По мере повышения увлажнённости в нижнем ярусе масса корней пырея ползучего и бекмании увеличивалась в 2,5 раза. Коэффициент продуктивного действия корней увеличивался в зависимости от вида растений и их корневой системы. Так, в бескильницевом фитоценозе среднего яруса коэффициент продуктивного действия корней составлял 0,24, в пырейном верхнего яруса — около 0,20 и в лисохвостном фитоценозе нижнего яруса — 0,21, благодаря различным биологическим особенностям корневых систем луговых растений. Такое соотношение подземной массы к надземной характерно для корневых систем луговых растений в условиях криолитозоны, когда подземная масса корней превышает надземную фитомассу в 2‒9 раз из-за холодных температур почвы и низкой микробиологической деятельности мерзлотных почв (Дохунаев, 1988).

На дерново-луговых легкосуглинистых солончаковых почвах в слое 0‒20 см сформировалось 5,36‒13,45 т/га подземных органов при среднегодовых темпах накопления сухого вещества 1,0‒1,9 т/га. Оценка накопления валовой энергии в целом луговыми экосистемами определяется как сумма содержания данной энергии в надземной и подземной массе. Установлено, что накопление валовой энергии в корнях дикорастущих растений зависело от яруса и типа растительности, а также от особенностей корневых систем изучаемых видов.

Следует отметить, что максимальное накопление валовой энергии в корнях получено в пырейно-бекманиевом фитоценозе нижнего яруса (до 223,2 ГДж/га) при массе корней до 13,45 т/га и среднегодовых темпах накопления сухого вещества до 1,95 т/га. При этом соотношение подземной части к надземной по валовой энергии ниже единицы (0,91), это означает, что процессы новообразования, отмирания и разложения корней проходят непрерывно.

Следует отметить, что минерализация отмершей части подземных органов дикорастущих луговых растений происходит особенно активно при оптимальном увлажнении и сенокошении. В условиях криолитозоны преобладание накопления и замедленное разложение корневой массы являются важным фактором устойчивости луговых фитоценозов.

Следовательно, накопление корневой массы и минеральных веществ в корнях естественных дикорастущих трав определялось типом растительности, местоположением и увлажнённостью ярусов.

Для оценки эффективности продукционного процесса различных естественных фитоценозов в разных ярусах аласа определили отношение валовой энергии к совокупным антропогенным затратам (АК). Повышенный АК окупаемости сбором валовой энергии затрат на сенокошение и заготовку сена получен в пырейном фитоценозе верхнего яруса и достигал 7,4 раза (табл. 2). В бескильницевом контрольном фитоценозе среднего яруса АК окупаемости сбором валовой энергии снизился до 7,1. Установлено, что агроэнергетический коэффициент окупаемости сбором валовой энергии по всем ярусам аласа Бээди находился на одном уровне и зависел от урожайности.

  1. Агроэнергетическая эффективность аласных ярусов по сбору валовой энергии (2008‒2010 гг.)
Состав травостоя Сбор с 1 га Затраты антропогенной энергии, ГДж/га АК по сбору ВЭ, раз Фотосинтез фитоценозов Коэффициент использования ФАР, %
сухого вещества, т валовой энергии, ГДж ГДж/га % от сбора ВЭ
Верхний ярус разнотравно-злаковый 1,30 23,5 3,3 7,1 20,2 86 0,18
пырейный 1,47 27,4 3,7 7,4 23,7 86 0,22
Средний ярус бескильницевый (контроль) 1,30 23,5 3,3 7,1 20,2 85 0,18
разнотравно-пырейный 1,03 18,9 2,6 7,3 16,3 86 0,15
Нижний ярус пырейно-бекманиевый 1,95 35,3 4,9 7,2 30,4 86 0,28
лисохвостный 1,73 32,0 4,4 7,3 27,6 86 0,25
                 НСР05  4,6

В условиях Центральной Якутии ФАР (фотосинтетическая активная радиация) за вегетационный период при сумме температур +50С составляет 13 600 ГДж/га (Образцов, 2001). Сравнение затрат антропогенной энергии и потребления солнечной энергии показывает, что природный источник ФАР на аласных лугах по ярусам являлся определяющим фактором производства валовой энергии на сенокосе, и доля этого источника составляла 85‒86 % от сбора ВЭ. Коэффициент использования ФАР в пырейно-бекманиевом фитоценозе нижнего яруса повысился в 1,5 раза по сравнению с контролем. В других ярусах аласа коэффициент использования ФАР находился в пределах от 0,15 до 0,28 % в зависимости от типа растительности и степени увлажнённости.

Производство валовой энергии в аласных агроэкосистемах раскрывает их роль в современных биосферных процессах. В табл. 3 приведены показатели использования фотосинтетической активной радиации надземной массой естественных фитоценозов с учётом хозяйственной продуктивности и сравнение накопления валовой энергии с использованием ФАР агроэкосистемами в целом. Повышение величины накопления валовой энергии за счёт надземной и подземной массы фитоценозов в сумме с изменением энергоёмкости плодородия почвы существенно повысило все показатели использования солнечной энергии.

  1. Поступление энергии в луговые экосистемы за счёт фотосинтеза (в среднем за 2008‒2010 гг.)
Состав травостоя Производство ВЭ, ГДж/га Затраты ГДж/га Поступление энергии за счёт фотосинтеза
ГДж/га использование ФАР, %
надземной массой агроэкосистемой
Верхний ярус разнотравно-злаковый 255,2 3,3 252,0 0,18 2,36
пырейный 219,2 3,7 215,5 0,22 2,02
Средний ярус бескильницевый (контроль) 278,1 3,3 274,8 0,18 2,58
разнотравно-пырейный 174,7 2,6 172,1 0,15 1,61
Нижний ярус пырейно-бекманиевый 195,1 4,9 190,2 0,28 1,78
лисохвостный 147,7 4,4 143,3 0,25 1,34

Поступление валовой энергии за счёт фотосинтеза во многом определялось местоположением растительности по ярусам. Максимальное поступление валовой энергии за счёт фотосинтеза в аласной агроэкосистеме получено в среднем ярусе, в бескильницевом контрольном фитоценозе (274,8 ГДж/га). Наименьшее поступление валовой энергии за счёт ФАР (143,3 ГДж/га) отмечено в нижнем ярусе, в лисохвостном фитоценозе. При этом эффективность ФАР в нижнем ярусе при фотосинтезе растений пырейно-бекманиевого и лисохвостного фитоценозов повысилась от 0,28 до 0,25 % по сравнению с контролем за счёт повышенной урожайности. Эффективность фотосинтеза аласных ярусов показывает, что использование возобновляемого природного источника, солнечной энергии, имеет актуальное значение для самовозобновления и саморегуляции луговых аласных агроэкосистем.

Заключение. Впервые в условиях аласа Бээди на дерново-луговых легкосуглинистых солончаковых почвах в пырейно-бекманиевом фитоценозе нижнего яруса сформировалось максимальное количество корневой массы (до 13,45 т/га). Максимальное накопление валовой энергии в корнях получено в пырейно-бекманиевом фитоценозе нижнего яруса — до 223,2 ГДж/га. Соотношение подземной части к надземной по валовой энергии ниже единицы (0,91), это означает, что процессы  новообразования, отмирания и разложения корней проходят в непрерывно и активно.

Практическое значение состоит в том, что впервые в условиях Центральной Якутии определено содержание валовой энергии в надземной и подземной массе аласных фитоценозов с учётом агроэнергетической эффективности луговых экосистем по сбору валовой энергии в зависимости от различного местоположения. Это позволяет раскрыть роль природных, биологических факторов и фотосинтетически активной радиации в естественных экосистемах аласа Бээди.

Литература

  1. Аржакова А. П. Биологические особенности аласных почв Центральной Якутии / А. П. Аржакова, А. А. Данилова, А. Г. Аргунов // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. — 2008. — № 11. — С.5‒11.
  2. Босиков Н. П. Эволюция аласов Центральной Якутии / Н. П. Босиков. — Якутск, 1991. — 127 с.
  3. Барашкова Н. В. Продуктивность аласных лугов Лено-Амгинского междуречья в зависимости от вносимых удобрений / Н. В. Барашкова, А. Г. Аргунов // Кормопроизводство. — 2008. — № 6. — С.7‒9.
  4. Барашкова Н. В. Экологические особенности накопления корневой массы естественных фитоценозов в условиях аласа Бяди / Н. В. Барашкова, А. Г. Аргунов // Наука и образование. — 2014. — № 2. — С.36‒41.
  5. Дохунаев В. Н. Корневая система растений в мерзлотных почвах Якутии / В. Н. Дохунаев. — Якутск, 1988. — С.176.
  6. Методическое руководство по оценке потоков энергии в луговых агроэкосистемах. — Москва: ВНИИК им. В. Р. Вильямса, 2007.
  7. Методическое пособие по агроэнергетической и экономической оценке технологий и систем кормопроизводства / Б. П. Михайличенко, А. А. Кутузова, Ю. К. Новосёлов и др. — М.: РАСХН, 1995. — 173 с.
  8. Михайличенко Б. П. Методическое пособие по агроэнергетической оценке технологий и систем ведения кормопроизводства / Б. П. Михайличенко, А. С. Шпаков, А. А. Кутузова. — М.: РАСХН, 2000. — 52 с.
  9. Образцов А. С. Потенциальная продуктивность культурных растений / А. С. Образцов. — М.: ФГНУ «Росинформарготех», 2001. — 502 с.

 

ENVIRONMENT-FORMING POTENTIAL OF ALAS NATURAL GRASSLAND PHYTOCENOSES IN THE CENTRAL YAKUTIA

N. V. Barashkova, Dr. Agr. Sc.

A. P. Arzhakova, PhD Agr. Sc.

V. V. Ustinova, PhD Agr. Sc.

Institute of Biological Aspects of the Cryolithic zone, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

677980, Russia, The Sakha Yakutia republic, Yakutsk, Lenina prospect, 41

E-mail: Vasyona_8@mail.ru

Paper deals with environment-forming potential of natural grassland phytocenoses on alas in the Central Yakutia. For the first time phytocenosis environment-forming potential was evaluated on the base of gross energy flow, accumulation and consumption, determining the influence of sunlight and anthropogenic factors on grassland performance, depending on the location. Sod-podzolic saline soils with low clay content formed 5.36‒13.45 t ha-1 of roots, rootstocks etc. (at the depth of 0‒20 cm); annual average rate of dry matter accumulation being 1.0‒1.9 t ha-1. The highest yield of root gross energy of up to 223.2 GJ ha-1 happened for wild rye-slough grass phytocenoses. Gross energy ratio of shoots and roots made up 0.91, showing that mineralization of dead roots were constant and particularly active under the optimal humidification and cutting. In the cryolithic zone high accumulation and slow decomposition of root mass are the important factors of grassland stability. Coefficient of photosynthetically active radiation (PAR) increased by 1.5 times, compared to the control. On other alas storeys PAR coefficient varied within 0.15 and 0.28 %, depending on plant species and level of humidity.

Keywords: vegetation, natural phytocenosis, productivity, gross energy, anthropogenic costs, alas.

References

  1. Arzhakova A. P. Biologicheskie osobennosti alasnykh pochv Tsentralnoy Yakutii / A. P. Arzhakova, A. A. Danilova, A. G. Argunov // Sibirskiy vestnik selskokhozyaystvennoy nauki. — 2008. — No. 11. — P.5‒11.
  2. Bosikov N. P. Evolyutsiya alasov Tsentralnoy Yakutii / N. P. Bosikov. — Yakutsk, 1991. — 127 p.
  3. Barashkova N. V. Produktivnost alasnykh lugov Leno-Amginskogo mezhdurechya v zavisimosti ot vnosimykh udobreniy / N. V. Barashkova, A. G. Argunov // Kormoproizvodstvo. — 2008. — No. 6. — P.7‒9.
  4. Barashkova N. V. Ekologicheskie osobennosti nakopleniya kornevoy massy estestvennykh fitotsenozov v usloviyakh alasa Byadi / N. V. Barashkova, A. G. Argunov // Nauka i obrazovanie. — 2014. — No. 2. — P.36‒41.
  5. Dokhunaev V. N. Kornevaya sistema rasteniy v merzlotnykh pochvakh Yakutii / V. N. Dokhunaev. — Yakutsk, 1988. — P.176.
  6. Metodicheskoe rukovodstvo po otsenke potokov energii v lugovykh agroekosistemakh. — Moscow: VNIIK n. a. V. R. Vilyamsa, 2007.
  7. Metodicheskoe posobie po agroenergeticheskoy i ekonomicheskoy otsenke tekhnologiy i sistem kormoproizvodstva / B. P. Mikhaylichenko, A. A. Kutuzova, Yu. K. Novoselov et al. — Moscow: RASKhN, 1995. — 173 p.
  8. Mikhaylichenko B. P. Metodicheskoe posobie po agroenergeticheskoy otsenke tekhnologiy i sistem vedeniya kormoproizvodstva / B. P. Mikhaylichenko, A. S. Shpakov, A. A. Kutuzova. — Moscow: RASKhN, 2000. — 52 p.
  9. Obraztsov A. S. Potentsialnaya produktivnost kulturnykh rasteniy / A. S. Obraztsov. — Moscow: FGNU “Rosinformargotekh”, 2001. — 502 p.

Комментарии запрещены.