К вопросу об урожайности восстановленных лугово-степных формаций

УДК 631/581 (6.031)

К вопросу об урожайности восстановленных лугово-степных формаций

Пещанская Е. В.*, кандидат биологических наук

Кожевников В. И., кандидат сельскохозяйственных наук

Ставропольский ботанический сад им. В. В. Скрипчинского – филиал ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр», лаборатория флоры и растительности*

355029, Россия, г. Ставрополь, ул. Ленина, д. 478

E-mail: ekaterina108@mail.ru

Необходимость восстановления луговой степи центрального Ставрополья возникла ещё в середине прошлого столетия. Причиной тому послужило усиление воздействия антропогенных факторов на окружающую среду: распашка целины, промышленное и гражданское строительство, чрезмерный выпас скота, а также воздействие различного вида эрозий. В целях сохранения уникального природного комплекса степей с большим набором ценных и редких видов, а также в качестве опыта по восстановлению кормовых угодий в Ставропольском ботаническом саду в 1963 году были начаты исследования по интродукции дёрна. В период с 1963 по 1984 год на площади около 2 га были воссозданы фрагменты луговой степи. Изучение состояния искусственных ценозов, получение сравнительных данных в отношении видового состава, хозяйственно-ботанических групп, урожайности ценозов — важнейшие компоненты исследования. В качестве эталонов обследовались территории естественных целинных степей (эталоны) (г. Бучинка, г. Стрижамент, урочище Новомарьевская поляна) с доминантами, сходными с доминантами изучаемых участков, восстановленных дёрном («Бучинка», «Стрижамент», «Новомарьевская поляна»). Количество видов на эталонных участках составляет 65–92, на восстановленных участках — 83–103. Видовой состав максимально представлен разнотравьем: от 44 до 72 видов. Во всех выборках проб преобладают злаки (31,94–46,17%) и разнотравье (29,40–41,64%), значительный удельный вес приходится на сухие остатки (старику) — 7,61–28,64%. Масса бобовых колеблется в пределах от 0,85 до 11,01%, осок — от 0,1 до 13,83%. Урожайность травостоя восстановленных ценозов сохраняется высокой — 3,24–3,97 т/га. Показатели урожайности травостоя восстановленных формаций превышают показатели эталонов с разницей от 0,61 до 1,65 т/га.

Ключевые слова: восстановленные лугово-степные формации, посадка дёрна, фитоценозы, видовая насыщенность, хозяйственно-ботанические группы, урожайность.

Использование дёрна, взятого в природных условиях, имеет давнюю историю. Множество свидетельств о способах применения дёрна находятся в работах авторитетных учёных (Арчер, Банч, 1955; Краснов, 1980; Танфильев, 1901; Арнольди, 1974; Дударь, 1977; Кононов, 1940; Дзыбов, 1980). Одним из современных и весьма востребованных способов возобновления и создания травяных покрытий, созданных на базе опыта восстановления луговых степей дёрном, стал метод рулонных газонов, позволяющий в кратчайшие сроки получить качественный плотный травостой со сформированным дерновым покрытием.

Вопрос восстановления кормовых угодий в настоящее время весьма актуален. Исследования видового состава и урожайности восстановленных лугово-степных ценозов в сравнении с показателями эталонов позволят получить новые данные о характере протекания сукцессионных процессов в восстановленных фитоценозах.

В Ставропольском ботаническом саду идея восстановления лугов и степей посредством посадки дёрна родилась ещё до официального основания сада. Основная задача опыта — воссоздание естественных ценозов в окрестностях г. Ставрополя. В Ставропольском ботаническом саду в период с 1963 по1984 год на площади около 2 га был заложен опыт по восстановлению луговых степей методом посадки дёрна (Скрипчинский, 1977; Скрипчинский, Танфильев, 1971; Скрипчинский, 1973; Дударь, 1977; Гречушкина-Сухорукова, 2010; Пещанская, 2019) (рис. 1).

Рис. 1. Высадка дёрна на восстанавливаемом участке

Исследования, приобретшие статус долговременных, проводятся с момента закладки опыта по настоящее время. Одним из направлений является изучение продуктивности и её биологических составляющих восстановленных формаций в сравнении с природными эталонами. Показатели урожайности имеют высокую значимость для анализа особенностей формирования травостоя. Также одной из важнейших составляющих урожайности является видовое разнообразие. Чем шире спектр целинных видов растений, составляющих травостой, тем выше ценность травостоя.

Цель исследований — провести сравнительное изучение видового состава и урожайности восстановленных и эталонных лугово-степных ценозов.

Новизна исследований заключается в получении новых данных о характере сукцессионных процессов, проходящих в многолетних искусственно воссозданных луговых сообществах, получении сравнительных данных видового состава и урожайности воссозданных сообществ и эталонных участков.

Область применения: на основании результатов многолетних исследований метод восстановления дёрном может рассматриваться как базовый в вопросах разработки методик восстановления луговых степей, кормовых угодий и травяных покрытий различного назначения.

Методика исследований. Исследования проводятся в Ставропольском крае, в зоне неустойчивого увлажнения. Безморозный период — 180–190 дней, среднегодовое количество осадков — 630 мм, из них в тёплый период выпадает около 70%, более 35% от общего количества приходятся на май – июль. Максимум приходится на июнь (192 мм), а минимум — на февраль (28 мм). Летом дожди имеют ливневый характер, сопровождаются грозами, иногда градом. Объект исследований — восстановленные луговые степи Ставропольского ботанического сада (640 м над уровнем моря) и эталоны целинных природоохранных территорий в окрестностях г. Ставрополя: г. Бучинка (587,7 м над уровнем моря), г. Стрижамент (831 м над уровнем моря), урочище Новомарьевская поляна (550 м над уровнем моря). Почвы представлены слабо выщелоченными деградированными чернозёмами. Глубина гумусового горизонта — 31–45 см. На территории г. Ставрополя и его окрестностей, в местах проведения исследований, расположен верхний холоднородниковский горизонт Ставропольской свиты, который сложен известняками, ракушечниками, песчаниками и песками. Глубина его залегания варьируется (Гниловской, 1953; Савельева, 2002). Так, в Ставропольском ботаническом саду под территориями, занимаемыми восстановленными луговыми степями, ракушечник встречается на глубине 35–80 см, на эталонах, в местах проведения исследований, ракушечник расположен на глубине 10–30 см, часто с выходом на поверхность. Исследования проводились в соответствии с «Методическими указаниями по восстановлению и изучению травянистых сообществ» (Дударь, 1976). Работа на эталонных и экспериментально-экспозиционных участках, воссозданных методом посадки дёрна в 1963–1984 годах, ведётся стационарным, экспедиционным и лабораторным методами. Во время проведения геоботанических обследований на каждом участке проводятся описания видовой насыщенности и обилия видов, промеры травостоя, изучается урожайность:

1. учёт видовой насыщенности на 100 м² проводится в период цветения максимального количества доминантов травостоя; отмечаются проективное покрытие, ярусность, наличие подстилки;
2. высота травостоя измеряется в верхнем и среднем ярусах;
3. учёт урожайности проводится на пробных площадках 0,5 м² в шестикратной повторности, период цветения максимального количества доминантов травостоя — на эталонных и восстановленных участках; учитывается зелёная (методом взвешивания сразу после скашивания) и воздушно-сухая масса пробного снопа;
4. для определения процентного содержания хозяйственно-ботанических групп в травостое проводится разбор учётных снопов.

Результаты исследований. В качестве эталонов были обследованы территории естественных целинных степей (эталоны) (г. Бучинка, г. Стрижамент, урочище Новомарьевская поляна) с доминантами, сходными с доминантами участков, восстановленных дёрном («Бучинка», «Стрижамент», «Новомарьевская поляна» (табл. 1). Количество видов на эталонных участках составляет 65–92, на восстановленных участках — 83–103 вида. Видовой состав максимально представлен разнотравьем: от 44 до 72 видов. Злаки встречаются в количестве 10–17 видов, бобовые — 7–12, осоки — 1–2 видов. Коэффициент общности (по Жаккару) обследованных участков находится в пределах от 33,3 до 48,6%, минимальный — на участке «Стрижамент», максимальный — на участке «Новомарьевская поляна». Несмотря на то что восстановленным участкам около 60 лет, максимально сохранились целинные виды на участках «Новомарьевская поляна» (46 видов) и «Бучинка» (35 видов).

1. Флористическая характеристика эталонных и восстановленных посадкой дёрна участков луговой степи (2015 г.)

При определении хозяйственно-ботанических групп растений восстановленных и эталонных формаций в процентном соотношении к воздушно-сухой массе пробы (рис. 2) следует отметить, что во всех выборках максимально представлена злаково-разнотравная составляющая (31,94–46,17 и 29,40–41,64% соответственно), значительный удельный вес приходится на сухие остатки (старику) — 7,61–28,64%. Масса бобовых колеблется в пределах от 0,85 до 11,01%, осок — от 0,1 до 13,83%. На восстановленных участках выше доля злаков (36,27–46,17%), разнотравья (34,59–41,64%) и бобовых (8,95–11,01%). На эталонных участках выше доля осок (6,97–13,83%) и сухих остатков (19,8–28,64%).

Рис. 2. Хозяйственно-ботанические группы в травостое восстановленных и эталонных формаций в процентном соотношении к воздушно-сухой массе пробы, % (2015 г.)

При изучении показателей высоты травостоя (рис. 3) установлено, что в целом высота травостоя как верхнего, так и среднего яруса на участках восстановленных формаций выше, чем на эталонных. При этом средняя высота на восстановленных участках колеблется от 25 до 130 см, максимальная — от 70 до 180 см. На эталонных участках те же показатели находятся в пределах от 20 до 60 см и от 40 до 120 см.

Рис. 3. Высота травостоя эталонных и восстановленных лугово-степных ценозов, см (2015 г.)

Общая урожайность травостоя восстановленных формаций сохраняется высокой — 3,24–3,97 т/га. Показатели урожайности травостоя восстановленных формаций превышают показатели эталонов с разницей от 0,61 т/га («Стрижамент») до 1,65 т/га («Бучинка»). Минимальный показатель урожайности среди исследованных восстановленных формаций на участке «Стрижамент» — 3,24 т/га, максимальный — на участке «Новомарьевская поляна» — 3,97 т/га. Показатели урожайности эталонных участков находятся в пределах от 1,64 т/га (г. Бучинка) до 2,73 т/га (Новомарьевская поляна). Согласно статистической обработке, достоверная прибавка урожайности в сравнении с эталоном получена только на участке «Бучинка» (рис. 4, 5).

Рис. 4. Учёт урожайности на восстановленном участке

Рис. 5. Урожайность травостоя эталонных и восстановленных степных формаций, т/га (2015 г.)

Заключение. В результате проведённого изучения установлено, что восстановленные участки являются многовидовыми сообществами. При восстановлении луговых степей методом посадки дёрна в травостое сохраняются целинные виды, травостой преимущественно злаково-разнотравный с элементами бобовых и осок. Максимально целинные виды сохранились на участках «Новомарьевская поляна» (46 видов) и «Бучинка» (35 видов). Видовая насыщенность на обследованных восстановленных участках выше, чем на эталонах (83–103 и 65–92 вида соответственно). Также высота травостоя как верхнего, так и среднего яруса на участках восстановленных формаций выше, чем на эталонных (70–180 и 25–130 см — восстановленные, 20–60 и 40–120 см — эталоны соответственно). Урожайность травостоя восстановленных формаций сохраняется высокой — 3,24–3,97 т/га. Показатели урожайности травостоя восстановленных формаций превышают показатели эталонов с разницей от 0,61 т/га («Стрижамент») до 1,65 т/га («Бучинка»).

Хозяйственно-ботаническая составляющая урожайности восстановленных и эталонных формаций в процентном соотношении к воздушно-сухой массе пробы выражена следующим образом: во всех выборках максимально представлены злаки и разнотравье (31,94–46,17 и 29,40–41,64% соответственно), значительный удельный вес приходится на сухие остатки (старику) — 7,61–28,64%. Масса бобовых колеблется в пределах от 0,85 до 11,01%, осок — от 0,1 до 13,83%. На восстановленных участках выше доля злаков (36,27–46,17%), разнотравья (34,59–41,64%) и бобовых (8,95–11,01%). На эталонных участках выше доля осок (6,97–13,83%) и сухих остатков (19,8–28,64%).

Разница показателей урожайности между восстановленными и эталонными формациями обусловлена высотой почвенного горизонта, лимитируемого плитами близко залегающего ракушечника, благодаря которому в летний период происходит быстрая потеря почвенной влаги, отрицательно отражающаяся на урожайности и высоте травостоя на эталонах. Кроме того, на развитие травостоя имеет существенное влияние расположение учётных площадок. Так, эталонные участки расположены в открытых, хорошо продуваемых местах указанных территорий, в то время как восстановленные формации в ботаническом саду со всех сторон окружены древесными насаждениями, которые способствуют формированию микроклимата, благоприятного для сохранения почвенной влажности. Эти факторы, а также конкуренция видов в травостое влияют на процент содержания хозяйственно-ботанических групп в пробах. Одной из причин формирования показателей видовой насыщенности является обмен семян, который происходит в связи с относительно небольшими территориями (2 га) и близким соседством восстановленных лугово-степных фитоценозов.

В целом опыт по восстановлению луговых степей дёрном может быть использован для разработки ускоренных методов восстановления лугово-степных фитоценозов различного назначения.

Литература

1. Арчер С. Луга и пастбища Америки / С. Арчер, К. Банч. — М.: Издательство иностранной литературы, 1955. — С.106–124.

2. Краснов А. Н. Харьковский университетский сад и его новые задачи / А. Н. Краснов // Харьковский сборник. — 1980. — Вып. 4.

3. Танфильев Г. И. Опыт перенесения степи в Петербурге / Г. И. Танфильев. — Почвоведение, 1901.

4. Арнольди В. М. Ботанический сад императорского Харьковского университета / В. М. Арнольди. — Зап. Харьк. ун-та, 1974. — Вып. 2.

5. Кононов В. Н. Весенняя смена аспектов на степных участках в окрестностях г. Ворошиловска / В. Н. Кононов // Труды Ворошиловского пединститута. — 1940. — Вып. 2.

6. Скрипчинский В. В. К постановке вопроса об интродукции растительных сообществ / В. В. Скрипчинский // Труды СНИИСХ. — 1977. — Вып. 43. — С.70–77.

7. Дударь Ю. А. Методические указания по восстановлению и изучению травянистых сообществ / Ю. А. Дударь. — Ставрополь, 1976. — 58 с.

8. Искусственное восстановление первичных типов растительности как основной части природных биоценозов / В. В. Скрипчинский, В. Г. Танфильев, Ю. А. Дударь, Л. И. Пешкова // Ботанический журнал. — 1971. — Т. 56. — № 12. — С.1–12.

9. Скрипчинский В. В. Опыт искусственного воссоздания разрушенных фитоценозов / В. В. Скрипчинский // Известия Северо-Кавказского научного центра высшей школы. Естественные науки. — 1973. — № 3. — С.17–20.

10. Дударь Ю. А. Интродукция фитоценозов / Ю. А. Дударь // Труды СНИИСХ. Интродукция, акклиматизация и введение в культуру хозяйственно ценных растений. — 1977. — Вып. 42. — С.108–115.

11. Дзыбов Д. С. Об оформлении степи методом посадки дёрна при сенокосном режиме / Д. С. Дзыбов // Труды СНИИСХ. Луга Ставропольского края. — Ставрополь, 1980. — С.68–82.

12. Гречушкина-Сухорукова Л. А. Полвека опыту по восстановлению лугово-степных ценозов методом посадки дёрна в Ставропольском ботаническом саду / Л. А. Гречушкина-Сухорукова, Е. В. Пещанская // Теоретические и прикладные проблемы использования, сохранения и восстановления биологического разнообразия травяных экосистем: материалы международной научной конференции. — Ставрополь: Издательство «АГРУС», 2010. — С.116–118.

13. Пещанская Е. В. К вопросу о восстановлении луговых степей методом посадки дёрна в Ставропольском ботаническом саду / Е. В. Пещанская // Флора и заповедное дело на Кавказе: история и современное состояние изученности: материалы международной конференции, посвящённой 130-летию Перкальского дендрологического парка (Перкальского арборетума). — Пятигорск, 2019. — С.71–72.

14. Гниловской В. Г. Особенности геоморфологии северо-западных склонов Ставропольских высот / В. Г. Гниловской // Материалы по изучению Ставропольского края. — Ставрополь: Книжное издательство, 1953. — Вып. 5. — 215 с.

15. Савельева В. В. Природа города Ставрополя: учебное пособие / В. В. Савельева. — Ставрополь: Ставропольсервисшкола, 2002. — 192 с.

Productivity of restored grassland-steppe ecosystems

Peshchanskaya E. V.*, PhD Biol. Sc.

Kozhevnikov V. I., PhD Agr. Sc.

Stavropol Botanical Garden n. a. V. V. Skripchinskiy – branch of the Northern Caucasus Federal Agrarian Research Center, laboratory of Flora and Vegetation*

355029, Russia, Stavropol, Lenina str., 478

E-mail: ekaterina108@mail.ru

Restoration of grasslands became important in the Central Stavropol region in the middle of the last century. The reason was an increased anthropogenic effect: plowing, industrial and civil engineering, cattle grazing and erosion. Experiments on turf introduction got started at the Stavropol Botanical Garden in 1963 to preserve and restore the unique natural steppe area with a large number of valuable and rare species. Fragments of steppe were grown on 2 ha area from 1963 to 1984. The investigation focused on ecosystem conditions, species composition, botanical groups and yield. Natural steppes performed as controls (Buchinka, Strizhament, Novomaryevskaya Polyana) having similar dominant species as the trial areas. Control areas contained 65–92 species, the restored ones — 83–103. There were 44–72 different grass species grown. Proportions of gramineous averaged to 31.94–46.17%, grass mixtures — 29.40–41.64%, grassland litter — 7.61–28.64%. Contents of legumes varied within 0.85–11.01%, sedge — 0.1–13.83%. Grass productivity of the restored area was high — 3.24–3.97 t ha^-1. It exceeded the one of the natural areas by 0.61–1.65 t ha^-1.

Keywords: restored grassland, steppe, formation, seeding, turf, ecosystem, species saturation, botanical group, productivity.

References

1. Archer S. Luga i pastbishcha Ameriki / S. Archer, K. Banch. — Moscow: Izdatelstvo inostrannoy literatury, 1955. — P.106–124.

2. Krasnov A. N. Kharkovskiy universitetskiy sad i ego novye zadachi / A. N. Krasnov // Kharkovskiy sbornik. — 1980. — Iss. 4.

3. Tanfilev G. I. Opyt pereneseniya stepi v Peterburge / G. I. Tanfilev. — Pochvovedenie, 1901.

4. Arnoldi V. M. Botanicheskiy sad imperatorskogo Kharkovskogo universiteta / V. M. Arnoldi. — Zap. Khark. un-ta, 1974. — Iss. 2.

5. Kononov V. N. Vesennyaya smena aspektov na stepnykh uchastkakh v okrestnostyakh g. Voroshilovska / V. N. Kononov // Trudy Voroshilovskogo pedinstituta. — 1940. — Iss. 2.

6. Skripchinskiy V. V. K postanovke voprosa ob introduktsii rastitelnykh soobshchestv / V. V. Skripchinskiy // Trudy SNIISKh. — 1977. — Iss. 43. — P.70–77.

7. Dudar Yu. A. Metodicheskie ukazaniya po vosstanovleniyu i izucheniyu travyanistykh soobshchestv / Yu. A. Dudar. — Stavropol, 1976. — 58 p.

8. Iskusstvennoe vosstanovlenie pervichnykh tipov rastitelnosti kak osnovnoy chasti prirodnykh biotsenozov / V. V. Skripchinskiy, V. G. Tanfilev, Yu. A. Dudar, L. I. Peshkova // Botanicheskiy zhurnal. — 1971. — Vol. 56. — No. 12. — P.1–12.

9. Skripchinskiy V. V. Opyt iskusstvennogo vossozdaniya razrushennykh fitotsenozov / V. V. Skripchinskiy // Izvestiya Severo-Kavkazskogo nauchnogo tsentra vysshey shkoly. Estestvennye nauki. — 1973. — No. 3. — P.17–20.

10. Dudar Yu. A. Introduktsiya fitotsenozov / Yu. A. Dudar // Trudy SNIISKh. Introduktsiya, akklimatizatsiya i vvedenie v kulturu khozyaystvenno tsennykh rasteniy. — 1977. — Iss. 42. — P.108–115.

11. Dzybov D. S. Ob oformlenii stepi metodom posadki derna pri senokosnom rezhime / D. S. Dzybov // Trudy SNIISKh. Luga Stavropolskogo kraya. — Stavropol, 1980. — P.68–82.

12. Grechushkina-Sukhorukova L. A. Polveka opytu po vosstanovleniyu lugovo-stepnykh tsenozov metodom posadki derna v Stavropolskom botanicheskom sadu / L. A. Grechushkina-Sukhorukova, E. V. Peshchanskaya // Teoreticheskie i prikladnye problemy ispolzovaniya, sokhraneniya i vosstanovleniya biologicheskogo raznoobraziya travyanykh ekosistem: materialy mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii. — Stavropol: Izdatelstvo “AGRUS”, 2010. — P.116–118.

13. Peshchanskaya E. V. K voprosu o vosstanovlenii lugovykh stepey metodom posadki derna v Stavropolskom botanicheskom sadu / E. V. Peshchanskaya // Flora i zapovednoe delo na Kavkaze: istoriya i sovremennoe sostoyanie izuchennosti: materialy mezhdunarodnoy konferentsii, posvyashchennoy 130-letiyu Perkalskogo dendrologicheskogo parka (Perkalskogo arboretuma). — Pyatigorsk, 2019. — P.71–72.

14. Gnilovskoy V. G. Osobennosti geomorfologii severo-zapadnykh sklonov Stavropolskikh vysot / V. G. Gnilovskoy // Materialy po izucheniyu Stavropolskogo kraya. — Stavropol: Knizhnoe izdatelstvo, 1953. — Iss. 5. — 215 p.

15. Saveleva V. V. Priroda goroda Stavropolya: uchebnoe posobie / V. V. Saveleva. — Stavropol: Stavropolservisshkola, 2002. — 192 p.