Особенности формирования фитоценоза многолетних трав на Крайнем Севере

Введение . Увеличение техногенно нарушенных территорий на Крайнем Севере происходит в основном из-за освоения нефтегазовых месторождений, строительства автомобильных и железных дорог, а также вахтовых поселков [1–5]. Повышенная ранимость и хрупкость природных ландшафтов Крайнего Севера обусловлена нестабильностью многолетнемерзлых пород и резкими колебаниями абиотических условий [6, 7]. При полном нарушении живого напочвенного покрова [8] восстановительные процессы не успевают за развивающимися разрушениями, вызванными антропогенной нагрузкой на них [9]. Основными причинами низких темпов восстановительных процессов в зоне тундры являются малочисленность популяций и слабое распространение зачатков возобновления [1, 2]. Ограниченное самовосстановление фитоценоза возможно на грунтах, сложенных торфяниками, или грунтах, имеющих в своем составе глинистую фракцию, с достаточным содержанием азота, фосфора и калия [10–13], но не на легких по гранулометрическому составу «безжизненных» инертных песках [14, 15].

Восстановление растительности при полном уничтожении аборигенных фитоценозов возможно за счет посева районированных многолетних трав в составе многокомпонентной травосмеси [16, 17]. При создании искусственных фитоценозов необходимо учитывать и меняющиеся гидротермические условия нарушенных грунтов [18] и учитывать их при подборе видов многолетних трав для залужения [19]. Многолетние травы для восстановления живого напочвенного покрова Крайнего Севера должны быть устойчивы к низким температурам, переувлажнению почв, подтоплению талыми водами в весенний период. Обладать засухоустойчивостью, так как в тундре [20]

нередко начало летнего сезона бывает бездожд-ливым и сопровождается иссушающими ветрами. При разработке агромелиоративных мероприятий [1] по восстановлению нарушенных природных ландшафтов необходимо руководствоваться апробированными рекомендациями [21, 22].

Цель исследований. Установление особенностей формирования фитоценоза многолетних трав на песчаных грунтах Ямало-Ненецкого автономного округа.

Материал и методы исследований . Полевой опыт по изучению влияния агромелиоративных приемов на развитие и продуктивность многолетних трав заложен в 2015 г. в лесотундровой зоне Ямало-Ненецкого автономного округа на песчаном сухоройном карьере, расположенном в 15 км от г. Салехарда. Опыт заложен согласно общепринятым методикам. Схемы опытов будут представлены в ходе дальнейшего изложения материала.

Использован торф переходного типа с pH_сол 4,0–5,5. Норма высева семян овсяницы красной^. составила 60 кг/га, доза минеральных удобрений - N 90 P 90 K 90 . Площадь делянок в вариантах с торфом 62 м², с доломитовой мукой – 12 м². Варианты с нормами доломитовой муки располагались поперек делянок с различными нормами торфа. Повторность двухфакторного опыта - трехкратная. Фенологические наблюдения проводили через каждые 5 дней с момента отрастания трав. Проводили определение корневой массы по слоям путем отбора почвенных монолитов размером 20×30 см в пятикратной повторности. Густоту стояния растений определяли в фазу полных всходов. Урожайность трав – методом сплошного учета с отбором образца массой 1 кг для определения сухого вещества.

Опыт по изучению действия минеральных удобрений на урожай овсяницы красной располагался на этом же карьере, схема опыта приведена при изложении результатов исследований.

Результаты и их обсуждение . В результате многолетних исследований установлено, что создание плодородного слоя с помощью торфа и внесения доломитовой муки на фоне внесения

(NPK) 90 обеспечило достаточно активное развитие многолетних трав и формирование прочной дернины на песчаном грунте. Количество продуктивных побегов в варианте опыта примерно в два раза превышало их величину на контроле (без внесения торфа и доломитовой муки) (табл.1).

Таблица 1

Вариант опыта		Количество продуктивных побегов по годам жизни многолетних трав, шт/м2				Высота растений, см
Норма торфа, тыс. м3/га	Норма доломитовой муки, т/га
		второй	третий	четвертый	Среднее за 3 года
0	0	8	320	168	165	41
0,5	0	32	615	392	346	58
	2	56	568	476	367	64
	4	76	574	502	384	69
	6	68	582	448	366	72
	8	96	559	475	376	70
1,0	0	116	672	406	398	62
	2	212	712	559	494	71
	4	244	750	608	534	69
	6	308	718	477	501	74
	8	344	735	612	564	73
1,5	0	260	688	543	497	65
	2	368	780	634	594	73
	4	492	836	681	670	69
	6	437	892	625	651	71
	8	468	840	702	670	68
	–	–	–	НСР 05	*76 **173	–

Примечание : * НСР₀₅ – по норме торфа; ** НСР₀₅ – по норме доломитовой муки.

Влияние торфа и доломитовой муки на плотность травостоя

Увеличение нормы торфа в 2 раза повысило количество побегов многолетних трав на 52 шт/м2 (15 %), в 3 раза - на 151 шт/м2 (43,6 %). Полученные результаты показывают эффективность внесения высоких норм торфа и увеличение общего числа продуктивных побегов в опыте.

Известкование также оказывает положительное влияние на развитие побегов многолетних трав. При этом эффективность внесения доломитовой муки зависит от нормы торфа. Так, при внесении 0,5 тыс. м3/га торфа известкование повышало количество продуктивных побегов на 21–36 шт/м2 (6,1–11,0 %); 1,0 тыс. м3/га – на 96–166 шт/м2 (24,1–41,7 %); 1,5 тыс. м3/га – на 97–173 шт/м2 (19,5–34,8 %).

При рекультивации нарушенных земель важнейшим показателем является накопление корневой массы, которая определяет устойчивость ландшафта, его сопротивляемость эрозионным процессам [1]. В наших исследованиях на контрольных делянках основная часть корневой массы (58 %) располагалась в слое почвы 0–10 см (табл. 2).

Таблица 2

Вариант опыта		Слой почвы, см				В слое 0–20
Норма торфа, тыс. м3/га	Норма доломитовой муки, т/га
		0–10	10–20	20–30	0–30	т/га	%
0	0	0,29	0,14	0,07	0,50	0,43	86,0
0,5	0	0,41	0,28	0,11	0,80	0,69	86,2
	2	0,54	0,31	0,19	1,04	0,85	81,7
	4	0,81	0,56	0,28	1,65	1,37	83,0
	6	1,07	0,69	0,34	2,10	1,76	83,8
1,0	0	0,59	0,31	0,16	1,06	0,90	84,9
	2	0,67	0,39	0,21	1,27	1,06	83,5
	4	0,99	0,61	0,32	1,92	1,60	83,3
	6	1,25	0,74	0,43	2,42	1,99	82,2
	НСР 05	*0,79 **0,62	0,59 0,39	0,36 0,23	1,52 1,39	1,46 1,16	–

Примечание : * НСР₀₅ – по норме торфа; ** НСР₀₅ – по норме доломитовой муки.

Накопление и распределение корневой массы многолетних трав в зависимости от нормы торфа и доломитовой муки, т/га

На глубине 10–20 см ее было уже в 2 раза меньше. Самое низкое количество корневой массы (14 %) определено в слое 20–30 см. Обусловлено это прежде всего снижением температуры почвы вниз по профилю из-за близкого залегания мерзлоты. В целом необходимо отметить слабое развитие корневой системы многолетних трав по причине дефицита питательных веществ и высокой кислотности песчаного грунта.

Внесение 0,5 тыс. м3/га торфа увеличило массу корней многолетних трав в слое 0–30 см на 0,3 т/га (60 %), 1,0 тыс. м3/га – в 4,2 раза (212 %). При этом распределение массы корней по профилю грунта практически не изменилось. Положительное действие торфа резко возрастает на фоне известкования. Например, при внесении 0,5 тыс. м3/га торфа масса корней в слое 0–30 см была равна 0,8 т/га, в сочетании с доломитовой мукой она увеличилась в 1,3–2,6 раза. Максимальная масса корней получена на варианте внесения 8 т/га доломитовой муки. Увеличение нормы торфа до 1 тыс. м3/га также способствует повышению эффективности известкования, но в меньших абсолютных величинах. Так, известкование нормой 2 т/га на фоне внесения торфа 1,0 тыс. м3/га увеличило массу корней всего на

0,23 т/га (22 %) по сравнению с вариантом внесения 0,5 тыс. м3/га. При использовании 6 т/га доломитовой муки разница составила 0,27 т/га (16,4 %), 8 т/га – 0,32 т/га (15,2 %). Полученные результаты показывают, что корневая система многолетних трав активно развивается при создании плодородного слоя за счет внесения торфа и доломитовой муки.

В соответствии с различным состоянием травостоя находилась и его продуктивность (табл. 3). На песчаном грунте в варианте опыта без внесения торфа (контроль) растения были самыми редкими и низкорослыми (30–40 см), соответственно и сухая масса трав здесь наблюдалась минимальная – 0,39–0,69 т/га. Внесение торфа нормой 0,5 тыс. м3/га позволило увеличить надземную биомассу растений в 2,9 раза в среднем за три года. Прибавка урожая трав в этом случае была равна 0,89 т/га. При дальнейшем повышении нормы торфа до 1,5 тыс. м3/га урожайность сухой массы многолетних трав увеличилась менее значительно, в пределах 0,35–0,45 т/га (25,7–33,0 %). Особо необходимо отметить, что при внесении 1,5 тыс. м3/га торфа сбор сухой массы трав возрастает всего на 0,1 т/га (7,3 %) по сравнению с его нормой 1,0 тыс. м3/га.

Таблица 3

Урожайность сухой массы многолетних трав в зависимости от нормы торфа и доломитовой муки

Вариант опыта		Урожайность, т/га				Прибавка урожайности, т/га
Норма торфа, тыс. м3/га	Норма доломитовой муки, т/га	2016 г.	2017 г.	2018 г.	Среднее за 3 года
0	0	0,39	0,69	0,34	0,47	–
0,5	0	1,52	1,64	0,94	1,36	0,89
	2	1,73	2,04	1,55	1,77	1,30
	4	1,85	2,01	1,58	1,81	1,34
	6	1,99	2,12	1,55	1,88	1,41
	8	20,9	2,02	1,64	1,91	1,44
1,0	0	2,46	1,56	1,12	1,71	1,24
	2	2,49	2,56	1,83	2,29	1,82
	4	2,63	2,61	1,82	2,34	1,87
	6	2,73	2,46	1,94	2,38	1,97
	8	2,69	2,54	1,87	2,37	1,89
1,5	0	2,52	1,70	1,23	1,81	1,34
	2	3,10	2,50	1,80	2,46	1,99
	4	2,95	2,62	1,84	2,47	2,00
	6	3,11	2,42	1,75	2,42	1,95
	8	2,93	2,44	1,80	2,39	1,92
НСР 05		*2,4 **3,1	1,6 2,1	0,6 0,7	1,5 2,0
Примечание : * Н	СР05 – по норме торфа; ** НС		Р05 – по норме доломитовой муки.

Применение доломитовой муки даже в минимальных дозах обеспечило дополнительный сбор сухого вещества многолетних трав от 0,41 до 1,1 т/га. Наиболее эффективным было внесение доломитовой муки в варианте опыта с нормой торфа 1,0 тыс. м3/га. Максимальная урожайность сухой массы здесь достигла 2,38 т/га. Прибавка урожая по сравнению с контролем составила 1,91 т/га в среднем за 3 года.

Незначительно повысилась урожайность сухой массы трав в варианте опыта с нормой торфа 1,5 тыс. м3/га, однако эта прибавка находит- ся в несущественных пределах. С повышением дозы доломитовой муки с 2 до 8 т/га особых различий в урожае не отмечается на всех вариантах норм торфа.

Математическая обработка данных по урожаю трав в опыте показывает достоверность разницы на уровне НСР 05 только между вариантами норм торфа 0,5 и 1,0 тыс. м³/га и между контролем и дозами доломитовой муки 2–8 т/га. Разница в урожае трав между дозами доломитовой муки оказалась несущественной (табл. 4).

Таблица 4

Норма торфа (А), тыс. м3/га	Норма доломитовой муки (В), т/га					Среднее по фактору А (НСР0 5= 15)
	0	2	4	6	8
0,5	1,36	1,77	1,81	1,88	1,91	1,7 0 4 5=1,5
1,0	1,71	2,29	2,34	2,37	2,36	2,21
1,5	1,81	2,46	2,47	2,42	2,39	2,31
Среднее по фактору В (НСР 05=2,0 )	1,62	2,17	2,20	2,22	2,22	2,08

Влияние торфа и доломитовой муки на урожайность сухой массы многолетних трав (среднее за 2016–2018 гг.)

Следовательно, для создания прочной дернины на выработанных песчаных карьерах наиболее эффективно и экономично вносить торф в норме 0,5–1,0 тыс. м3/га, а оптимальная доза доломитовой муки должна составлять при этом не менее 2 т/га.

Контроль опыта, где удобрения не применялись, отличался редким травостоем высотой не более 10 см с продуктивностью 0,3-0,36 т/га су- хой массы. Внесение минеральных удобрений (нитроаммофоска) в количестве N45P45K45 даже по фону минимального высева семян трав (40 кг/га) резко увеличило сбор сухого вещества. Прибавка урожая в этом варианте опыта составила 2,25 т/га (850 %). При дальнейшем увеличении дозы минеральных удобрений также наблюдается рост урожайности многолетних трав, хотя и менее значительно, чем в первом случае (табл. 5).

Таблица 5

Урожайность сухой массы многолетних трав в зависимости от нормы высева и минеральных удобрений

Вариант опыта		Урожайность, т/га			Прибавка урожайности, т/га
Норма семян, т/га	Норма удобрений, кг/га	2017 г.	2018 г.	Среднее за 2 года
40	0	0,31	0,29	0,30	-
	N45P45K45	2,73	2,38	2,55	2,25
	N90P90K90	3,33	3,05	3,19	2,89
	N135P135K135	4,25	3,48	3,86	3,56
80	0	0,41	0,32	0,36	0,06
	N45 P45K45	3,25	2,63	2,94	2,64
	N90P90K90	3,70	3,48	3,59	3,29
	N135P135K135	4,78	3,95	4,36	4,06
НСР 05		*0,1 **0,14	0,16 0,22	0,13 0,18

Примечание : * НСР₀₅ – по норме семян; ** НСР₀₅ – по норме удобрений.

Максимальная урожайность сухой биомассы трав была в варианте N 135 P 135 K 135 - 3,86 т/га, что в 12,9 раза выше контрольного варианта. В этом варианте удобрений наблюдалась и самая высокая плотность растений - до 730 шт/м², а при посеве с повышенной нормой семян (80 кг/га) – до 850 шт/м².

Еще более высокая продуктивность многолетних трав зафиксирована при посеве семян с двойной нормой - 80 кг/га. В варианте удобрений N135P135K135 плотность травостоя и его урожайность в среднем за два года были самыми высокими – 4,36 т/га. Наблюдаемые отклонения по урожайности как между контролем (без удобрений) и вариантами удобрений, так и между их различными дозами математически достоверны на уровне НСР05. Аналогичная достоверность прибавок урожайности получена по вариантам норм высева многолетних трав.

Выводы

• 1.    Количество продуктивных побегов многолетних трав через 4 года после посева при внесении 0,5–1,0 тыс. м³/га торфа превышало в 2 раза их величину на контроле, 1,5 тыс. – в 3 раза. На фоне 0,5 тыс. м³/га торфа отмечено положительное влияние известкования, в результате чего произошло увеличение количества побегов на 6,1–11,0 %, 1,0 тыс. – 24,1–41,7 %, 1,5 тыс. – на 19,5–34,8 %.

• 2.    На песчаных грунтах в условиях Крайнего Севера установлено слабое развитие корневой системы многолетних трав и распределение основной ее части в слое 0–10 см. Совместное внесение торфа (0,5-1,0 тыс.м³/га) и доломитовой муки (6-8 т/га) увеличивает массу корней в слое 0–10 см соответственно на 0,52–0,78 и 0,70-0,96 т/га. Для слоя 0,30 м эти величины составляют 1,15–1,60 и 1,42–1,92 т/га.

• 3.    При применении торфа в нормах 0,5– 1,0 тыс.м³/га максимальная прибавка биомассы многолетних трав составила 0,89-1,24 т/га сухого вещества. Торф при внесении 1,5 тыс. м³/га не обеспечивает существенного увеличения биомассы культивируемых трав.

• 4.    Минеральные удобрения являются основным фактором формирования полноценного фитоценоза. Самая высокая биомасса многолет-

• них трав (3,86–4,36 т/га) получена при внесении (NPK)135. Дополнительный сбор биомассы трав составил 3,56–4,06 т/га.

Действие доломитовой муки с нормой 2 т/га на урожайность многолетних трав оказалось положительным во всех вариантах опыта. Дополнительный сбор биомассы трав в этом варианте составляет, в зависимости от нормы торфа, от 0,4 до 0,65 т/га.