Meadow agrophytocenosis formation on postagrogenic lands with complex invasion

Full Text

Программой «Стратегии социально-экономического развития Калужской области до 2030 года «Человек — центр инвестиций» (постановление Правительства Калужской области от 29.06.2009 г. № 250), предусмотрено формирование агропромышленного кластера с использованием сельскохозяйственных угодий. Особое значение имеет воспроизводство почвенного плодородия в связи с сокращением активной площади на рубеже XX—XXI веков. Наиболее плодородные земли Центрального региона РФ — земли Владимирского, Мещовского, Брянского и других ополий, освоение которых во второй половине XX века достигало 85% и более. [1] В современных условиях доля неиспользуемой пашни в пределах Мещовского ополья составляет более 33%, а в целом по Калужской области — половина сельхозугодий. Решению этой проблемы правительством Калужской области совместно с Министерством сельского хозяйства РФ уделяется особое внимание, однако эффективность освоения залежных земель остается еще крайне низкой. В их составе превалируют участки малоплодородные, мелкоконтурные со сложной конфигурацией, относящиеся к овражно-балочно-полевому типу агроландшафта. [3] Потеря аддитивности их компонентов и прогрессия гистерезиса свойств определяют способ освоения. Решающим фактором в его выборе служит конструктивная эмерджентность ландшафта. [8] Известен наиболее доступный способ разработки временно выведенных из активного сельскохозяйственного оборота земель — освоение их под луговые угодья. Выявлены некоторые закономерности развития антропогенных фитоценозов. [4, 5, 6] Но исследований, посвященных формированию агрофитоценозов на залежах в зависимости от флористического состава и степени инвазии автогенных фитоценозов, недостаточно для разработки элементов технологии формирования высокопродуктивных луговых фитоценозов с учетом анализа состава, динамики продуктивности и определяющих ее элементов, а также для восстановительной сукцессии исходных формаций.

Цель работы — выявление зависимости формирования агрофитоценозов многолетних бобовых и злаковых трав на залежных землях от фитоценоти- ческих характеристик развившихся вторичных растительных сообществ.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследования проведены в 2006—2018 годах на постагрогенных серых лесных среднесуглинистых почвах в полевом опыте. В Калужском НИИСХ изучали эволюцию вторичных фитоценозов для разработки альтернативных технологий ускоренного освоения залежных земель. Участок мониторинга расположен на пологосклонном логе третьей надпойменной террасы р. Высса в пределах средне эродированного склона юго-восточной экспозиции, с уклоном до 10^о и протяженностью 0,8.1,0 км, относящегося к балочно-полевому типу агроландшафта. Эдафический ряд серых лесных почв представлен степенями от лугостепного до сыро-лугового типа увлажнения, и от олиго- до эвтотрофного — делювиального типа активного почвенного богатства. В центральной части склона на площади более 12,0 га для изучения авто- и аллогенных серий были заложены две параллельные трансекты на расстоянии 50 м друг от друга, с прикрепленными к ним десятью постоянными площадками (250 м²) через каждые 100 м. Рядом размещен участок площадью 1,0 га для изучения залежных земель с целью освоения под сеянные луговые фитоценозы. Агротехнологи- ческий комплекс состоял из весеннего дискования развитой дернины на глубину до 12 см в 2-3 следа (БДТ-3,0) и предпосевной обработки комплексом РВК-3,6. Агрофитоценоз был сформирован из районированных сортов многолетних трав Medicago sa- tiva L., cv. «Sarga» — «Сарга» (8,0 кг/га), Trifolium pretense L. var. praecox W, cv. «Delets» — «Делец» (8,0 кг/ га), Phleumpretense L., cv. «VIK 9» — «ВИК 9» (8,0 кг/ га), Bromopsis inermis (Leyss.) Holub, cv. «Morshanhks- kiy 760» —«Моршанский 760» (4,0 кг/га).

Флористическое описание антропогенных фитоценозов, их аллогенных серий проводили на постоянных участках площадью 200 м² в 20 повторениях, заложенных типическим способом, агрофитоценозов — на 20 м² делянках в 5 повторениях. Изучали группировки аборигенных и инвазионных видов в пределах их границ на площади не менее чем 10 м² в 50-кратной повторности.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

На участке постагрогенных земель к 2018 году сформировались опушечно-луговые фитоценозы с различной степенью инвазии. Аэрофотосъемка (квадрокоптер DJI Phantom 3 Professional со штатной камерой 4K F/2.8, 94^o FOV) в сотрудничестве с Национальным парком «Угра» позволила картировать ценопопуляционные разности и сопоставить их с наземными флористическими описаниями. В результате чего были выделены основные типы фитоценозов, составлены их характеристики и определены относительные степени распространенности.

Пионерные фитоценозы (2-3 года развития) отнесли к классу Stellarietea mediae Tx. et al. ex von Ro- chow 1951, а более поздние стадии — к Artemisietea vulgaris Lohmeyer et al. ex von Rochow 1951. [2] Серии, развивающиеся в заповедном режиме из банка диаспор после поверхностной разработки средневозрастной залежи, обладали общим флористическим ядром с предшествующими фитоценозами и представлены преимущественно агробиологическими группами разнотравья (доля в укосной массе составила 55%) и злаковых (<25%), продуктивность бобовых была незначительной (<15%), а группа осоковых имела транзитное значение. Аспектирующие ценопопуляционные локусы (с частотой встречаемости го>0,78±0,05) состояли из аборигенных и адвентивных видов в различной количественной представленности, среди которых наиболее успешно развивались трансформеры — E. canadensis, L. poly- phyllus и S. gigantea, свободно расселяющиеся по территории Калужской области. [7] Вторичные луговые фитоценозы с различной степенью инвазии к 12 году развития были относительно гомогенными и сформированы из 10—12 основных видов, на долю которых приходилась 75% зеленой массы первого укоса, адвентивные виды в целом определяли его продуктивность на 35% и более (табл. 1).

Фитоценозы с доминантной группировкой:

1. Epigeios + E. Canadensis + L. Polyphyllus + S. gi- gantea подвергались значительному влиянию экологических условий. Наибольшая степень вариации продуктивности была отмечена в группе аборигенных видов (35,99%) — от 18,66% для доминанты (C. epigeios) до 56,31% для ассектатора II (H. perforatum). Продуктивность адвентивных видов характеризовалась более низкой вариабельностью — 20,95% (от 19,83% E. canadensis до 22,72% S. gigantea). Структура синантропных фитоценозов в статусе in demutatio squarolis обусловливалась потенцией отдельных видов в период своего максимального вегетативного развития и стабильностью продуктивности в различные по степени напряженности экологических условий годы. Анализировали влияние видов на продуктивность фитоценозов по оценке стабильности фитоценотической продуктивности ценоэлементов, используя предложенную нами формулу:

S_B = ln(M-W .-CvJM -W •Cv.),

R i i D D D i

где: Sr — коэффициент стабильности фитоцено- тическои продуктивности ценоэлемента; M_D, CvD и WD — укосная масса доминанты (доминантная группа), степень ее вариации и массовая доля в структуре урожая соответственно; M_;, Cv. и W. — соответствующие значения ценоэлементов.

Коэффициент принимает отрицательную степень тогда, когда продуктивность ценоэлемента ниже, а степень его вариации выше, чем соответствующие значения доминанты, или группы доминантных видов. Установлено, что уровень стабильности продуктивности инвазионтов значительно превышает таковой аборигенных видов. Агриофит E. canadensis выступает в роли субдоминанта в синантропных сообществах и формирует инвазионный каркас: E. canadensis + L. Polyphyllus + S. gigantea экспансии, способствующий их скоротечной трансформации — снижению степени видового богатства и упрощению структуры. Более высокие уровни удельной продуктивности и ее относительной стабильности адвентивных видов результат их адаптивного потенциала к эколого-почвенным условиям Мещовского ополья.

Анализ хозяйственной эксплуатации синантропных фитоценозов показал тесные корреляционные зависимости между урожаем фитомассы и продуктивностью доминантных видов (r = 79,54 ± 0,21), удельной площадью их ценопопуляций (r = 91,21 ± 0,18) и встречаемостью (r = 87,47 ± 0,19). Площадь наиболее ценных в кормовом отношении группировок Trifolium medium в среднем за 2015—2018 годы составила 11,04% и изменялась от 7,56 до 17,52% на 1 га залежи. Внесение минеральных удобрений (Р₄₀К₆₀) весной оказало влияние на увеличение продуктивности ценопопуляций T. medium в среднем с 2305 г/м² до 3231 г/м² и их площади на 9,6...17,1%. Удельная продуктивность T. medium возросла более чем в 1,5 раза (с 1375 г/м² до 2174 г/м²), доля сопутствующих видов снизилась с 40,35% до 32,71% (см. рисунок).

Посев многолетних трав способствовал повышению продуктивности луговых угодий в 1,9.2,1 раза и снижению ее внутрипольной вариабельности в 2,4 раза по сравнению с фитоценозами T. medium. В результате разрушения сегетального комплекса степень участия малоценных видов в агрофитоценозе снизилась в 3,5 раза (табл. 2).

Внесение минеральных удобрений (Р₄₀К₆₀) повышало долю сеянных трав в структуре урожая с 86 до 92% и снижало степень ее вариации в 1,6 раза (с 27,40% до 16,92%), в результате чего продуктивность агрофитоценоза возросла на 30% и более (с 4394 до 5885 г/м²). Подавление комплекса сеге- тальных видов обусловливалось снижением уровня их фитоценотической устойчивости, а также ростом общей конкурентоспособности культурного компонента. Коэффициент стабильности фитоценотиче- ской продуктивности в среднем для группы инвазионных ценоэлементов L. polyphyllus + S. gigantea в ряду автогенные — аллогенные — агрогенные фитоценозы составил: S_r = -1,46 — S_r = -6,20 — S_r = -7,71, для группы аборигенных видов T. vulgare + A. Vulgaris + E. arvense составил: S_r = -3,03 — S_r = -7,06 — S_R = -8,98 (табл. 3).                                                        ^{R                                      R}

Продуктивность ценопопуляций T. medium L., г/м2 (2015—2018).

Таблица 2. Ценопопуляционная структура и свойства фитоценозов с участием T. pratense и T. medium (2015-2018)

Вид / группа видов	Продуктивность, кг/м2				W, %	SR
	M±m	max	min	Cv, %
Фитоценоз T. medium L. в целом	2,31±0,88	2,46	0,58	76,42 100,00		0,82
T. medium L. - Dom	1,38±0,43	2,46	0,58	61,84	59,65	0,00
Сопутствующие виды	0,93±0,37	2,67	0,31	79,20	40,35	-1,05
Агрофитоценоз в целом	4,39±0,71	1,16	0,81	32,14 100,00		1,77
Культурный комплекс	3,79±0,33	4,19	3,01	17,40	86,04	2,09
Сегетальный комплекс	0,62±0,19	0,80	0,42	61,33	13,96	-2,81
T. pratense L. - Dom	1,50±0,17	1,73	1,09	22,03	34,05	0,00
M. sativa L.	0,87±0,10	0,95	0,69	20,51	19,82	-1,02
Ph. pratense L.	0,89±0,10	0,94	0,75	21,28	21,28	-0,97
B. inermis (Leyss.) Holub	0,53±0,05	0,57	0,48	18,78	12,03	-1,90
Dactylis glomerata L.	0,13±0,02	0,18	0,07	22,73	2,85	-4,71
Lupinus polyphyllus Lindl.	0,11±0,03	0,14	0,08	50,74	2,56	-5,52
Calamagrostis epigeios (L.) Roth	0,09±0,03	0,12	0,06	63,16	2,12	-6,91
Artemisia vulgaris L.	0,08±0,03	0,11	0,06	63,33	1,87	-6,91
Solidago gigantea Ait.	0,08±0,02	0,09	0,06	45,85	1,73	-6,88
Equisetum arvense L.	0,07±0,02	0,09	0,05	61,09	1,55	-7,13
Tanacetum vulgare L.	0,06±0,03	0,07	0,04	57,42	1,28	-7,13

 

Таблица 3. Ценопопуляционная структура и свойства фитоценозов с участием T. pratense и T. medium на фоне Р40К60 (2015-2018)

Вид / группа видов	Продуктивность, кг/м2				W, %	SR
	M±m	max	min	Cv, %
Фитоценоз T. medium L. в целом	3,23±0,96	4,75	0,77	59,45 100,00		0,76
T. medium L. - Dom	2,17±0,60	3,42	0,58	57,28	67,18	0,00
Сопутствующие виды	1,06±0,45	1,33	0,19	84,33	32,82	-1,83
Агрофитоценоз в целом	5,89±0,81	6,33	4,95	27,46 100,00		1,58
Культурный комплекс	5,43±0,46	5,64	4,67	16,92	91,98	1,90
Сегетальный комплекс	0,47±0,22	0,69	0,28	91,79	8,02	-4,71
T. pratense L. - Dom	2,30±0,23	2,40	1,93	20,29	39,02	0,00
M. sativa L.	1,20±0,11	1,24	1,02	18,14	20,30	-1,19
Ph. pratense L.	1,11±0,09	1,14	0,96	16,15	18,78	-1,23
B. inermis (Leyss.) Holub	0,82±0,06	0,86	0,76	13,10	13,88	-1,63
Dactylis glomerata L.	0,09±0,04	0,13	0,05	94,45	1,55	-8,11
Lupinus polyphyllus Lindl.	0,09±0,04	0,13	0,06	78,86	1,56	-7,82
Calamagrostis epigeios (L.) Roth	0,07±0,04	0,11	0,04	98,99	1,21	-8,52
Artemisia vulgaris L.	0,07±0,03	0,10	0,04	89,42	1,16	-8,52
Solidago gigantea Ait.	0,07±0,01	0,09	0,06	38,37	1,23	-7,60
Equisetum arvense L.	0,04±0,03	0,07	0,02	82,12	0,70	-9,21
Tanacetum vulgare L.	0,04±0,02	0,06	0,01	85,36	0,06	-9,21

Таким образом, в результате применения ресурсосберегающего способа освоения залежных земель, возросли продуктивность луговых фитоценозов от 5,80...24,6 т/га и ее уровень фитоценотиче- ской стабильности (S _=0,82) при участии 35.50% T. medium до 49,5.63,3 т/га (S_R=1,58) при участии 55.60% T. pratense и M.

About the authors

V. A. Burlutskiy

Kaluga Reserch Institute of Agriculture

Author for correspondence.
Email: knipti.mazurov@mail.ru

PhD in Agricultural sciences

Russian Federation, 249142, Kaluzhskaya obl., Peremy`shl`skij r-n, selo Kaluzhskaya Opy`tnaya Sel`skoxozyajstvennaya Stanciya, ul. Central`naya, 2

V. N. Mazurov

Kaluga Reserch Institute of Agriculture

Email: knipti.mazurov@mail.ru

PhD in Agricultural sciences

Russian Federation, 249142, Kaluzhskaya obl., Peremy`shl`skij r-n, selo Kaluzhskaya Opy`tnaya Sel`skoxozyajstvennaya Stanciya, ul. Central`naya, 2

P. S. Semeshkina

Kaluga Reserch Institute of Agriculture

Email: knipti.mazurov@mail.ru

PhD in Agricultural sciences

Russian Federation, 249142, Kaluzhskaya obl., Peremy`shl`skij r-n, selo Kaluzhskaya Opy`tnaya Sel`skoxozyajstvennaya Stanciya, ul. Central`naya, 2

A. A. Zavalin

D.N. Pryanishnikov All-Russian Research Institute of Agrochemistry

Email: knipti.mazurov@mail.ru

Academician of RAS

Russian Federation, 127550, Moskva, ul. Pryanishnikova, 31a

I. V. Poroshin

National Park «Ugra»

Email: knipti.mazurov@mail.ru
Russian Federation, 248007, g. Kaluga, Prigorodnoe lesnichestvo, 3a

References

Supplementary files