Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ И УДОБРЕНИЙ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ ПАСТБИЩ В СТЕПИ ПОВОЛЖЬЯ

Проездов П.Н. 1 Есков Д.В. 1 Дормидонтова Н.В. 1 Розанов А.В. 1 Маштаков Д.А. 1
1 Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова
Целью исследования явилось установление закономерностей увеличения продуктивности эродированных пастбищ посредством использования защитных лесных насаждений и минеральных удобрений. Объект исследования расположен на склоне северной экспозиции крутизной 5 ° в степной зоне Приволжской возвышенности, создан для защиты почв от эрозии. Полевые наблюдения, обработка опытных данных проводились согласно методике ВНИАЛМИ (1985), Б.А. Доспехова (1985) с использованием типовых компьютерных программ MS Excel. В среднесухие 2018 и 2019 гг. влияние азотно-фосфорных удобрений на продуктивность трав уступает по значимости воздействию защитных лесных насаждений, что связано с дефицитом влаги в почве. Урожай трав пастбищ составил в среднем за 2018–2019 гг. 1,65 т/га, а с применением защитных насаждений и удобрений – 2,42 т/га, или больше на 46,7 %. Обоим среднесухим годам исследования предшествовали многоснежные зимы с высотой снега более 70 см, что предопределило относительно высокую продуктивность трав пастбищ 1-го укоса. В среднесухие годы (ГТК = 0,35–0,40) наибольшая прибавка продуктивности трав формируется под влиянием лесных полос и кустарниковых кулис – до 69,0 %, удобрений – до 11,9 %. В годы с дефицитом влаги роль осадков в водопотреблении трав не превышала 10,8 %. При совместном воздействии лесных полос, кустарниковых кулис и удобрений коэффициент водопотребления уменьшился на 33,3 % по сравнению с открытыми ландшафтами. Для среднесухих вегетационных периодов водопотребление и продуктивность трав пастбищ на 83–97 % связаны с лесомелиоративными и агрохимическими приемами. В результате проведенной работы определено, что на эродированных склонах крутизной 5 ° целесообразны применение лесных полос ажурной конструкции через 300 м, кустарниковых кулис через 50 м и применение азотных и фосфорных удобрений дозой по 60 кг/га.
Поволжье
степь
пастбище
урожайность
лесные насаждения
удобрения
регрессия
1. Кулик К.Н., Дубенок Н.Н., Рулев А.С., Пугачева А.М. ВНИАЛМИ – лидер агролесомелиоративной науки России: современная концепция защитного лесоразведения // Вестник Волгоградского государственного универсистета. Серия 11: Естественные науки. 2015. № 3 (13). С. 108–114.
2. Полуэктов Е.В., Балакай Г.Т. Влияние защитных лесных полос на урожайность сельскохозяйственных культур // Экологические проблемы развития агроландшафтов и способы повышения их продуктивности: сб. ст. по материалам Международной научно-экологической конференции. Краснодар, 2018. С. 504–507.
3. Проездов П.Н., Маштаков Д.А., Розанов А.В., Удалова О.Г. Закономерности водопотребления трав пастбищ под влиянием агротехнических и лесных мелиораций в степи Приволжской возвышенности // Вестник Саратовского госагроуниверситета им Н.И. Вавилова. 2014. №4. С. 22–24.
4. Дормидонтова Н.В., Есков Д.В., Розанов А.В. Математическое моделирование воздействия защитных лесных насаждений на продуктивность пастбищ в степи Приволжской Возвышенности // Информационные технологии в моделировании и управлении: подходы, методы, решения: материалы II Всероссийской научной конференции с международным участием. Тольятти. 2019. С. 149–154.
5. Пронько В.В., Чуб М.П., Ярошенко Т.М., Климова Н.Ф., Журавлёв Д.Ю. Отзывчивость сельскохозяйственных культур на минеральные удобрения в различных гидротермических условиях степного Поволжья // Аграрный научный журнал. 2017. № 9. С. 27–32.
6. Liu T.X., Zhang S.W. Agroforestry Systems in Northern Temperate Zone and Productive Perspectives // Advanced Materials Research. 2011. Vol. 304. P. 253–258.
7. Павловский Е.С., Долгилевич М.И. Методика системных исследований лесоаграрных ландшафтов. М.: ВАСХНИЛ, 1985. 112 с.
8. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1985. 416 с.

Лесные насаждения – экологический каркас агроландшафтов, что является одним из ведущих положений концепции защитного лесоразведения [1]. Системы лесных полос благоприятно воздействуют на микроклиматические показатели прилегающих территорий, увеличивая влажность воздуха и снижая дефицит водного баланса с усилением влияния в засушливые годы [1, 2]. Результат воздействия защитных насаждений – повышение продуктивности сельскохозяйственных угодий. Урожайность сельскохозяйственных культур севооборотов увеличивается под защитой лесных полос в зависимости от увлажнения вегетационного периода на 10–50 %, причем с большим превышением – в сухие годы [2, 3]. Травы пастбищных угодий на склонах крутизной 5 ° также имеют тенденцию к увеличению под влиянием лесных полос, кустарниковых кулис и мульчированного щелевания на 15–65 % [3, 4]. Наибольший эффект дает совместное воздействие на продуктивность угодий защитных лесных насаждений и удобрений. В среднесухие 2018 и 2019 гг. удобрения вкупе с насаждениями повысили продуктивность трав эродированных пастбищ до 73 % [4]. Наряду с лесными полосами повышению урожайности культур севооборотов способствуют минеральные удобрения [5]. Например, системы агролесоводства повышают продуктивность пустынных и полупустынных ландшафтов в северной части Китайской Народной Республики, включая территории пустыни Гоби [6].

Цель исследования: повышение продуктивности эродированных пастбищ при использовании защитных лесных насаждений и минеральных удобрений.

Материалы и методы исследования

Исследования в полевых условиях проводились на объекте, созданном в степи Приволжской возвышенности в 1983 г. (рис. 1). Наблюдения проводились по трехфакторной схеме, в них учитывались доза удобрений, вид защитных лесных насаждений и расстояние от лесной полосы. Лесная полоса имела ширину 15 м, была ажурной конструкции с валом-канавой в нижней опушке. Главная порода – береза повислая (Betula pendula), сопутствующая – вяз приземистый (Ulmus pumila), кустарник в верхней опушке – смородина золотистая (Ribes aureum). Противоэрозионный объект включает также три двухрядные кустарниковые кулисы через 50 м из непоедаемого кустарника – бузины красной (Sambucus racemosa). С целью омоложения кустарник дважды «сажался на пень». Из минеральных удобрений испытывались азот и фосфор, калий не вносился из-за его высокого содержания в почве [3, 4].

proezd1.tif

Рис. 1. Схема трехфакторного опыта с расположением делянок в ФХ «Вязовский»: где фактор А – дозы удобрений, кг/га: А1 – без удобрений; А2 – N30P30; А3 – N60P60; фактор В – виды защитных лесных насаждений (ЗЛН): В1 – без ЗЛН – пастбище (Пб) открытое; В2 – Пб + кустарниковые кулисы (КК); В3 – Пб + лесные полосы (ЛП); В4 – Пб + ЛП + КК; фактор С – расстояние от ЛП в единицах Н: С1 – 3Н (25 м); С2 – 10Н (75 м); С3 – 18Н (125 м). Размер делянок 5х10 (50 м2). Повторность 3-кратная. Н – защитная высота ЛП (Н = 7 м). 25, 75, 125 – расстояния от ЛП, м

Опыты проводились в соответствии с методиками ВНИАЛМИ [7] и Б.А. Доспехова [8]. Для дисперсионного и регрессионно-корреляционного анализа использовали типовую компьютерную программу Statistica с построением поверхностей откликов.

Результаты исследования и их обсуждение

Экспериментальные данные, приведенные в табл. 1, использованы для построения множественной регрессии, учитывающей воздействие на продуктивность расстояния Н от лесной полосы (ЛП), дозы удобрений U, степени защищенности угодий защитными насаждениями Вл, а также степень их взаимного влияния:

Y = а0 + а1H + а2U + а3Bл + а4НU +

+ а5HBл + а6UBл + а7HUBл, (1)

К = а0 + а1H + а2U + а3Bл + а4НU +

+ а5HBл + а6UBл + а7HUBл, (2)

где Y – продуктивность трав пастбища, т/га; К – коэффициент водопотребления трав, м3/т; H – расстояние от лесной полосы (ЛП), измеряемое в единицах защитной высоты ЛП (Н = 7м); U – доза удобрений, кг/га; Bл – степень защищенности угодий защитными насаждениями (Bл = 0,1–0,8); а0 – а7 – коэффициенты множественной регрессии.

Таблица 1

Продуктивность (т/га) трав пастбищ под влиянием защитных лесных насаждений и удобрений в среднем (2018–2019 гг.)

Доза удобрений (фактор А), кг/га

Защитные лесные насаждения (ЗЛН) (фактор В)

ЗЛН в среднем за два года

Без ЗЛН Вл = 0,1

Кустарниковые кулисы (КК)

Вл = 0,4

Лесные полосы (ЛП) Вл = 0,6

ЛП + КК

Вл = 0,8

2018 г. Среднесухой; ГТК = 0,40; НСР05 = 0,05 т/га

0

2,30

2,71

2,84

2,98

2,84

60

2,45

2,88

3,04

3,28

3,07

120

2,50

3,04

3,23

3,40

3,22

Среднее по дозе

2,48

2,96

3,14

3,34

3,15

2019 г. Сухой; ГТК = 0,35; НСР05 = 0,03 т/га

0

0,99

1,33

1,50

1,60

1,48

60

1,08

1,48

1,70

1,84

1,68

120

1,12

1,53

1,74

1,89

1,72

Среднее по дозе

1,10

1,51

1,72

1,87

1,70

В среднем за 2018–2019 гг. НСР05 = 0,04 т/га

0

1,65

2,02

2,17

2,29

2,16

60

1,77

2,18

2,37

2,56

2,37

120

1,81

2,29

2,49

2,65

2,48

Среднее по дозе

1,79

2,23

2,43

2,60

2,42

3Н* – защитная высота лесной полосы (ЛП);

3Н – 18Н – расстояние от ЛП, измеряемое в единицах Н (фактор С);

Р – вероятность превышения увлажнения вегетационного периода, %;

ГТК – гидротермический коэффициент.

Исследуемые 2018 и 2019 гг. – среднесухие (ГТК: 0,40 и 0,35 соответственно) с констатацией большего существенного влияния на продуктивность трав пастбищ 1-го укоса лесных полос и кустарниковых кулис по сравнению с удобрениями (табл. 1, 2, 3). Самая низкая продуктивность трав получена на вариантах без применения защитных насаждений и удобрений по обоим годам исследования: в среднем за 2018–2019 гг. 1,65 т/га против 2,17 т/га (табл. 1). По данным табл. 2 можно проследить закономерность меньшего влияния удобрений в среднесухие 2018–2019 гг. без применения защитных лесных насаждений: в зависимости от дозы туков 7,6 % и 10,7 %. В среднем защитные насаждения увеличивают воздействие удобрений на продуктивность трав соответственно на 10,6 % и 15,2 % (табл. 2). С усилением засушливости вегетационного периода отрастания растений возрастает роль защитных лесных насаждений в формировании урожая трав по сравнению с удобрениями. Наибольшую прибавку продуктивности трав пастбищ в среднесухие годы обеспечивают защитные насаждения, причем максимально – при сочетании лесных полос и кустарниковых кулис до 69,0 %, а в среднем за два года – на 50,8 %. Доля участия удобрений при дефиците влаги вегетационного периода отрастания растений в формировании урожая не превышала 11,9 % (табл. 3). Интегрирующим показателем использования влаги травами пастбищ является коэффициент водопотребления. В среднесухие годы водопотребление растений из-за дефицита осадков определяется преимущественно использованием влаги из почвы до 89,2 %, в том числе из слоя более активного (>0,8 м) – до 12,5 %. Необходимо отметить, что 2018 и 2019 гг. предшествовали очень многоснежные зимы с запасами воды в снегу до 240 мм, которые способствовали накоплению влаги в почве на начало отрастания трав до 93,5 % наименьшей влагоемкости. Коэффициент водопотребления под влиянием защитных лесных насаждений снизился до 33,3 % (табл. 4).

Таблица 2

Влияние удобрений ( %) в системе защитных лесных насаждений на продуктивность трав пастбищ (2018–2019 гг.)

Годы исследования

Доза удобрений (фактор А), кг/га

Защитные лесные насаждения (ЗЛН) (фактор В)

ЗЛН в среднем

В среднем без ЗЛН

Кустарниковые кулисы (КК)

Лесные полосы (ЛП)

ЛП + КК

2018 г. – среднесухой, Р = 80 %, ГТК = 0,40

60

6,8

6,5

7,2

10

7,9

120

8,7

12,3

13,8

14,9

13,7

среднее

7,8

9,4

10,5

12,4

10,8

2019 г. – сухой,

Р = 85 %, ГТК = 0,35

60

8,4

11

13,8

15,4

13,4

120

12,7

15,3

16,2

18,3

16,6

среднее

10,6

13,1

15

16,9

15,0

В среднем за 2018–2019 гг.

60

7,6

8,8

10,5

12,7

10,7

120

10,7

13,8

15

16,6

15,1

среднее

9,2

11,3

12,8

14,7

12,9

Н* – защитная высота лесной полосы (ЛП);

3Н – 18Н – расстояние от ЛП, измеряемое в единицах Н (фактор С);

Р – вероятность превышения увлажнения вегетационного периода, %;

ГТК – гидротермический коэффициент.

Таблица 3

Прибавка продуктивности трав пастбищ ( %) под влиянием защитных лесных насаждений (верхняя строка), удобрений (средняя строка), совместно насаждений и удобрений (нижняя строка) (2018–2019 гг.)

Годы исследования

Защитные лесные насаждения (ЗЛН) (фактор В)

Кустарниковые кулисы (КК)

ЗН* к «К»

Лесные полосы (ЛП)

ЗН к «К»

ЛП + КК

ЗН к «К»

ЗЛН в среднем

2018 г. – среднесухой, ГТК = 0,40

19,5

26,0

32,5

26,0

2,1

2,8

5,5

3,5

21,6

28,8

38,0

29,5

2019 г. – сухой, ГТК = 0,35

28,0

58,0

69,0

51,7

2,9

8,4

11,9

7,7

30,9

66,4

80,9

59,4

В среднем за 2018–2019 гг.

23,8

42,0

50,8

38,8

2,5

5,6

8,7

5,6

26,2

47,6

59,4

44,4

Н* – защитная высота лесной полосы ЛП;

ГТК – гидротермический коэффициент;

«К» – контроль (без ЗЛН и удобрений).

Таблица 4

Водопотребление и продуктивность трав пастбищ 1-го укоса (в среднем за 2018–2019 гг.)

Варианты опыта

Запасы воды

в снегу, мм

Осадки эффективные, мм

Использование влаги из почвы, мм

Суммарное водопотребление, мм

Продуктивность, т/га

Коэффициент водопотребления, м3/т

В слое, м

Всего

0,8

>0,8

Без лесных полос (ЛП), кустарниковых кулис (КК) и удобрений

211

21

124

12

136

157

1,66

946

КК + удобрения

228

21

134

22

156

177

2,27

780

ЛП + удобрения

235

21

142

19

161

182

2,47

737

ЛП + КК + удобрения

240

21

152

22

174

195

2,65

736

proezd2.tif

Рис. 2. Зависимость продуктивности пастбища от дозы удобрений и расстояния от лесной полосы при степени защищенности угодий Вл = 0,8 в среднем за 2018–2019 гг.

proezd3.tif

Рис. 3. Зависимость продуктивности пастбища от дозы удобрений и степени защищенности угодий на расстоянии 3Н от лесной полосы в среднем за 2018–2019 гг.

proezd4.tif

Рис. 4. Зависимость коэффициента водопотребления трав пастбищ от степени защищенности угодий защитными лесными насаждениями и дозы удобрений (в среднем за 2018–2019 гг.)

Поверхности откликов для предложенных регрессионных моделей (1, 2) представляют собой сложные многомерные многообразия. Соответствующие поверхности на плоскости изобразить невозможно. Поэтому для отображения их основных особенностей построены отдельные трехмерные сечения (рис. 2, 3, 4).

Анализ показал, что наибольшее влияние на водопотребление и продуктивность трав Y в рассматриваемых условиях оказывают доза удобрений U и степень защищенности угодий защитными насаждениями Bл (рис. 2, 3). На это указывают уменьшение коэффициента детерминации и значительное увеличение среднего абсолютного отклонения и средней абсолютной ошибки в процентах при исключении соответствующего фактора из модели данных. Третьим по значимости фактором является расстояние от лесной полосы Н.

Более детальное исследование позволило установить, что из факторов второго порядка наибольшее влияние на продуктивность Y оказывает произведение BлU, которое характеризует взаимное влияние степени защищенности угодий защитными насаждениями Bл и удобрений U. Влияние произведения U*Bл*Н, т.е. фактора третьего порядка малости по отношению к параметрам U, Bл, Н, оказывается на два порядка меньше, чем факторов второго порядка малости, и им можно пренебречь.

Следовательно, для практических применений целесообразно использовать более простую математическую модель:

Y = а0 + а1 U + а2 Bл + а3 BлU, (3)

К = а0 + а1 U + а2 Bл + а3 BлU, (4)

которая с 95 %-ной надежностью описывает влияние защитных лесных насаждений и удобрений на продуктивность пастбищ в степи Приволжской возвышенности.

Заключение

В среднесухие годы важная роль в повышении продуктивности трав пастбищ принадлежит защитным лесным насаждениям по сравнению с применяемыми минеральными удобрениями. В среднем влияние защитных насаждений на прибавку продуктивности трав составляет 38,8 %, удобрений – 5,6 %. Увеличение водопотребления и продуктивности пастбищных угодий на 83–97 % связано с лесомелиоративными противоэрозионными приемами и дозой туков. На пастбищных склонах 5 ° рекомендуются размещение лесных полос через 300 м с кустарниковыми кулисами через 50 м и внесение минеральных удобрений (азота и фосфора дозой по 60 кг/га).


Библиографическая ссылка

Проездов П.Н., Есков Д.В., Дормидонтова Н.В., Розанов А.В., Маштаков Д.А. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ И УДОБРЕНИЙ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ ПАСТБИЩ В СТЕПИ ПОВОЛЖЬЯ // Успехи современного естествознания. – 2020. – № 12. – С. 42-48;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37535 (дата обращения: 15.07.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674