Комплексная оценка функционирования Krascheninnikoviaceratoides L. и его продуктивный потенциал на мелиорированных пастбищах аридной зоны

Полный текст

Введение

Интенсивное использование малопродуктивных земель в аридной зоне привело к нарушению стабильности, деструкции и негативной трансформации пастбищных экосистем [1—3]. На эти процессы оказывают влияние два взаимосвязанных фактора: антропогенная деградация и естественный агроклиматический потенциал [4—6]. Улучшение пастбищ в значительной степени связано с совершенствованием методов и приемов обустройства опустыненных территорий, повышением долговечности, экологической, сельскохозяйственной и утилитарной эффективности насаждений [7—9]. В связи с этим изучение функционирования мелиорированных пастбищных и лесопастбищных экосистем в оптимальных, а особенно в экстремальных условиях аридной зоны имеет теоретическое и практическое значение.

В течение 1980—1990-х гг. на Черных землях Республики Калмыкия были проведены лесомелиоративные работы и созданы значительные площади мелиоративно-кормовых насаждений из терескена серого (Krascheninnikovia ceratoides) [10—15]. Этот полукустарник привлекает к себе внимание как засухоустойчивое, солевыносливое, пескоукрепительное и кормовое растение. Таксационные показатели терескена (высота, диаметр кроны, густота стояния растений) в определенной степени реагируют на сложившиеся природно-климатические условия определенного года, как в осенний, так и летне-осенний периоды, причем установлено преимущественное влияние осенних осадков на рост и развитие вегетационной массы растения в весенний период [16, 17]. Кроме того, рассматриваемые показатели имеют разную размерность и весомость при оценке развития терескена. Поэтому возникла необходимость разработки комплексного таксационного показателя, учитывающего реакцию отдельных таксономических элементов на изменяющиеся условия температуры и увлажнения в течение вегетационного периода развития терескена в различные годы.

В связи с этим целью исследований является системная оценка развития терескена на основе таксационных показателей и его продуктивности при различных условиях увлажнения за вегетационный период на черноземельских пастбищах в различные годы.

Материалы и методы исследований

Объект исследований —  мелиорированное пастбище, имеющее полукустарниковый ярус из тepecкена серого, или крашенинниковии серой (Krascheninnikovia ceratoides (L.) Gueldenst. [Ceratoides papposa Botsch. et Ikonn.; Eurotia ceratoides (L.) C.A. Mey.]). Участок с терескеновыми насаждениями расположен в Яшкульском районе Республики Калмыкия (Черные земли) 46°33’172»N, 46°27’831»E (рис. 1).

Оценка состояния и развития древесно-полукустарникового яруса терескена проводилась на основе таксационно-морфологических показателей, полученных в полевых условиях на 8 пробных площадях в 0,25…0,30 га прямоугольной формы. Методика расчетов комплексного показателя D основана на выборе ряда критериальных показателей развития терескена (высоты растения, см, диаметра кроны, см, количества растений, тыс. шт./га) при различных климатических условиях, складывающихся в различные годы исследований [18]. Интегральный критерий D в общем виде определяется как среднее геометрическое желательности отдельных показателей, количество которых может быть 3, 4…n.

${ D = \sqrt[n]{d_1^{k1} d_2^{k2} d_3^{k3} d_4^{k4} } }$                       (1)

где d₁…d₄ —  значение желательности 1…4 показателя; k₁…k₄ —  весомость (важность) 1…4 показателя.

Промежуточные расчеты выполнены по вышеуказанной методике с вычислением желательности отдельных показателей и их весомости. Весомость показателей k_i определялась методом экспертной оценки с привлечением специалистов в области аридного земледелия и технологий восстановления пастбищ. Степень согласованности мнений экспертов проверялась по коэффициенту χ².

${ \chi^2 = S / [mn (n+1)/12 - \Sigma T_j /n-1] }$              (2)

где S — с умма квадратов отклонений средней суммы рангов от суммы рангов каждого показателя; m — ч исло членов экспертной комиссии; n — к оличество показателей; Σ T_j = Σ (t_j² —  t_j) / 12, где t_j —  число одинаковых рангов в j-м ряду.

Рис. 1. Карта-схема расположения участка исследований «Молодежный-терескен» Республика Калмыкия (космоснимок SasPlanet)

Fig. 1. Map-layout of «Molodezhny-Teresken» research site, Republic of Kalmykia (Satellite image SasPlanet)

Результаты исследования и обсуждение

За 30-летний период и более на мелиорированных пастбищах аридной зоны (на примере массива «Молодежный-терескен») произошли значительные изменения растительного покрова. Терескен серый, в связи с систематическим отмиранием побегов и специфичной сезонной динамикой развития как особой формы приспособления к недостатку влаги, требует особого подхода к оценке состояния, в виду того, что в позднелетний и осенний периоды для многолетников, полукустарничков и полукустарников характерна наибольшая продуктивность надземной фитомассы. Полукустарник держится в травостое 30 и более лет (рис. 2), отличается длительной вегетацией (185…200 дней). В первый год жизни достигает высоты 30…40 см, в последующие —  60…70 см. Хорошо переносит выпас, характеризуется незначительной отавностью, поедается всеми видами скота.

Рис. 2. Лесопастбище «Молодежный-терескен» Черные Земли, Республика Калмыкия (через 30 лет после закладки, 2014 г.). Фото Л.П. Радочинской
Fig. 2. Molodezhny-teresken forest pasture, Black Lands, Republic of Kalmykia (30 years after establishing, 2014). Photo by L.P. Radochinskaya

Анализ данных по температуре и осадкам осеннего (сентябрь — н оябрь) и весенне-летнего (март — а вгуст) периодов по годам исследований (2011—2012, 2013—2014 и 2015—2016 гг.) проводился на основании информации полученной на метеостанции Утта. Данные этих лет исследований приводятся с учетом наиболее динамичных показателей по осадкам и температуре для более объективной оценки связи параметра увлажнения с обобщенным показателем D (табл. 1, 2).

Таблица 1. Среднемесячная температуры за вегетационный период по годам исследований, °C

Месяцы	Среднемноголетняя	2011—2012	2013—2014	2015—2016
Осенний период
Сентябрь	+17,6	+18,0	+16,4	+21,4
Октябрь	+9,5	+10,0	+9,1	+7,8
Ноябрь	+3,0	–1,9	+5,6	+ 0,4
Сумма температур	30,1	26,1	31,1	29,6
Весенне-летний период
Март	+1,0	+0,5	+4,3	+5,3
Апрель	+10,7	+15,5	+10,7	+13,3
Май	+18,0	+22,1	+21,7	+18,4
Июнь	+22,9	+25,8	+24,5	+23,9
Июль	+25,5	+26,8	+26,9	+26,5
Август	+24,0	+25,9	+28,3	+28,2
Сумма температур	102,1	116,6	116,4	115,6

Table 1. Average monthly temperature for the growing season, °C

Month	Average annual	2011—2012	2013—2014	2015—2016
Autumn period
September	+17.6	+18.0	+16.4	+21.4
October	+9.5	+10.0	+9.1	+7.8
November	+3.0	–1.9	+5.6	+ 0.4
Sum of temperatures	30.1	26.1	31.1	29.6
Spring-summer period
March	+1.0	+0.5	+4.3	+5.3
April	+10.7	+15.5	+10.7	+13.3
May	+18.0	+22.1	+21.7	+18.4
June	+22.9	+25.8	+24.5	+23.9
July	+25.5	+26.8	+26.9	+26.5
August	+24.0	+25.9	+28.3	+28.2
Sum of temperatures	102.1	116.6	116.4	115.6

Установлено, что сумма температур осеннего периода незначительно отличается от среднемноголетней с диапазоном отклонений от –4 до +1,0 С°, и более значимым отклонением в весенне-летний период (+13,6…+15,5 С°).

Таблица 2. Среднемесячная сумма осадков за вегетационный период, мм

Месяцы	Среднемноголетняя	2011—2012	2013—2014	2015—2016
Осенний период
Сентябрь	25	83	98	32
Октябрь	17	41	12	22
Ноябрь	20	31	16	6
Сумма осадков	62	155	126	60
Весенне-летний период
Март	15	14	29	12
Апрель	14	14	4	7
Май	32	1,3	25	93
Июнь	28	75	21	31
Июль	26	35	1	43
Август	27	36	5	7
Сумма осадков	142	175,3	85	193

Table 2. Average monthly precipitation during the growing season, mm

Month	Average annual	2011—2012	2013—2014	2015—2016
Autumn period
September	25	83	98	32
October	17	41	12	22
November	20	31	16	6
Precipitation total	62	155	126	60
Spring-summer period
March	15	14	29	12
April	14	14	4	7
May	32	1,3	25	93
June	28	75	21	31
July	26	35	1	43
August	27	36	5	7
Precipitation total	142	175.3	85	193

Отмечается значительное увеличение суммы осадков от среднемноголетней осенью 2011 и 2013 гг. на 93 и 64 мм, а также суммы осадков весенне-летнего периода 2012 и 2016 гг. на 33 и 51 мм.

Проведенная экспертная оценка (табл. 3) показала, что весомость показателей выглядит следующим образом: средняя высота, см —  k₁ = 0,293; средний диаметр кроны, см — k ₂ = 0,364; количество растений, тыс. шт./га —  k₃ = 0,343. Полученное значение χ2 (1,42) больше табличного значения (1,23) при уровне значимости 0,97. Это значит, что существует неслучайная согласованность мнений экспертов. Критериальные показатели терескена для различных уровней желательности, рассчитанные методом группировки данных, приведены в табл. 4.

Таблица 3. Результаты экспертной оценки весомости показателей k_i терескена

Эксперты	Показатели
	у1	у2	у3
1	3/0,2*	1/0,5	2/0,3
2	3/0,2	1,5/0,4	1,5/0,4
3	3/0,2	2/0,3	1/0,5
4	2,5/0,3	2,5/0,3	1/0,4
5	1/0,45	2/0,4	3/0,15
6	3/0,3	1,5/0,35	1,5/0,35
7	1/0,4	2,5/0,3	2,5/0,3
Весомость ki	0,293	0,364	0,343
Сумма рангов	16,5	13	12,5
Отклонение от средней суммы рангов	2,5	–1	–1,5
Квадраты отклонений	6,25	1	2,25

*В числителе —  ранг показателя tj; в знаменателе —  весомость показателя ki.

Table 3. Expert assessment of Pamirian winterfat ki indicators

Expert	Indicator
	у1	у2	у3
1	3/0.2*	1/0.5	2/0.3
2	3/0.2	1.5/0.4	1.5/0.4
3	3/0.2	2/0.3	1/0.5
4	2.5/0.3	2.5/0.3	1/0.4
5	1/0.45	2/0.4	3/0.15
6	3/0.3	1.5/0.35	1.5/0.35
7	1/0.4	2.5/0.3	2.5/0.3
Weightiness ki	0.293	0.364	0.343
Sum of ranks	16.5	13	12.5
Deviation from the average sum of ranks	2.5	–1	–1.5
Deviation squares	6.25	1	2.25

*In numerator —  rank of tj indicator; in denominator —  weight of ki indicator.

Таблица 4. Уровни желательности для принятых показателей развития терескена

Показатели	Обозначение	Желательности d
		1,0	0,8	0,63	0,37	0,2
Высота, см	у1	81,0—68,4	68,4—55,8	55,8—43,2	43,2—30,6	30,6—18,0
Диаметр кроны, см	у2	80—68,6	68,6—57,2	57,2—45,8	45,8—34,3	34,3—23,0
Густота стояния растений, тыс. шт./га	у3	19,1—17,7	17,7—16,3	16,3—14,8	14,8—13,4	13,4—12,0

Table 4. Desirability levels for accepted indicators of Pamirian winterfat development

Indicators	Designation	Desirability d
		1.0	0.8	0.63	0.37	0.2
Height, cm	у1	81.0—68.4	68.4—55.8	55.8—43.2	43.2—30.6	30.6—18.0
Crown diameter, cm	у2	80—68.6	68.6—57.2	57.2—45.8	45.8—34.3	34.3—23.0
Density of plant standing, thousand plants/ha	у3	19.1—17.7	17.7—16.3	16.3—14.8	14.8—13.4	13.4—12.0

На основании данных табл. 4 рассчитываются линейные уравнения вида di = аy_i + с зависимости желательностей d_i от средних значений диапазонов натуральных показателей у_i. Уравнения для каждого показателя приведены в табл. 5.

Таблица 5 Зависимость вида d_i = аy_i + с для различных показателей

Показатели	Обозначения	Уравнения
Высота, см	у1	d1 = 0,0161y1—0,1975
Диаметр кроны, см	у2	d2 = 0,0178y2—0,3156
Густота стояния растений, тыс. шт./га	у3	d3 = 0,1419y3—1,605

Table 5. d_i = аy_i + с dependence for various indicators

Indicator	Designation	Equation
Height, cm	у1	d1 = 0.0161y1—0.1975
Crown diameter, cm	у2	d2 = 0.0178y2—0.3156
Density of plant standing, thousand plants/ha	у3	d3 = 0.1419y3—1.605

Подставляя в уравнения значения натуральных показателей терескена по годам исследований, находим их желательности d_1…3.

Значения критерия D, рассчитанные с учетом натуральных значений принятых показателей y_i и их желательности d_i для различных годов исследований, приведены в табл. 6.

Таблица 6. Интегральный критерий D развития полукустарника по годам

Годы исследований	Высота, см (у1/d1)	Диаметр кроны, см (у2/d2)	Количество растений, тыс. шт./га (у3/d3)	D
2012	71/0,94	42/0,43	19,0/1,08	0,905
2014	50/0,60	43/0,44	16,8/0,77	0,836
2016	44/0,51	33/0,27	16,3/0,70	0,767

Table 6. Integral criterion D of Pamirian winterfat development

Year	Height, cm (у1/d1)	Crown diameter, cm (у2/d2)	Density of plant standing, thousand plants/ha (у3/d3)	D
2012	71/0.94	42/0.43	19.0/1.08	0.905
2014	50/0.60	43/0.44	16.8/0.77	0.836
2016	44/0.51	33/0.27	16.3/0.70	0.767

Определена высокая степень прямой корреляционной связи между суммой осадков осеннего периода (см. табл. 2) и значениями интегрального показателя D (r = 0,97) с большим его значением в 2012 г. (D = 0,905), принимая во внимание тот факт, что осадки весенне-летнего периода имеют интенсивный ливневый характер, что при повышенной температуре (см. табл. 1) несколько нивелирует их влияние на интенсивность развития Krascheninnikovia ceratoides.

Продуктивные запасы надземной массы веточного корма полукустарника зависят не только от метеоусловий и стравливания, но и от места произрастания и особенностей биологии вида.

Наибольшая урожайность терескена (15,6 ц/га сырой массы, или 6,08 ц/га высушенного корма) зафиксирована при влажных вегетационных периодах. Отмечается высокая степень прямой корреляционной связи между значениями интегрального показателя D и весом воздушно-сухой массы растения (r = 0,90) с большим его значением в 2012 г., равным 6,08 ц/га (табл. 7).

Таблица 7. Продуктивность терескена в насаждениях (Яшкульский район, Республика Калмыкия (Черные Земли))

Участок	Год	Количество сохраненных кустов на 1 га, шт.	Поедаемая масса куста, г		Вес возд. сух. массы, ц/га
			Сырая	Воз./сух.
«Молодежныйтерескен»	2012	19,0±1,6	82,57	32,00	6,08±1,7
	2014	16,8±0,8	84,12	33,48	5,62±2,1
	2016	16,3±1,2	80,00	30,50	4,97±1,4

Table 7. Pamirian winterfat productivity in plantings (Yashkul district, Republic of Kalmykia (Black Lands))

Location	Year	Number of survived plants per 1 ha	Feed mass, g		Dry weight,  c/ha
			Wet	Dry
Molodezhny-teresken	2012	19.0±1.6	82.57	32.00	6.08±1.7
	2014	16.8±0.8	84.12	33.48	5.62±2.1
	2016	16.3±1.2	80.00	30.50	4.97±1.4

Применение метода модельных кустов для терескена серого показало, что в условиях почти полного отсутствия осадков в весенний период (2…4 мм/месяц), доля поедаемой воздушно-сухой массы достигает 35 % в острозасушливые годы.

Выводы

Комплексная оценка таксационных показателей терескена по критерию D является объективным инструментом оценки его развития в сложившихся климатических факторах определенного года.

Установлена прямая корреляционная связь между суммой осадков осеннего периода в различные годы исследований и значениями интегрального показателя D (r = 0,97) при более высоком его значении в 2012 г. (D = 0,905).

Значению интегрального показателя D = 0,905 соответствует и больший вес воздушно-сухой массы растений, полученный в 2012 г. и равный 6,08 ц/га, при этом прямая корреляция между этими показателями во все годы исследований составляет величину r = 0,9.

Мелиоративно-кормовые насаждения из Krascheninnikovia ceratoides обладают устойчивостью, долговечностью, высоким ценозообразующим потенциалом и являются наилучшим способом улучшения, восстановления пастбищ в засушливых и полузасушливых районах.

Об авторах

Людмила Петровна Рыбашлыкова

Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ludda4ka@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3675-6243

кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник лаборатории защитного лесоразведения и фитомелиорации низкопродуктивных земель

Российская Федерация, 400062, г. Волгоград, проспект Университетский, д. 97

Список литературы

Дополнительные файлы