Экологические основы формирования продуктивных и устойчивых агросистем на Кольском Севере (18.10.2010)

Автор: Вихман Михаил Иванович

Решение задачи оптимизации минерального питания полевой культуры овса включало два этапа: а) построение регрессионных моделей для каждой целевой переменной и частных функций желательности для них; б) построение общего профиля желательности для всей совокупности откликов. На первом этапе реализации оптимизирующей процедуры строили квадратичные модели, включающие в свою структуру линейные и квадратичные эффекты влияния удобрений, а также эффекты их двухфакторных взаимодействий. С целью оценки аппроксимирующих «качеств» построенных моделей использовали коэффициенты детерминации (R2 ( 100 %) и частные функции желательности (ЧФЖ), отображающие степень согласованности расчетных и реальных экстремумов анализируемых показателей (табл. 10). Для расчета ЧФЖ натуральные значения результативных признаков трансформировали в безразмерную шкалу желательности, имеющую интервал от 0,0 до 1,0 (Адлер и др., 1976). Высший уровень желательности (1,0) присваивали максимальным значениям габитуальных и физиолого-биохимических показателей, а низший (0,0) – наибольшей концентрации нитратов в листостебельной массе растений овса. Для всех них (кроме содержания нитратов) вычисляли дозы удобрений, способствующие их максимизации, а для нитратов - минимизации.

Из материалов этой таблицы 10 видно, что дозы минеральных удобрений, оптимизирующие основную (биопродуктивность растений овса) и вспомогательные целевые функции (качественные характеристики урожая), являются различными, а порою даже взаимоисключающими. В ходе построения общего профиля желательности для совокупности рассматриваемых откликов установлено, что при использовании минеральных удобрений в количестве N130P900K200 формируется сравнительно высокий урожай овса с хорошим химическим составом (все показатели включали в анализ с весовыми коэффициентами, равными 1,0). Выход массы листьев овса на этом фоне питания составляет 1,04, массы стеблей – 5,38, а общей фитомассы – 6,42 кг/м2. Содержание сухого вещества в листостебельной массе овса достигает 22,9, сырого белка – 14,2, водорастворимых углеводов – 27,6 %, аскорбиновой кислоты – 2,65, хлорофиллов – 5,69 и каротиноидов – 0,77 мг/г сухой массы тест-объекта. Одновременно наблюдается существенное уменьшение концентрации нитратов – до 4,78 мг/г. В целом, о целесообразности практического использования данной комбинации удобрений свидетельствует сравнительно высокое значение обобщенной функции желательности для агрегированного отклика – 0,60.

Таблица 10

Результаты однокритериальной оптимизации минерального питания овса сорта Хибины 2

Показатель Размах

(min-max) Среднее

значение

показателя Коэффи-

вариации,

ЧФЖ Расчетное

значение

экстремума Дозы удобрений,

мг д.в./кг почвы

N P2O5 K2O

Общая масса

растений, кг/м2 2,62 – 7,18 5,28 25,2 86,0 1,00 7,22 220 430 350

Масса листьев, кг/м2 0,68 – 1,38 0,92 22,8 87,6 0,79 1,32 30 1600 230

Масса стеблей, кг/м2 1,90 – 5,88 4,35 26,4 85,0 1,00 5,99 220 850 350

Сухое вещество, % 18,6 – 23,9 22,1 6,3 56,6 1,00 24,8 230 1600 50

Сырой белок, % 9,3 – 17,2 13,8 17,4 98,8 1,00 17,7 230 1600 110

Водорастворимые

углеводы, % 18,2 – 32,1 25,5 14,9 95,1 0,90 31,8 30 200 160

Нитраты, мг/г 2,1 – 15,5 6,9 58,7 94,7 1,00 1,9 30 290 110

Аскорбиновая

кислота, мг/г 2,02 – 2,90 2,55 9,4 34,1 0,72 2,76 130 1600 280

Хлорофилл, мг/г 3,5 – 8,0 5,4 22,7 92,4 1,00 8,4 230 200 330

Каротиноиды, мг/г 0,54 – 1,12 0,84 20,2 58,3 0,81 1,08 30 1600 50

Резюмируя результаты натурного опыта и вычислительных экспериментов, отметим, что подобранные нами оптимальные дозы минеральных удобрений для полевой культуры овса, подтверждают известную концепцию А.И. Коровина (1972) о необходимости применения в районах Заполярья так называемых «северных доз» минеральных удобрений, характерной особенностью которых является доминанта фосфатов по отношению к азоту и калию.

В Мурманской области при рекультивации селитебных и техногенно-нарушенных территорий, а также при создании кормовых угодий с.-х. назначения нередко используются трехкомпонентные злаковые травосмеси, в состав которых входят верховые, полуверховые и низовые злаки. Достаточно часто применяется комбинация из лисохвоста лугового, овсяницы луговой и овсяницы красной, позволяющая создавать фитоценоз среднего долголетия (5-7 лет хозяйственного пользования). Лисохвост луговой в таком фитоценозе обладает недостаточно пролонгированной конкурентоспособностью, что обусловливает практическую необходимость в подборе более жизнеспособного аналога.

В предварительных краткосрочных экспериментах нами было установлено, что данный вид с успехом может быть замещен лисохвостом тростниковым (ЛТ) местного происхождения (Терское побережье Белого моря), отличающимся высокой интегральной адаптацией к холодному гумидному климату Кольского полуострова. По кормовым качествам он не уступает лисохвосту луговому, а по экологической пластичности и биологической продуктивности превосходит его.

Была изучена была зимостойкость этого вида. Выяснилось, что на первом году жизни она существенно зависит от режима минерального питания, детерминирующего общий габитус и физиологическое состояние фотоавтотрофных органов данного экотипа. Ключевым условием успешной перезимовки ЛТ в экстремальных почвенно-климатических условиях Кольской Субарктики является применение биогенных макроэлементов с доминантой фосфорного компонента в их составе – например, N30P900K350 мг д.в./кг субстрата. На этом фоне минерального питания повышение зимостойкости растений ЛТ происходит за счет оптимизации фосфат-зависимых адаптивных процессов на разных уровнях организации ассимиляционного аппарата, а также за счет формирования экологически рациональной архитектуры целостного растительного организма.

Основной вывод состоит в том, что ЛТ, обладающий достаточно высокой конкурентной мощностью и экотопической толерантностью, может вполне обоснованно вводиться в состав травосмесей для создания среднесрочных луговых фитоценозов. Однако он является перспективным не только для лугопастбищного травосеяния в северных регионах, но и для решения фиторекультивационных задач. Данный вид может применяться для садово-паркового строительства, задернения промышленных отвалов, хвостохранилищ и т.д., то есть использоваться в качестве рекультиванта на техногенно-нарушенных территориях. Для целей фиторекультивации суммарная норма высева изученных видов трав (овсяница луговая и красная, лисохвост тростниковый) должна быть увеличена на 30-40% по сравнению с с.-х. нормативами, что позволит им в полной мере реализовать свой конкурентный потенциал в условиях искусственного фитоценоза.

В целом можно заключить, что при соблюдении оптимальной агротехники все изученные культуры могут быть основой для получения высоких и качественных урожаев на Кольском севере.

Агроэкологическая характеристика городских почв

В России до сих пор сохраняется много препятствий на пути создания здоровой, экологичной городской среды. Территории многих городов и число их жителей постоянно растут, из мегаполисов урбанизированные территории превращаются в урбоареалы (Тетиор, 2006). В Мурманской области, где доля городского населения составляет 92% (Доклад о социально-экономическом развитии Мурманской области, 2009 г.), проблемы создания благоприятных условий для проживания стоят достаточно остро и требуют постоянного внимания специалистов для их разрешения. В условиях техногенного кризиса природа отступает под техногенным давлением. Для восстановления экологического равновесия между застроенной и природной средами необходима экологизация урбанизированных территорий, включающая реконструкцию мест расселения и реставрацию нарушенных ландшафтов. Важнейшей составляющей частью таких ландшафтов являются городские почвы. Проведено комплексное изучение городских почв, включающее не только общепринятые агрохимические показатели, но и радиоэкологические исследования тех же почвенных образцов.

Антропогенные глубоко преобразованные почвы образуют группу собственно городских почв – урбанозёмов, в которых горизонт урбик имеет мощность более 50 см. Они подразделяются на 2 группы:

1. Физически преобразованные почвы, в которых произошла физико-механическая перестройка профиля (урбанозём, культурозём, некрозём, экранозём);

2. Химически преобразованные почвы, в которых произошли значительные хемогенные изменения свойств и строения профиля за счёт интенсивного химического загрязнения как воздушным, так и жидкостным путём, что и отражается на их разделении (индустризём, интрузём).

Для городских почв характерен диагностический горизонт "урбик" (от слова urbanus - город), как специфический горизонт городских почв. Присутствие горизонта "урбик" является основным отличием собственно городских почв от естественных. Городские почвы выполняют разнообразные экологические функции. Главными функциями городской почвы являются: продуктивность, т.е. ее пригодность для произрастания зеленых насаждений; способность сорбировать в толще загрязняющие вещества и удерживать их от проникновения в почвенно-грунтовые воды, а также от поступления пыли в городской воздух. В соответствующей главе представлены морфологические описания 17 урбанозёмов городов Мурманска, Кировска и Апатитов. Показано, что городские почвы заметно отличаются по морфологии от зональных почв. В первую очередь это относится к самому верхнему горизонту, обычно уплотненному, который в большинстве случаев образован в результате перемешивания остатков естественных горизонтов, как правило, иллювиально-гумусовых почв, последующего привнесения комков торфа, посторонних включений (остатки стекла, камни, бытовой мусор и т.д.). Такой внешний вид заранее предполагает определенную загрязненность почв, это позволяют выявить соответствующие агрохимические анализы на водно-физические и химические свойства.

При изучении агрохимических свойств исследовали два верхних слоя почвы, в которых сконцентрирована основная масса корней растений. Данные, полученные в результате физико-химических анализов образцов почв г.Апатиты, приведены в таблице 11.


загрузка...