Агрохимия, 2019, № 1, стр. 48-57

ВВЕДЕНИЕ

Многолетние бобовые травы и бобово-злаковые травосмеси имеют большое значение в полевом кормопроизводстве и земледелии Центрального Нечерноземья как источник дешевых и высококачественных объемистых кормов для молочного животноводства, с одной стороны, и как инструмент комплексного положительного воздействия на плодородие корнеобитаемого слоя почвы, с другой стороны.

Традиционно используемый для этого клевер луговой и бобово-злаковые смеси с его участием в настоящее время не вполне удовлетворяют потребностям современного животноводства и земледелия, поскольку не обеспечивают стабильно высокого и длительного продуктивного долголетия травостоев, качественных характеристик приготовляемых из них объемистых кормов. Их возделывание зачастую не способствует улучшению азотного питания последующих озимых и яровых зерновых культур без дополнительного применения промышленных азотных удобрений [1–6].

Поэтому выявление условий и способов увеличения продуктивного долголетия многолетних трав, повышения качества надземной биомассы и усиления положительного влияния на азотный режим зональных почв является важной народнохозяйственной задачей на современном этапе развития сельскохозяйственного производства в Нечерноземной зоне России.

Пути ее решения просматриваются в расширении видового разнообразия полевых агрофитоценозов за счет внедрения в состав наряду с клевером и тимофеевкой также и других видов, характеризующихся замедленным развитием и, соответственно, повышенным продуктивным долголетием, например люцерны пестрогибридной, козлятника восточного, лядвенца рогатого.

В связи с вышеизложенным определенный научный и практический интерес представляют результаты исследований, проведенных авторами в травяном звене 7-польного зернотравяного севооборота, по установлению влияния многолетних бобовых и бобово-злаковых трав на урожайность, накопление растительных остатков и азота в них в зависимости от видового состава.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили в длительном стационарном полевом опыте, заложенном на опытном участке НИИСХ ЦРНЗ (в настоящее время – Московский НИИСХ “Немчиновка”), расположенном в Одинцовском р-не Подмосковья. Почва – дерново-подзолистая среднесуглинистая на моренном суглинке. Ко времени посева многолетних трав весной 2003 г. в пахотном слое 0–20 см почвы содержалось: гумуса – 1.91%, подвижного фосфора и калия (по Кирсанову) – 189 и 170 мг/кг соответственно, рН_KСl 5.5.

Схемой опыта предусматривалось возделывание в течение 3-х лет следующих вариантов многолетних трав и травосмесей, высеваемых под Покров ячменя сорта Эльф: 1 – клевер луговой, 2 – люцерна пестрогибридная, 3 – лядвенец рогатый, 4 – козлятник восточный, 5 – клевер + люцерна, 6 – клевер + лядвенец, 7 – клевер + козлятник, 8 – клевер + тимофеевка луговая, 9 – люцерна + + тимофеевка, 10 – лядвенец + тимофеевка, 11 – козлятник + тимофеевка, 12 – клевер + люцерна + + тимофеевка, 13 – клевер + лядвенец + тимофеевка, 14 – клевер + козлятник + тимофеевка, 15 – тимофеевка луговая (в качестве культуры сравнения для расчета азотфиксирующей способности (коэффициента N₂-фиксации) многолетних бобовых и бобово-злаковых трав в зависимости от состава травосмеси). Многолетние травы высевали также под Покров ячменя сорта Раушан с использованием сортов: клевер луговой – ВИК 7, люцерна пестрогибридная – Вега, лядвенец рогатый – Луч, козлятник восточный – Гале, тимофеевка луговая – ВИК 85.

Посев проводили в лучшие агротехнические сроки семенами, обработанными раствором молибденово-кислого аммония, рядовой сеялкой точного высева СН-16. Урожайность учитывали в начале цветения клевера лугового поделяночно вручную. В год посева укоса не получено. Во 2-, 3- и 4-й годы жизни трав проведено соответственно 3, 2 и 1 укос (всего 6). Общая площадь делянки – 75 м², повторность четырехкратная.

В процессе исследования использовали методические рекомендации ВИК [7], при статистической обработке результатов учета урожая надземной массы – методику [8]. Массу пожнивных остатков и корней определяли по методике [9], N₂-фиксирующую способность многолетних бобовых трав – по методу сравнения с небобовой культурой, предложенному в работе [10]. Агрохимические анализы почвы и растений выполняли по методикам и ГОСТам, принятым в Агрохимической службе, в аккредитованной лаборатории массовых анализов института.

Метеорологические условия вегетационных периодов (20 апреля–20 сентября), по данным АМС “Немчиновка”, в целом способствовали формированию высокой урожайности, но избыточное увлажнение в течение мая–июля 2005 г. оказывало негативное воздействие на азотфиксирующую способность многолетних бобовых трав.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Установлено, что в сложившихся условиях возделывания наиболее высокой урожайностью сухой массы в блоке вариантов одновидовых посевов как в сумме за 3 года, так и в отдельные годы, выделялся клевер луговой – 208 ц/га. За ним в порядке убывания располагались варианты с люцерной и козлятником – 172 и 166 ц/га. Замыкал ряд лядвенец рогатый с урожайностью 147 ц/га. Если у клевера лугового половина общего сбора сухой массы приходилась на 1-й год пользования, то у люцерны и козлятника – на 2-й год. Лядвенец рогатый обеспечивал получение близкой урожайности в годы использования, но меньшего уровня. Той же закономерности подчинялись и размеры накопления общего и фиксированного из атмосферы азота в надземной биомассе, величины которых находились в соответствии с достигнутой урожайностью: 602, 460–480 и 394 кг/га; 450, 308–329 и 242 кг/га соответственно.

Наиболее высоким коэффициентом азотфиксации (отношением количества симбиотически связанного азота к количеству общего азота в биомассе) (К_ф) выделялся клевер луговой: в среднем за 3 года К_ф составил 0.75. У козлятника и люцерны его величина уменьшалась до 0.67–0.68, а у лядвенца рогатого – до 0.61. У всех изученных видов многолетних бобовых трав наибольший К_ф зафиксирован в 1-й год пользования: от 0.89 в варианте с клевером луговым до 0.78–0.80 у остальных видов. Избыточное увлажнение во 2-й год пользования отрицательно влияло на функционирование бобово-ризобиального симбиоза и приводило к уменьшению К_ф до 0.41–0.59, особенно в варианте с лядвенцем рогатым (табл. 1).

Подобная реакция многолетних трав в одновидовых и смешанных посевах на неблагоприятные условия увлажнения в Московском регионе отмечена в работе [6]. Нормальные условия увлажнения в 3-й год использования травостоев способствовали возвращению азотфиксирующей способности практически к уровню 1-го года.

Масса органического вещества пожнивно-корневых остатков (ПКО) в слое почвы 0–30 см к распашке пласта многолетних трав в середине 3-го года пользования с поправкой на полноту учета, равную 2 [11], в зависимости от вида составляла 74.4–173 ц/га. Нижний предел представленного диапазона был характерен для варианта с клевером луговым, верхний – для козлятника восточного. Люцерна и лядвенец с величинами ПКО, равными 105 и 89.6 ц/га, занимали промежуточное положение.

От 58 до 77–83% общей биомассы ПКО приходилось на корни и от 17–23 до 42% – на пожнивные остатки. В варианте с клевером луговым их соотношение было практически равным, в остальных масса корней заметно преобладала.

В соответствии с массой ПКО и коэффициентами азотфиксации накопление общего и биологического азота в них находилось в диапазоне 136–341 и 94–228 кг/га соответственно. При этом максимальными показателями, равными 341 и 228 кг/га, выделялся вариант с козлятником восточным, наименьшими по содержанию общего азота – клевер луговой, биологического азота – лядвенец рогатый.

Из всех вариантов этой группы трав наиболее высокими величинами накопления суммарной массы органического вещества и общего азота в ней выделялся вариант с козлятником восточным – 338 ц/га и 801 кг N/га. На втором месте располагался клевер луговой – 282 ц/га и 738 кг N/га, за ним люцерна пестрогибридная и лядвенец рогатый – 277 ц/га и 676 кг N/га, 236 ц/га и 520 кг N/га. По величине накопления симбиотически связанного азота в общей биомассе, поступающей в малый биологический круговорот, выделялись варианты клевера лугового и козлятника восточного – 552 и 536 кг N/га. Люцерна и особенно лядвенец отличались меньшими величинами: 461 и 336 кг N/га соответственно.

Следовательно, в блоке вариантов одновидовых посевов многолетних трав по комплексу показателей продуктивности при трехлетнем использовании травостоев и азотфиксирующей способности предпочтительнее выглядели варианты с клевером луговым, люцерной пестрогибридной и козлятником восточным: 208–166 ц/га, 600–460 кг N/га, 0.78–0.67 соответственно. Однако по продуцированию суммарной биомассы с лучшей стороны зарекомендовал себя козлятник восточный – 338 ц/га, по накоплению N_биол – клевер и козлятник (552 и 536 кг/га соответственно). О бóльших возможностях использования козлятника восточного для обеспечения высококачественными объемистыми кормами молочного животноводства Верхневолжья и обогащения почв региона биологическим азотом указано в работе [5].

Люцерна пестрогибридная по суммарной массе органического вещества приближалась к клеверу луговому, но по накоплению биологического азота в ней заметно отставала (–91 кг/га). Лядвенец рогатый по этим показателям оказался менее привлекательным. Тем не менее, способность произрастать на кислых почвах и формировать экономически значимые урожаи делает его незаменимым в этих условиях.

Урожайность сухой надземной массы двойных бобовых смесей клевера лугового с люцерной, лядвенцем и козлятником как в отдельные годы, так и в сумме за 3 года пользования травостоем в среднем на 20% превосходила аналогичные величины в одновидовых посевах и в зависимости от состава варьировала в узком диапазоне 201–216 ц/га. При этом на 1-й и 2-й годы пользования приходилось 40–41 и 43–49% общего сбора сухой надземной массы, что свидетельствовало о высокой устойчивости по годам.

Изученные травосмеси в сравнении с одновидовыми посевами накапливали в биомассе больше общего и биологического азота – 556–592 и 404–440 кг/га против 394–602 и 152–450 кг/га – с небольшим преимуществом смеси клевера с люцерной (табл. 2). Судя по величинам К_ф, их азотфиксирующая способность возрастала и приобретала стабильность за счет наличия в составе клевера лугового. Характер динамики этого показателя во времени имел аналогичную направленность с одновидовыми посевами изученных бобовых трав.

В отличие от вариантов предыдущей группы посевов двойные сочетания бобовых видов оставляли в почве меньше ПКО при заметном снижении массы корней. Среди них практически равными величинами 102–103 ц/га выделялись смеси клевера с люцерной и клевера с козлятником. Лядвенец рогатый в смеси с клевером отличался наименьшей массой ПКО, равной ≈78 ц/га.

В соответствии с отмеченными особенностями изменения количественных параметров накопления в почве ПКО и азотфиксирующей способности двойных бобовых смесей на основе клевера лугового в них накапливалось от 124 до 210 кг/га – общего и 91–156 кг/га – фиксированного азота, причем нижний порог отмеченных диапазонов был характерен для смесей с участием лядвенца рогатого. В лучшую сторону выделялись смеси клевера лугового с люцерной и с козлятником, в ПКО которых накапливалось до 140–160 кг N_биол/га. Расчеты показали, что при усвоении порядка 25% азота (как и из навоза) последующей зерновой культурой прибавка урожайности за счет дополнительного поступления N_биол может достигать от 10 до 16 ц/га.

В целом размеры суммарной массы органического вещества, количества общего и симбиотически связанного азота в ней, поступающие в малый биологический круговорот, были достаточно высокими и в зависимости от состава травосмесей составляли 279–319 ц/га, 680–802 кг/га и 495–596 кг/га, превышая соответствующие показатели в одновидовых посевах в среднем на 6, 9 и 16%.

Таким образом, преимущество выращивания двойных смесей многолетних бобовых трав в севооборотах Нечерноземья перед одновидовыми посевами заключается в возможности получения более высоких и устойчивых по годам урожаев надземной биомассы, обогащенной биологическим азотом за счет повышенной азотфиксирующей способности. Масса ПКО ненамного превышала аналогичные величины в чистых посевах, но по приходу в почву и в малый биологический круговорот фиксированного из атмосферы азота – существенно превосходила.

В группе двойных бобово-злаковых смесей выделялись варианты клевера с тимофеевкой и люцерны с тимофеевкой, обеспечившие получение в сумме за 3 года использования травостоев сухой массы 246–249 ц/га, что на 13–15% превышало аналогичную величину в лучшем варианте среди двойных бобовых смесей – клевер + люцерна. Смесь лядвенца с тимофеевкой по этому показателю вполне сопоставима со смесью клевера с люцерной, а смесь с участием козлятника и тимофеевки занимала последнее место – 168 ц/га, или на 17% меньше в сравнении с вариантом клевер + + козлятник (табл. 3). Во всех вариантах двойных бобово-злаковых смесей отмечено постепенное увеличение урожайности от 1-го ко 2-му году пользования с 28–38% от суммы за 3 года до 48–54%. Наибольший относительный прирост урожайности с 28–32 до 53–54% отмечен в вариантах смесей тимофеевки луговой с лядвенцем рогатым и козлятником восточным за счет злакового компонента, доля которого в травосмесях при этом увеличивалась с 43–46% в 1-й год пользования до 53–56% во 2-й. Содержание бобового компонента при этом, наоборот, уменьшалось с 55–56 до 44–45% соответственно по годам и свидетельствовало о низкой конкурентной способности этих видов вследствие их замедленного развития.

Размеры накопления азота, как в общем урожае надземной массы, так и в отдельные годы, находились в соответствии с величинами урожайности. Наибольшими величинами 552–569 кг/га отличались травосмеси тимофеевки и с клевером, и с люцерной. В вариантах смесей тимофеевки с лядвенцем и козлятником его величины уменьшались до 343–409 кг/га. В том же направлении изменялось и накопление биологического азота в урожае, которое рассчитывали с учетом его присутствия в злаковом компоненте [12]: 344–394 и 167–203 кг/га.

В сложившихся условиях возделывания наиболее высокой азотфиксирующей способностью отличались травосмеси в 1-й год пользования, К_ф при этом в зависимости от состава изменялся от 0.73–0.80 в смесях тимофеевки с козлятником и с лядвенцем, до 0.80–0.91 в ее смесях с люцерной и с клевером.

Неблагоприятные условия функционирования бобово-ризобиального симбиоза во 2-й год, обусловленные избыточным увлажнением, оказывали негативное воздействие на азотфиксирующую способность всех травосмесей этой группы. Коэффициенты азотфиксации уменьшились практически на 50% в вариантах смесей тимофеевки с клевером и с люцерной и составляли 0.47–0.35, а в смесях лядвенца с тимофеевкой и козлятника с тимофеевкой – в 2.5–2.8 раза, или до 0.22–0.18. В 3-й год пользования азотфиксирующая способность всех изученных травосмесей, за исключением клеверо-тимофеечной, восстанавливалась до уровня 1-го года пользования. В последней, по причине старения клевера и существенного уменьшения его доли в травостое (до 47%), К_ф находился на уровне 0.66 против 0.70–0.85 для остальных смесей.

С учетом отмеченных особенностей динамики N₂-фиксирующей способности бобового компонента в двойных смесях с тимофеевкой во времени величины К_ф в среднем за 3 года были невысокими: от 0.49–0.50 в вариантах смесей тимофеевки с козлятником и лядвенцем до 0.62–0.69 в вариантах клеверо-тимофеечной и люцерно-тимофеечной смесей. Очевидно, для увеличения и стабилизации азотфиксирующей способности козлятника и лядвенца при выращивании их в двойных бобово-злаковых смесях необходимо подбирать менее агрессивный злаковый компонент, например овсяницу луговую, фестулолиум или кострец безостый.

Масса ПКО двойных бобово-злаковых смесей после 6-го укоса в середине 3-го года пользования практически не зависела от состава травосмесей и изменялась от 143 ц/га в варианте клеверо-тимофеечной травосмеси до 163–177 ц/га в остальных вариантах. На долю корней приходилось 73–82%, в них накапливалось общего азота от 152 до 216 кг/га и фиксированного азота от 129 до 131 кг/га. Наиболее высокими величинами – 211–216 и 129–131 кг/га соответственно – отличались варианты смесей тимофеевки луговой с люцерной и с лядвенцем. Несколько меньше – 152 и 164 кг/га, 81 и 105 кг/га – накапливалось в ПКО с участием клевера и тимофеевки, козлятника и тимофеевки. Это было связано с тем, что к распашке пласта продукционный цикл клевера лугового в смеси практически завершался, а у козлятника еще не вышел на максимум.

В изученной группе травосмесей масса продуцируемого органического вещества с учетом пожнивно-корневых остатков характеризовалась высокими величинами с максимумом в варианте смеси люцерны с тимофеевкой, равным 426 ц/га. Далее в порядке убывания располагались смеси клевера с тимофеевкой (375 ц/га), козлятника с тимофеевкой (331 ц/га). Последняя практически совпадала с аналогичной величиной в одновидовом посеве козлятника восточного.

Несмотря на высокие размеры суммарного накопления органического вещества, количество сосредоточенного в нем общего и симбиотически связанного азота было наименьшим в сравнении с величинами в рассмотренных ранее группах травосмесей – 507–763 и 248–499 кг/га соответственно – в связи с уменьшением в них доли бобового компонента. Приведенные величины находились в соответствии с уровнем накопления органического вещества. При этом в вариантах смесей тимофеевки луговой с клевером и с люцерной накапливалось наибольшее количество азота, как общего, так и биологического – 721–763 и 475–499 кг/га. Смеси тимофеевки с лядвенцем и с козлятником отличались меньшими величинами.

Следовательно, с учетом особенностей формирования и накопления биомассы, азотфиксирующей способности и количественных параметров поступления общего и фиксированного азота в малый биологический круговорот наибольший практический интерес в рассматриваемой группе травосмесей представляли сочетания тимофеевки луговой с люцерной пестрогибридной, с клевером луговым и с лядвенцем рогатым. В условиях Центрального Нечерноземья они не только формировали высокие экономически значимые урожаи сухой надземной массы, но и обеспечивали поступление в малый биологический круговорот фиксированного из атмосферы азота до 300–500 кг/га.

Суммарная за 3 года урожайность сухой массы в вариантах тройных бобово-злаковых смесей, равная 215–244 ц/га, была сопоставима с величинами в лучших сочетаниях предыдущей группы травосмесей. Ее изменения по годам варьировали в довольно узком интервале, что свидетельствовало об их большей стабильности по сравнению с вариантами двойных бобово-злаковых смесей (табл. 4).

По размерам накопления общего и фиксированного азота в надземной массе эти группы травосмесей также очень близки. Азотфиксирующая способность бобового компонента у них больше и составляла в среднем за 3 года 0.66–0.70 за счет присутствия в составе двух бобовых видов, дополняющих друг друга. Этот фактор оказывал положительное влияние на азотфиксацию, ослабляя негативное влияние погодного фактора в стрессовой ситуации. При этом коэффициенты азотфиксации в проблемных вариантах возрастали от 0.18–0.22 до 0.22–0.39 (табл. 3, 4). Особенно заметным было влияние присутствия второго бобового вида (клевера лугового) в варианте с козлятником, где в сравнении с одноименным вариантом предыдущей группы травосмесей существенно возрастала урожайность (+41%), более чем в 2 раза увеличивалось накопление биологического азота – 343 против 167 кг/га. При наличии в тройных смесях 52–67% бобового компонента к распашке пласта в середине 3-го года использования травостоев масса ПКО составляла 157–185 ц/га и на 76–84% состояла из органического вещества корней. В ней накапливалось общего азота от 129 до 214 кг/га и симбиотически связанного азота 73–141 кг/га, что в целом совпадало с аналогичными величинами в группе двойных бобово-злаковых смесей.

Продуцирование органического вещества надземной массы и ПКО изученных травосмесей повышалось в сравнении с вариантами предыдущей группы и составляло в зависимости от состава 401–429 ц/га. Несмотря на это, по величинам накопления общего и биологического азота в биомассе обе группы вполне сопоставимы. Тем не менее, преимущество тройных бобово-злаковых смесей выражалось в меньшей их вариабельности и, соответственно, в большей стабильности изученных показателей (табл. 3, 4).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На дерново-подзолистых почвах Центра Нечерноземной зоны РФ среднего уровня окультуренности в целях повышения урожайности и стабилизации ее по годам использования травостоя, увеличения вклада биологического азота в азотный фонд почвы и в малый биологический круговорот в травяных звеньях полевых севооборотов рекомендуется расширение видового состава многолетних трав. Возделывание люцерны пестрогибридной наряду с клевером луговым в одновидовых посевах, двойных бобовых смесях с их участием, а также в двойных и тройных бобово-злаковых смесях обеспечивало получение в условиях полевого эксперимента сухой надземной массы от 170–200 до 240–250 ц/га за 3 года с накоплением в ней симбиотически связанного азота до 330–440 кг/га в зависимости от состава смеси.

К распашке пласта в слое 0–30 см почвы накапливалось сухой массы растительных остатков от 100 до 180 ц/га с содержанием азота биологического происхождения от 105 до 160 кг/га. При этом в малый биологический круговорот поступало общей биомассы 280–420 ц/га, общего азота – 680–760 кг/га и симбиотически связанного азота – 460–520 кг/га, что было сопоставимо с аналогичными величинами в вариантах с клевером луговым.

Козлятник восточный также может быть использован для возделывания в травяных звеньях севооборотов, но только в составе смесей с клевером луговым (двойных бобовых) или тройных бобово-злаковых смесей с участием клевера и тимофеевки. Эти сочетания позволили получить при трехлетнем использовании сухой надземной массы 203–240 ц/га с накоплением в ней симбиотически связанного азота от 340 до 400 ц/га.

Смеси с его участием отличались высоким уровнем поступления в почву сухой массы растительных остатков, изменяющейся в зависимости от состава в пределах 103–178 ц/га, в которой накапливалось симбиотически связанного азота до 140 кг/га. В целом общее поступление органического вещества в малый биологический круговорот в вариантах изученных смесей достигало 330–415 ц/га с накоплением в них симбиотически связанного азота 480–540 кг/га.

Из всех изученных вариантов одновидовых посевов многолетних бобовых трав и травосмесей варианты с лядвенцем рогатым оказались наименее привлекательными. Они отличались меньшей урожайностью и накоплением общего и фиксированного азота. Азотфиксирующая способность лядвенца рогатого в одновидовом посеве и в смесях выделялась наименьшими величинами (кроме его смеси с клевером луговым). Уступали они и по массе оставляемого в почве органического вещества растительных остатков, по накоплению в них общего и биологического азота.

Тем не менее, смесь лядвенца рогатого с клевером луговым на окультуренных дерново-подзолистых почвах Центра Нечерноземной зоны России может быть рекомендована к возделыванию, как и смесь клевера с козлятником. Их выращивание в опытном посеве обеспечило урожайность сухой массы за 3 года порядка 200 ц/га при накоплении в ней общего и биологического азота в количествах, сопоставимых с вариантом клевер + + козлятник. Однако невысокая масса пожнивно-корневых остатков (до 80 ц/га) не способствовала поступлению в почву большого количества биологического азота: не более 90 кг/га, или только 56–85% от аналогичных величин в лучших вариантах с люцерной, клевером и козлятником.