Агрохимия, 2020, № 7, стр. 83-89

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время Нечерноземье располагает богатым ассортиментом бобовых культур, широким спектром доступных приемов биологизации земледелия и мощными биоресурсами природного, промышленного и коммунально-бытового органического сырья для удобрений. Биологизация тесно связана с расширением видового и сортового состава культур, увеличением доли бобовых растений – азотонакопителей в структуре севооборотов и повышением их урожайности [1]. Наиболее мощным фактором биологизации земледелия является научно обоснованный севооборот, действие которого усиливается сбалансированной системой удобрения с применением навоза, возрастающих количеств не кормовой соломы и использованием техногенных средств [2].

Благодаря высокой азотфиксирующей способности и индифферентности к почвенному плодородию все виды люпина не нуждаются в азотных удобрениях, во внесении фосфорно-калийных удобрений в силу своей биологической способности использовать труднодоступные соединения фосфора и калия почвы и последействие удобрений [3].

Узколистный люпин сочетает высокий потенциал хозяйственно-биологической продуктивности, надежность семеноводства новых сортов с высокой средовосстанавливающей и ресурсосберегающей способностью. Его ресурсовосстановление включает техногенное энергосбережение, азотфиксацию и выделение экссудатов, повышенное усвоение ранее внесенных удобрений, использование биогенных элементов из труднодоступных соединений почвенного профиля, активизацию полезной микробиоты и санитарно-гигиеническое воздействие на почву при минимальном расходе доступных элементов питания в севооборотах на единицу продукции [4].

Повышение урожайности люпина на малогумусных почвах легкого гранулометрического состава ограничивается энергоемкой азотфиксацией, которая может быть значительно усилена путем применения на удобрение соломы зерновых культур без компенсирующих добавок минерального азота [5]. Соединения углерода соломы служат источником энергии для азотфиксирующих микроорганизмов и эндотрофной микоризы, формирующих совместно с растением-хозяином потенциал биологического азота люпина [6].

Применение соломы озимых зерновых культур положительно влияет на рост общей продуктивности растений люпина. В результате удобрения соломой происходит трансформация менее ценной биомассы (соломы) в более дорогостоящую и востребованную продукцию, достижение при этом высокой окупаемости затрат через вновь получаемое зерно, картофель и другую продукцию при улучшении баланса органического вещества в почве и ее физико-химических свойств.

Таким образом, солома в сочетании с симбиотическими азотфиксаторами (бобовыми растениями) является эффективным средовосстанавливающим фактором и перспективным резервом активного воспроизводства плодородия почв без участия компенсирующего азота минеральных удобрений. В связи с этим запаханная солома не понижает урожаи бобовых культур. Кроме того, при запахивании соломы в почву при возделывании бобовых дополнительно накапливается азот, который могут использовать последующие культуры севооборота.

Цель работы – научное обоснование и разработка ресурсосберегающих приемов повышения продуктивности полевых севооборотов с узколистным люпином на дерново-подзолистых супесчаных почвах Центрального Нечерноземья при использовании соломы на удобрение под люпин, выращиваемый на зерно, в отсутствии минеральных удобрений.

В задачи исследования входило выявление лучших технологических приемов использования соломы зерновых культур под узколистный люпин в звене севооборота с люпином на зерно, картофелем и ячменем, определение влияния соломы и люпина на показатели плодородия почвы, урожай и его качество при использовании пространственно-временнóго анализа.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Методологической основой исследования был развернутый во времени и пространстве полевой опыт на дерново-подзолистой супесчаной почве опытного поля ВНИИОУ, расположенный в Судогодском р-не Владимирской обл. Легкий гранулометрический состав этих почв предопределяет агрохимические свойства и их плодородие. Средний балл бонитета составляет 34 [7].

В полевых опытах выращивали культуры: узколистный люпин сорта Брянский 123, картофель сорта Невский, ячмень сорта Зазерский 85. Агротехника возделываемых культур общепринятая [8]. Площади опытных делянок 56 м², повторность четырехкратная. Исследование проводили в 3-х полях. Учет урожая – сплошной. Урожай зерна приводили к стандартной 14%-ной влажности.

Исследовали влияние соломы озимой пшеницы и ее стерни в качестве удобрения под узколистный люпин в звене севооборота: озимая пшеница – узколистный люпин на зерно – картофель – ячмень. Под картофель и ячмень удобрения не вносили, под люпин запахивали стерню и солому озимой пшеницы по следующей схеме, варианты: 1 – стерня: запашка осенью (контроль), 2 – стерня: дискование, запашка осенью, 3 – стерня + солома: запашка осенью, 4 – стерня + солома: дискование, запашка осенью, 5 – стерня + солома: дискование, запашка весной.

При использовании соломы и люпина в качестве удобрения исследовали количество фиксированного азота воздуха по методу сравнения с небобовой культурой, динамику развития растений, величину и структуру урожая, изменение агрохимических свойств почвы. Определяли показатели качества урожая.

Наблюдения и исследования выполняли в соответствии с общепринятыми методиками, используемыми в агрохимических работах [9–11]. Поступление в почву органического вещества и величину азотфиксации рассчитывали по методике ВИУА [12]. Статистический анализ результатов опытов выполнен методом дисперсионного анализа с использованием компьютерной программы Statistika.6.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Масса запаханной соломы в среднем составила 4.8, стерни и корней – 2.7 т/га. С соломой в почву с учетом корневой массы заделывали воздушно-сухое органическое вещество 6.3 т/га с содержанием: азота – 28.3, фосфора – 15.1 и калия – 68.0 кг/га. Со стерней и корнями в почву запахивали органическое вещество в количестве 2.0 т/га с содержанием: азота – 8.5, фосфора – 4.7 и калия – 19.5 кг/га.

Таким образом, в почву в вариантах 1 и 2 со стерней и корнями поступило в среднем 33 кг NPK/га, в вариантах 3–5 с соломой, стерней и корнями – 111 кг NPK/га. При запахивании соломы в почву с растительными остатками поступило в 3.1 раза больше органической массы и питательных веществ по сравнению с контролем без соломы.

При закладке опыта применяли следующие агротехнические приемы: измельчение соломы, дискование стерни и соломы, запашку. Солому измельчали во время уборки озимой пшеницы комбайном “САМПО” до размера 5–10 см и равномерно распределяли по площади на делянках вариантов 3–5. Неравномерность распределения измельченной соломы не превышала 15%. Заделку стерни и соломы проводили ранней осенью тяжелой дисковой бороной марки БДТ-3 в 2 следа на глубину 10–15 см. Запашку проводили плугом ПН-3-35 осенью в вариантах 1–4, в варианте 5 – весной на глубину 20–22 см. Весной следующего года высевали люпин узколистный. Норма высева – 1.1 млн шт. всхожих семян/га.

В первый год внесения соломы под люпин весной отмечено более высокое содержание нитратов в пахотном слое почвы, чем в последующие месяцы. В дальнейшем их содержание снижалось из-за биологического связывания доступного азота микрофлорой, разрушающей солому, а также из-за потребления нитратного азота растениями люпина. Содержание аммонийного азота, напротив, было минимальным весной. Затем в процессе аммонификации происходила частичная минерализация соломы в почве под люпином, и содержание аммонийного азота заметно возрастало. В фазе налива зерна оно резко снижалось вследствие интенсивного потребления растениями. Наибольшее содержание минеральных соединений азота в течение всего периода вегетации было отмечено в варианте с весенней запашкой соломы.

При возделывании картофеля и ячменя за счет разложения соломы и корне-пожнивных остатков люпина содержание нитратного и аммонийного азота в вариантах с соломой было больше, но к моменту полной спелости этих культур, из-за усиленного потребления минерального азота почвы их содержание заметно снижалось. Это свидетельствовало о более интенсивном потреблении азота растениями в указанных вариантах, их лучшим развитием, что отразилось в конечном итоге на росте урожайности. Таким образом, при внесении соломы в почву, обедненную азотом, происходила его иммобилизация. В последующие годы закрепленный микроорганизмами азот минерализовался и вновь становился доступным растениям.

Установлено, что однократное за ротацию внесение соломы обеспечивало почти бездефицитный баланс гумуса, сдерживало деградационные процессы в почве. Отмечено также, что в вариантах с соломой убыль углерода была меньше на 18–30 абс. %, азота – на 7.5–25%, чем в контроле (табл. 1).

Согласно данным опыта, внесение соломы усиливало процесс азотфиксации, увеличивало содержание общего азота в растениях люпина. Например, общий вынос азота на фоне соломы в зависимости от приемов ее заделки возрос на 31–69% по сравнению с контролем, вынос азота из атмосферы – на 48–107%. На размеры выноса азота из почвы удобрение соломой влияния не оказало (табл. 2).

При применении соломы урожаи зерна люпина заметно возрастали (табл. 3). В вариантах применения соломы, задискованной рано осенью и запаханной весной, прибавки урожая зерна увеличились по сравнению с контролем на 30, при осенней запашке – на 11 и при осенней запашке с дискованием – на 16%.

При удобрении люпина соломой возросло содержание в его зерне сырого протеина, наибольший сбор которого был отмечен при весенней запашке соломы и превосходил контрольный вариант на 2.9 ц/га. Анализ химического состава зерна люпина показал, что солома способствовала повышению содержания и зольных элементов (табл. 4).

Основное влияние соломы, по мнению [13], сводится к инактивации азота и обеспечению растений калием. Калий способствует усиленному образованию клубеньков, ускорению созревания растений, повышению содержания белка в зерне [14]. В наших опытах с соломой и стерней под люпин было запахано 68 кг калия/га (в 4.5 раза больше, чем фосфора).

При удобрении люпина соломой возросло содержание в его зерне белка и сырого протеина. Сбор сырого протеина зависел от срока и способа заделки соломы в почву. Показано, что весенняя запашка соломы была наиболее благоприятной для увеличения сбора сырого протеина. В этом случае сбор сырого протеина увеличился на 2.9 ц/га по сравнению с контролем.

При разложении стерни и соломы кроме азота высвобождаются фосфор, калий, кальций, магний, сера, микроэлементы [15]. Солома и стерня при заделке в почву являются важнейшим средством микробиологической мобилизации в почве труднодоступных и дефицитных элементов питания за счет энергии органического вещества [15, 16]. Этот факт нашел подтверждение в наших опытах. Под влиянием соломы повышалась доступность растениям люпина фосфора, калия и других элементов.

Последействие соломы положительно сказалось на качестве клубней картофеля. Применение соломы способствовало увеличению содержания сухого вещества (на 0.5–1.3%) и золы (на 0.25–0.43%) в клубнях картофеля. Содержание общего азота в картофеле было больше на 0.15–0.2%, а нитратного, наоборот, меньше, что свидетельствовало о большем количестве восстановленных форм азотных соединений в клубнях, выращенных при применении соломы. В этом случае в картофеле также возросло содержание витамина С на 38–47% по сравнению с контролем, увеличилась товарность клубней на 8.1–14.1%. Содержание крахмала в клубнях было больше в варианте с осенней запашкой незадискованной соломы – на 0.8% по сравнению с контролем.

Наибольшая прибавка зерна ячменя была получена в варианте 3 при осенней запашке соломы, которая превысила контроль на 59.3% (табл. 3). Отмечено положительное влияние соломы и люпина на химический состав зерна ячменя. Сбор белка в зерне при применении соломы возрос по отношению к контролю на 20–71%, содержание зольных элементов – на 1.16–1.23%, общего азота – на 0.09–0.16%.

Таким образом, применение соломы в звене севооборота повышало его продуктивность в зависимости от способов и сроков ее заделки в почву под узколистный люпин. Наиболее эффективной была осенняя запашка незадискованной соломы под узколистный люпин, продуктивность звена севооборота в этом варианте увеличилась на 23.1% по сравнению с контролем. При осенней запашке задискованной соломы продуктивность культур севооборота возросла на 18.7%, при весенней – на 21.1%.

С учетом достоверности прибавок урожая лучшим способом использования соломы под узколистный люпин было дискование измельченной соломы в начале осени с последующей запашкой весной (вариант 5). При этом достигалась максимальная прибавка урожая зерна люпина – 6.6 ц/га. Однако в этом случае положительное действие соломы на картофель и ячмень достоверно не было подтверждено. Сохранение измельченной соломы после комбайна на поверхности почвы с запашкой ее осенью оказалась наименее желательным вариантом для люпина. Вместе с тем этот прием обеспечивал максимальную прибавку урожая картофеля (41 ц/га) и достоверную прибавку урожая зерна ячменя (4.9 ц/га) и наибольший выход зерновых единиц за 3 года.

Суммарный вынос NPK для 3-х культур в вариантах с соломой оказался больше на 17.5–36.2%, чем в контроле (табл. 5). Сопоставляя суммарное содержание элементов питания в урожае люпина и картофеля с учетом фиксированного люпином азота воздуха, получили довольно близкие результаты. Однако источники азота для этих культур были разными: бóльшая его часть была получена люпином из воздуха, пропашной культурой – картофелем – из почвы, корне-пожнивных остатков и экссудатов люпина. Как компонент севооборота люпин – ресурсосберегающая культура, картофель же – потребляющая. Преимущество люпина перед картофелем и ячменем заключалось в его способности положительно реагировать на внесение соломы без применения минерального азота.

Сочетание соломы и узколистного люпина в севообороте положительно влияло на формирование урожайности культур, баланс азота за ротацию за счет увеличения доли симбиотического азота при сбережении ресурсов почвы, повышало коэффициенты использования фосфора и калия из почвы и соломистых остатков всеми культурами. Вместе с тем при таком сочетании приемов биологизации почти не возмещались затраты фосфора и калия, баланс этих элементов был дефицитным, особенно фосфора. Поэтому при использовании соломы под люпин в севообороте снижалась потребность культур в минеральном азоте, но требовалось интенсивное возмещение фосфора и калия с удобрениями.

ВЫВОДЫ

1. В результате 5-летнего исследования на дерново-подзолистой супесчаной почве Центрального Нечерноземья (Владимирская обл.) установлена высокая хозяйственно-экологическая эффективность узколистного люпина в зернопропашном севообороте в качестве зернобобовой культуры.

2. Выявлена высокая агроэкономическая, агрохимическая, энергосберегающая и ресурсовосстанавливающая роль узколистного люпина при выращивании на зерно в севообороте с картофелем и ячменем при внесении под люпин соломы озимой пшеницы без компенсирующих добавок азота. Обеспечена устойчивая урожайность зерна люпина на уровне 23.2–27.6 ц/га, что было на 20% в среднем больше неудобренного контроля. Дискование измельченной соломы ранней осенью при ее весенней запашке под люпин обеспечило максимальную прибавку урожайности зерна люпина (6.6 ц/га) и позволило увеличить площадь зяби под другие культуры. Урожайность люпина при применении соломы на удобрение возрастала в технологических вариантах на 2.3–6.6, картофеля – на 27–41, ячменя – на 0.8–4.9 ц/га при увеличении продуктивности звена севооборота на 15.8–20.8 ц з.е./га или на 17.7–23.3%.

3. Солома способствовала увеличению коэффициента симбиотической азотфиксации растениями люпина на 9–15% по сравнению с неудобренными вариантами, при росте урожайности потребление азота возросло на 31–69%, использование азота из атмосферы увеличилось на 48–107%. Накопление переваримого протеина в зерне люпина возросло до 551 кг/га, что позволио сократить расход кормов из-за дефицита белка в рационах и увеличить производство молока и мяса в зоне сеяния люпина.

4. За ротацию севооборота с люпином на зерно, картофелем и ячменем без внесения соломы убыль гумуса составляла 3.0 т/га. При участии соломы баланс гумуса приближался к бездефицитному. При разложении соломы улучшалось питание люпина калием и фосфором, что способствовало накоплению азота в урожае. Люпин отличался от зерновой культуры – ячменя втрое меньшим расходом почвенного азота и в 1.6 раза – калия на единицу продукции, что подчеркнуло ресурсосберегающую роль люпина в севообороте.

5. Баланс азота в севообороте с люпином, удобренным соломой, был положительным только при ее предварительном дисковании перед запашкой (от 2.2 до 46.4 кг N/га). При этом снижался коэффициент использования азота из почвы и соломы за счет увеличения доли и преобладания симбиотического азота в урожае люпина. Вместе с тем люпин и солома не возмещали затрат фосфора и калия на формирование урожая. Баланс этих элементов был отрицательным, что требовало интенсивного использования минеральных и органических удобрений.