Агрохимия, 2021, № 11, стр. 65-71

ВВЕДЕНИЕ

Возделывание многолетних бобовых трав имеет большое значение не только для обеспечения животноводства высокобелковыми кормами, но и играет большую роль в повышении плодородия почв. Клевер луговой при благоприятных условиях для симбиотической азотфиксации (слабокислая и близкая к нейтральной реакция среды, средняя обеспеченность подвижными формами фосфора и калия, а также микроэлементами – бором и молибденом), может накапливать биологический азот до 200–300 кг/га [1]. При распашке пласта многолетних бобово-злаковых трав в почву поступает дополнительное количество органического вещества и биологического азота, что во многом компенсирует потери гумуса в почвах вследствие недостаточного внесения органических удобрений и позволяет уменьшить дозы азотных удобрений [2]. Таким образом, возделывание бобовых трав позволяет правильно сочетать азот минеральных удобрений и биологический азот, уменьшить риски негативного воздействия на окружающую среду вследствие денитрификации и вымывания.

Одним из факторов, существенно снижающих продуктивность бобовых культур, является кислая реакция почвенной среды. Именно поэтому исследования влияния известкования на урожайность клевера лугового проводили во многих длительных и краткосрочных опытах. Например, в стационарном полевом опыте, заложенном в 1940 г. академиком О.К. Кедровым-Зихманом на Центральной опытной станции ВИУА, выявлено, что применение извести оказало существенное влияние на урожайность клевера. Прибавка к фону составила во 2-й ротации 130%, в 3-й и 4-й – 40 и 39% соответственно. В то же время эффективность повторного известкования существенно уменьшалась. Авторы пришли к выводу, что по мере снижения кислотности и содержания подвижного алюминия (с 10.8 до 1.1 мг/100 г), действие извести на урожайность клевера значительно снижалось [3].

В работе Е.П. Трепачева, Н.А. Кирпичникова, М.С. Ягодиной [4] показана высокая симбиотическая активность клевера лугового на слабоокультуренной дерново-подзолистой суглинистой почве без внесения азотных удобрений. При содержании подвижного фосфора 6–8 мг/100 г почвы известкование и внесение фосфорных удобрений в таких условиях не способствовало повышению урожайности.

Отмечено, что на сильнокислой дерново-подзолистой почве в опыте СШ-3 ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова с низким содержанием подвижного алюминия и молибдена положительное влияние извести на урожайность клевера лугового было обусловлено не только устранением кислотности, но и мобилизацией молибдена в почве [5, 6].

Во многих длительных опытах отмечено положительное действие органических и органо-минеральных систем удобрения. Наибольшая урожайность культур севооборота была получена при использовании органической и органо-минеральной систем удобрения в высоких дозах, но положительный баланс гумуса при этом обеспечивала только органо-минеральная система. Плодородие почвы, созданное в процессе длительного применения навоза и минеральных удобрений, обладает более высоким последействием, чем сформированное с использованием только минеральной системы [7–9].

На сегодняшний день назрела острая необходимость в продолжении исследований по эффективному сочетанию минеральных, органических, известковых удобрений при внесении их под различные культуры в севообороте и изучению их последействия. Особенно важно иметь информацию по влиянию удобрений на симбиотическую азотфиксацию бобовых трав, о размерах обогащения почвы биологическим азотом.

Именно поэтому, цель работы – в стационарном полевом опыте изучить последействие органической, минеральной, органо-минеральной систем удобрения на фоне известкования и без него на урожайность и симбиотическую азотфиксацию клевера лугового в зернотравяном севообороте.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Полевой опыт был заложен в 2015–2017 гг. на опытном поле Вологодской государственной молочно-хозяйственной академии им. Н.В. Верещагина на дерново-среднеподзолистой легкосуглинистой среднеокультуренной почве. Перед закладкой опыта пахотный слой (0–20 см) характеризовался следующими агрохимическими показателями: рН_KCl 5.1–5.2, гидролитическая кислотность (по Каппену) – 1.74 мг-экв/100 г почвы, сумма поглощенных оснований (по Каппену–Гильковицу) – 13.5 мг-экв/100 г, степень насыщенности основаниями – 88.6%, содержание гумуса (по Тюрину) – 3.16%, подвижного фосфора (по Кирсанову) – 261 мг/кг и калия (по Кирсанову) – 125 мг/кг [10]. Объект исследования – клевер луговой сорта Дымковский одногодичного использования. В годы исследования (2018–2020 гг.) за сезон проводили 2 укоса.

Исследование вели в 5-польном полевом севообороте: викоовсяная смесь (вика посевная сорта Льговская 31-292) – озимая пшеница сорта Московская 56 – ячмень сорта Сонет (с подсевом клевера лугового) – клевер луговой сорта Дымковский – овес сорта Лев.

Площадь делянок – 100 м², повторность трехкратная, размещение вариантов систематическое. Количество севооборотных полей – 3. В полевом опыте изучали 2 фактора: А – известкование, Б – системы удобрения. В качестве систем удобрения (фактор Б) использовали: органическую – с внесением навоза КРС 50 т/га под викоовсяную смесь, минеральную – внесение N150P120K225 под первые 3 культуры севооборота; органо-минеральную – с внесением половинных и полных доз навоза и минеральных удобрений. Все системы удобрения исследовали на 2-х фонах кислотности (фактор А): при рН_KCl 5.1–5.2 и 5.8–5.9. Второй уровень кислотности был создан путем известкования почвы по 1.0 Н_г под викоовсяную смесь. В контрольном варианте удобрения не вносили. На клевере изучали последействие ранее внесенных удобрений.

Удобрения вносили в форме N_аа – 34.4% N, K_х – 60% K₂О, а также комплексного азотно-фосфорно-калийного удобрения марки NPK 15 : 15 : 15 + + 7% S. В качестве известкового удобрения использовали известняковую муку (95% СаСО₃) [11].

Учет урожайности зеленой массы клевера лугового проводили сплошным методом, поделяночно, в фазе начала цветения, с использованием косилки марки КРН-2.1, агрегатированной с трактором МТЗ-82. Урожайность зеленой массы клевера приводили к стандартной влажности (80%).

Для определения количества симбиотически фиксированного азота и коэффициента азотфиксации использовали метод сравнения с не бобовыми культурами. Для клевера лугового сопоставимой злаковой культурой являлась тимофеевка луговая. Величину азотфиксации определяли по методике Трепачева [12].

Учет массы корневой системы растений проводили рамочным методом: 30.2 × 33.3 см = 0.1 м². Взятие образцов производили в 3-х местах каждой делянки каждого повторения на глубину 40–50 см [13].

Содержание азота в растительных образцах определяли по методу Кьельдаля, с пересчетом на сырой протеин (коэффициент 6.25), количество сухого вещества – термостатно-весовым методом, сырую клетчатку, сырой жир и сырую золу – на ИК-анализаторе (методом БИК-спектроскопии). Нитраты определяли ионометрическим методом в свежих образцах зеленой массы. Все анализы растительных образцов были проведены в аккредитованной лаборатории ГЦАС “Вологодский”.

Статистический анализ экспериментальных данных проводили дисперсионным методом по модели двухфакторного полевого опыта.

Метеорологические условия вегетационных периодов (май–сентябрь) в годы проведения исследования различались: 2018 г. характеризовался оптимальным увлажнением (ГТК по Селянинову = = 1.5), 2019 и 2020 гг. были избыточно увлажненными (ГТК = 2.2 и 2.5 соответственно).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Применение органической, минеральной и органо-минеральной систем удобрения в последействии оказало значительное влияние на урожайность зеленой массы клевера лугового (табл. 1). Показано, что известкование ранее слабокислой почвы способствовало достоверному повышению урожайности клевера лугового на 6–15%. По своему действию на урожайность последействие ранее внесенного навоза КРС было сопоставимо с внесением минеральных удобрений под покровную культуру (ячмень). Прибавки в вариантах применения органической и минеральной систем удобрения составляли 8–9% на неизвесткованном фоне и 12–15% при внесении СаСО₃ по 1.0 Н_г. Сочетание половинных доз навоза и NPK способствовало некоторому дальнейшему росту урожайности клевера лугового лишь на уровне тенденции. В то же время сочетание полных доз органического и минерального удобрения существенно повышало урожайность клевера как к контролю, так и другим системам удобрения. При этом наибольшую прибавку урожайности (в среднем за 3 года исследования) обеспечило применение навоза в дозе 50 т/га совместно с минеральными удобрениями в эквивалентном по действующему веществу количестве на фоне известкования – 32% к контролю. Таким образом, следует отметить, что оптимизация реакции почвенного раствора за счет известкования на фоне ранее внесенных органических и минеральных удобрений является действенным приемом повышения урожайности клевера лугового.

Неоднозначно повлияло сочетание удобрений и известкования на химический состав зеленой массы клевера лугового (табл. 2). Если на не известкованном фоне минеральная и органо-минеральные системы способствовали повышению сырого протеина до 18.3–19.5%, при его содержании в контроле 17.6%, то при известковании содержание сырого протеина практически не изменялось в вариантах опыта. Вероятно, это было связано с положительным действием извести на минерализацию почвенного органического вещества, а также мобилизацией остаточных фосфатов, что нивелировало последействие ранее внесенных удобрений. В то же время на известкованном фоне отмечено несколько меньшее содержание сырого протеина в сухом веществе зеленой массы вследствие так называемого эффекта ростового разбавления. Содержание сырого жира (3.0–3.7%), клетчатки (24.1–25.2%), безазотистых экстрактивных веществ (44.8–47.1%), сырой золы (7.8–8.6%) изменялось несущественно и, вероятно, не было обусловлено изученными системами удобрения и известкованием. Внесение органического и минерального удобрения в полной дозе на фоне известкования способствовало незначительному увеличению содержания нитратов до 140 мг/кг сырой массы, но оставалось значительно ниже ПДК (250 мг/кг).

Одностороннее применение минеральных удобрений, а также внесение NPK с навозом КРС в половинных дозах увеличивало сбор сырого протеина с 1.5–1.6 (в контрольном варианте) до 1.8–1.9 т/га, полной дозы – до 2.0–2.1 т/га (рис. 1). Наибольший сбор кормовых единиц – 8.4 т/га, а также выход обменной энергии – 110 ГДж/га отмечены также при внесении навоза и минеральных удобрений в полной дозе на фоне СаСО₃, что было на 35% больше, чем в неизвесткованном контроле. Известкование способствовало дополнительному увеличению сбора сырого протеина на 5–6%, кормовых единиц и выходу обменной энергии – на 6–13% по отношению к аналогичным системам удобрения без CаСО₃.

Рис. 1.

Влияние удобрений на сбор сырого протеина (СП) и кормовых единиц (т/га) и выход обменной энергии (ОЭ, ГДж/га) (средние за 3 года): (а) – без СаСО₃, (б) – с СаСО₃. “Усиками” показана величина НСР₀₅ частных различий.

На основании 3-летнего эксперимента была рассчитана эффективность симбиотической азотфиксации (табл. 3). Показано, что за счет создания оптимальной реакции почвенной среды при известковании, а также улучшения питания растений клевера лугового макро- и микроэлементами, поступившими с навозом и минеральными удобрениями, увеличивалось накопление симбиотически фиксированного азота как в надземной массе, так и в поукосно-корневых остатках.

Рост урожайности клевера лугового сопровождался увеличением выноса общего азота с 263–300 кг/га в контрольном варианте до 313–364 кг/га при органо-минеральной системе удобрения. При этом доля симбиотически фиксированного азота менялась от 84 до 88%. Высокую долю связанного азота обеспечило то, что в опыте клевер луговой высевали в чистом виде, а не в составе травосмесей, как, например, в работе [14, 15]. На фоне без известкования увеличение накопления биологического азота отмечено при внесении навоза (в занятом викоовсяном пару) и при его сочетании с минеральными удобрениями в полных дозах. При известковании ранее слабокислой почвы наибольшее накопление N_биол в поукосно-корневых остатках клевера лугового было в вариантах с внесением NPK, а также при их сочетании с навозом в полных и половинных дозах. В целом следует отметить, что возделывание клевера лугового в данных условиях приводило к обогащению почвы биологическим азотом в размере 91.8 кг/га даже без внесения удобрений. При этом эффективность симбиотической азотфиксации находилась на уровне козлятника восточного, возделываемого в схожих условиях [16, 17]. Известкование в целом увеличило поступление в почву биологического азота на 28%. Наибольшее обогащение почвы N_биол наблюдали при известковании и внесении NPK, а также при их сочетании с навозом КРС в половинных дозах. Внесение полных доз, вероятно, приводило к угнетению роста и развития клевера лугового в год посева, за счет сильного развития покровной культуры, что в последующем влияло на степень изреженности посевов клевера и снижению его урожайности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, применение органического и минерального удобрения на фоне известкования дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы способствовало интенсификации процесса симбиотической азотфиксации клевера лугового. Установлено, что доля фиксированного азота составляла 84–89% от общего. Благодаря оптимизации реакции почвенной среды до рН 5.8–5.9 возрастала урожайность зеленой массы клевера на 6–15%, а при внесении навоза в дозе 50 т/га (в занятом вико-овсяном пару) и минеральных удобрений (под покровную культуру – ячмень) – на 32%. Изученные системы удобрения практически не повлияли на качество зеленой массы. Лишь на неизвесткованном фоне применение удобрений способствовало некоторому повышению содержания сырого протеина в сухом веществе. При этом пропорционально увеличивался сбор сырого протеина, кормовых единиц и выход обменной энергии. Наряду с ростом урожайности, за счет накопления биологического азота в поукосно-корневых остатках при распашке клеверного пласта в почву может дополнительно поступить 100–140 кг биологического азота/га, что позволяет возделывать последующую зерновую культуру без внесения азотного удобрения.