Агрохимия, 2022, № 5, стр. 13-20

ВВЕДЕНИЕ

Со времен древнего Рима, откуда и происходит ее название. С того же времени известно использование гречихи в качестве сидерата [1]. К моменту цветения гречиха формирует высокопродуктивную биомассу, содержащую в сбалансированных количествах большое количество элементов питания растений [2, 3]. К тому же гречиха способна усваивать элементы питания растений, особенно фосфор из труднодоступных соединений в почве [4]. Применение сидеральных удобрений способно улучшить весь комплекс свойств почв, определяющих их потенциальное плодородие и фитосанитарное состояние [5–8]. Использование сидератов может значительно улучшить состояние почв, подверженных деградации и агроистощению в результате длительного и нерационального использования в земледелии [9, 10]. Повысить качество сидератов посредством увеличения продуктивности сидеральной массы и повышения содержания в ней элементов питания растений возможно, если в качестве зеленого удобрения использовать не одну культуру, а смесь экологически и аллелопатически совместимых культур. Выращивание таких агросообществ часто приводило к улучшению агрохимических свойств почв даже в тех случаях, когда надземную массу смешанных посевов не использовали под зеленое удобрение, а отчуждали с полей [11]. Естественно, что еще и использование биомассы таких агросообществ на сидерацию, являлось мощным фактором увеличения уровня плодородия почв.

При использовании для сидерации смешанных агросообществ в сравнении с чистыми посевами их компонентов часто отмечали значительное улучшение всего комплекса свойств почв, определяющих плодородие, а также фитосанитарного состояния культур, выращиваемых после заделки сидератов [12–14].

Встречаются сведения, что смешанные посевы по сравнению с чистыми обладают значительно более высоким потенциалом средообразования [15], что в основном связано со способностью смешанных агросообществ по сравнению с чистыми поддерживать экологическое равновесие между компонентами агроэкосистемы благодаря наличию регуляторных механизмов обратной связи. Такие возможности агросообществ обусловлены их приближением по биоразнообразию (по сравнению с чистыми посевами) к естественным фитоценозам, средообразующую роль которых широко использовал человек в многовековой практике залежных и переложных систем земледелия [15].

Более высокий потенциал средообразования смешанных посевов гречихи с другими культурами по сравнению с чистыми посевами компонентов этих смесей можно отметить, когда продуктивность смешанных посевов значительно превосходит продуктивность компонентов этих смесей и концентрирует в своих тканях по сравнению с последними значительно больше элементов минерального питания растений в сбалансированных количествах [4, 16].

Цель работы – оценка влияния гречишных сидератов, выращиваемых в чистых посевах и в агросообществах с другими культурами, на агрохимические свойства почвы.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В полевом опыте с сидератами, состоявшими из чистых посевов гречихи сортов Деметра, Крылатая, сои сорта Октябрьская, подсолнечника сорта Енисей и из бинарных смесей указанных сортов гречихи между собой, а также с соей и подсолнечником, учитывали продуктивность сидеральных агросообществ и урожайности последующих зерновых культур. Опыт был проведен на стационаре Петринского опорного пункта Почвенного института им. В.В. Докучаева (Курская обл.) в  период с 2001 по 2005 г. Почва опытного участка – тяжелосуглинистый мощный типичный чернозем. Повторность опыта трехкратная.

На учетной площади каждой делянки, составлявшей 280 м² (5.6 × 50), сплошным методом определяли величину продуктивности сидеральных культур и урожайность озимой и яровой пшеницы, которые по годам исследования чередовались с посевами сидератов.

В пахотном (0–25 см) и подпахотном (25–40 см) горизонтах почв посезонно (весна, лето, осень) отбирали образцы, в которых определяли агрохимические показатели (содержание гумуса по Тюрину, подвижного фосфора по Чирикову и обменного калия по Масловой) [17].

Для оценки влияния фактора смешивания посевов на изменение исследованных показателей применяли специально разработанный для этой цели метод построения вариантов сравнения [18], в соответствии с которым для исследуемых показателей агросообществ по их величинам в чистых посевах рассчитывали варианты сравнения, которые отличались от показателей агросообществ лишь тем, что влияние фактора смешивания посевов было в них исключено. Для исследованных показателей вариант сравнения рассчитывали по следующей формуле: Vs_i = Р_iW_i/Sum(W_i), где Vs_i – вариант сравнения для i-й культуры, Р_i – величина исследуемого показателя в чистых посевах i-й культуры, W_i – доля i-й культуры в смешанном посеве, определенная как количество семян этой культуры, отнесенных к норме высева, соответствующей нормальным по плотности посевам (W_i = Q_i/N_i), Sum – указатель суммы. Если величина исследуемого показателя имела начальную и конечную величину, как у всех показателей агрохимических свойств, определяемых при закладке и окончании опыта, то Р_i было равно разности между конечной и начальной величинами этого показателя. Влияние фактора смешивания на продуктивность агроценоза и свойства почв определяли как разность между величинами этих показателей в смешанном агросообществе и в варианте сравнения.

Для статистических оценок использовали t‑критерий Стьюдента для неравных дисперсий, критерий Фишера и непараметрический метод Краскела–Валлиса. Использование рассматриваемых критериев позволило с позиций 3-х различных подходов оценить степень различия между сравниваемыми величинами. Считали, что различия между последовательностями исследуемого свойства существуют, если это подтверждалось применением не менее чем 2-х критериев.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Приведены средние за годы проведения опыта величины продуктивности надземной фитомассы в чистых посевах сидератов и их бинарных смесях, величина урожайности зерновых культур и показатели агрохимических свойств почв в пахотном и подпахотном горизонтах (табл. 1). Наиболее высокие показатели продуктивности сидератов были отмечены в смешанных агросообществах, особенно в смесях подсолнечника с каждым из сортов гречихи. Из чистых посевов сидератов максимальной продуктивностью отличались варианты с подсолнечником. По продуктивности чистые посевы этой культуры значительно превосходили сортосмеси гречих и смеси сои с гречихой сорта Крылатая, примерно соответствовали продуктивности смеси соя + гречиха сорта Деметра, но при этом существенно уступали агросообществам подсолнечника с каждым из сортов гречихи.

Агроценотические эффекты для продуктивности сидеральных агросообществ и урожайности зерновых культур, были рассчитаны по разности между величинами этих показателей в вариантах с агросообществами и в вариантах сравнения (табл. 2). Исходной информацией для расчета агроценотических эффектов явились данные табл. 1. Под влиянием агроценотического эффекта продуктивность сидеральных агросообществ изменялась неодинаковым образом. Она значительно возрастала в агросообществах гречиха сорта Деметра + подсолнечник, гречиха сорта Крылатая + подсолнечник и соя + гречиха сорта Деметра, менее увеличивалась в смеси соя + гречиха сорта Крылатая и незначительно уменьшалась в посеве смеси сортов гречихи. Примерно такие же тенденции прослежены при воздействии фактора смешивания на урожайность зерновых культур.

Аналогичным образом были рассчитаны агроценотические эффекты для исследованных агрохимических показателей (табл. 3). Влияние агроценотического эффекта привело к значимому увеличению содержания гумуса в пахотном горизонте под всеми агросообществами. Особенно заметным это было в пахотном горизонте под агроценозами подсолнечник + гречиха сорта Крылатая и соя + гречиха сорта Деметра. Содержание органического вещества в слое 0–25 см под этими агросообществами в результате влияния агроценотического эффекта увеличилось на 0.23 и 0.20%. Для указанных агросообществ вклад агроценотического эффекта в общее увеличение содержания гумуса в пахотном горизонте соответственно составил 37 и 36%. Вклад фактора смешивания в общее увеличение содержания гумуса в подпахотном горизонте под агросообществами подсолнечник + гречиха сорта Деметра составил 91%.

Таким образом, под влиянием агроценотического эффекта в пахотном горизонте под всеми без исключения агросообществами, а в слое 25–40 см – под половиной из них, произошло значимое повышение содержания гумуса соответственно на 0.14–0.23 и 0.11–0.32%. Согласно балансовым расчетам (Методические указания по определению баланса …, 2000), для повышения на указанную величину содержания органического вещества в пахотном горизонте тяжелосуглинистых черноземов необходимо внести подстилочный навоз 15.4–25.3 т/га. Увеличение содержания органического вещества в слое почвы 25–40 см на 0.11–0.32% могло произойти при поступлении в подпахотный горизонт органического вещества, эквивалентного количеству подстилочного навоза 7.9–23.0 т/га.

Значимое увеличение содержания подвижного фосфора в пахотном слое под воздействием фактора смешивания (на 0.7–1.6 мг/100 г почвы) произошло под агроценозами соя + гречиха сорта Деметра, подсолнечник + гречиха сорта Крылатая и подсолнечник + гречиха сорта Деметра. Агроценотический эффект привел к существенному возрастанию содержания подвижного фосфора под этими же агроценозами, составившему 0.7–0.8 мг/100 г почвы. В оставшихся вариантах влияние фактора смешивания не приводило к значимым изменениям содержания подвижного фосфора как в пахотном, так и в подпахотном горизонтах. При этом влияние этого фактора в варианте посева гречиха сорта Крылатая + гречиха сорта Деметра приводило к уменьшению (в виде тенденции), а в варианте соя + гречиха сорта Крылатая – к некоторому увеличению содержания подвижного фосфора в обоих горизонтах.

В варианте подсолнечник + гречиха сорта Деметра как эффект смешивания, так и общий сидеральный эффект приводили к значимому возрастанию количества подвижного фосфора в пахотном слое. При этом вклад эффекта смешивания в общий эффект составлял 1.6 мг/100 г почвы или 73%.

Обусловленное агроценотическим эффектом существенное увеличение содержания подвижного фосфора в подпахотном горизонте под посевами соя + гречиха сорта Деметра, подсолнечник + + гречиха сорта Крылатая и подсолнечник + гречиха сорта Деметра составило 0.7–0.8 мг/100 г почвы. Вклад фактора смешивания в общее увеличение содержания подвижного фосфора в слое почвы 25–40 см в указанных вариантах составил 54, 47, 44% соответственно. Однако этого оказалось недостаточно для существенного увеличения общего эффекта от сидерации.

Согласно зонально-провинциальным нормативам, эффект значимого увеличения содержания подвижного фосфора в пахотном слое на 0.7–1.6 мг/100 г почвы под воздействием фактора смешивания, отмеченный в вариантах соя + гречиха сорта Деметра, подсолнечник + гречиха сорта Крылатая, подсолнечник + гречиха сорта Деметра, был эквивалентным внесению в запас 88–200 кг Р₂О₅/га. Для увеличения содержания подвижного фосфора на 0.7–0.8 мг/100 г почвы в вариантах кукуруза + соя, соя + подсолнечник, пайза + подсолнечник, соя + гречиха сорта Деметра, подсолнечник + гречиха сорта Крылатая и подсолнечник + гречиха сорта Деметра в подпахотном горизонте мощных тяжелосуглинистых типичных черноземах потребовалось бы внести 88–100 кг Р₂О₅/га.

Влияние агроценотического эффекта приводило к значимому увеличению содержания обменного калия в слое почвы 0–25 см в вариантах соя + гречиха сорта Деметра, подсолнечник + + гречиха сорта Крылатая и подсолнечник + гречиха сорта Деметра. Уровень содержания обменного калия под этими агроценозами в результате воздействия фактора смешивания соответственно увеличился на 1.0, 1.0 и 2.4 мг/100 г почвы.

Общий эффект увеличения содержания обменного калия (под воздействием всей совокупности факторов, включая фактор смешивания) был незначимым и характеризовался меньшими положительными величинами в пахотном горизонте в вариантах соя + гречиха сорта Деметра, подсолнечник + гречиха сорта Крылатая и подсолнечник + гречиха сорта Деметра. Это означало, что при исключении фактора смешивания, результирующая остальных факторов, влияющих на содержание обменного калия в слое почвы 0–25 см, была отрицательной.

Под влиянием агроценотического эффекта произошло значимое увеличение количества обменного калия в слое почвы 25–40 см во всех вариантах смешанных посевов. Вклад фактора смешивания в общее увеличение содержания обменного калия в подпахотном горизонте под агросообществами подсолнечник + гречиха сорта Крылатая и подсолнечник + гречиха сорта Деметра (агросообщества, под которыми в слое 25–40 см отмечено достоверное увеличение содержания обменного калия под влиянием общего эффекта) составил 85.7 и 85.0%. Значимое увеличение содержания обменного калия под влиянием агроценотического эффекта в подпахотном горизонте под остальными агросообществами существенно не отразилось на общем увеличении количества этого элемента. Фактически, наблюдали ту же закономерность, что и в пахотном горизонте, когда вклад фактора смешивания в увеличение содержания обменного калия был определяющим по отношению к остальной совокупности факторов, результирующая которых являлась отрицательной.

Воздействие агроценотического эффекта привело к достоверному увеличению количества обменного калия в пахотном горизонте на 1.0–2.4 мг/100 г почвы под агросообществами соя + + гречиха сорта Деметра, подсолнечник + гречиха сорта Крылатая и подсолнечник + гречиха сорта Деметра. В подпахотном слое под всеми без исключения смешанными посевами содержание обменного калия в результате влияния этого эффекта возросло на 1.4–1.9 мг/100 г. Согласно зонально-провинциальным нормативам, для достижения этого эффекта было необходимо, чтобы в пахотный горизонт поступило 300–720 кг K₂О/га, в подпахотный – 420–570 кг K₂О/га.

Для оценки связи между продуктивностью сидератов, урожайностью зерновых культур и изменением агрохимических свойств почв, а также для степени зависимости между агроценотическими эффектами этих показателей были рассчитаны коэффициенты корреляции (табл. 4, 5). Продуктивность сидератов в опыте была достоверно связана с урожайностью последующих зерновых культур, изменением содержания гумуса в пахотном горизонте и подвижного фосфора в обоих горизонтах. Связь этого показателя с изменениями других свойств в остальных случаях была недостоверной. Урожайность зерновых культур значимо зависела от изменения содержания подвижного фосфора в пахотном и подпахотном горизонтах и величин коэффициента структурности в обоих горизонтах. В остальных случаях урожайность зерновых культур не обнаруживала достоверных связей с агрохимическими свойствами почвы.

Величины агроценотических эффектов продуктивности сидеральных агросообществ и урожайностей зерновых культур были тесно связаны между собой, о чем свидетельствовала значимая на 5%-ном уровне величина коэффициента корреляции между этими показателями (табл. 5). Величины агроценотических эффектов сидеральных агросообществ и урожайностей зерновых культур были достоверно связаны с изменением содержания подвижного фосфора в пахотном и подпахотном горизонтах. Кроме этого, была выявлена тесная связь между урожайностью зерновых культур и содержанием обменного калия в пахотном слое. Во всех остальных случаях продуктивность сидеральных агросообществ и урожайность зерновых культур не имели значимых зависимостей с агрохимическими свойствами почвы как в пахотном, так и подпахотном горизонтах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное исследование показало, что использование для сидерации смешанных посевов может быть одним из резервов биологизации земледелия, а также воспроизводства потенциального и эффективного плодородия черноземов в ЦЧЗ.

Уровень воспроизводства плодородия при сидерации почв зависел от состава используемых для этой цели смесей сидеральных культур, что определялось направленностью и величиной влияния агроценотического эффекта на их функционально-структурные показатели и свойства почв применительно к конкретным почвенно-климатическим условиям.

Было установлено, что влияние агроценотического эффекта в исследованных агросообществах приводило к значимому увеличению содержания гумуса, подвижного фосфора и обменного калия в пахотном и подпахотном горизонтах черноземов.

Однако влияние агроценотического эффекта в разных сидеральных агрособществах на урожайность последующей культуры и свойства почвы проявлялась неодинаковым образом. Наиболее существенное позитивное влияние на агрохимические свойства как пахотного, так и подпахотного горизонтов, а также на увеличение урожайности зерновых культур оказал агроценотический эффект в вариантах соя + гречиха сорта Деметра, гречиха сорта Крылатая + подсолнечник и гречиха сорта Деметра + подсолнечник. В почвах под остальными вариантами агросообществ отмечено незначительное улучшение, а иногда и ухудшение агрохимических свойств в обоих горизонтах. Между продуктивностью сидератов, урожайностью зерновых культур и изменением содержания подвижного фосфора в почве как пахотного, так и подпахотного горизонтов, были установлены связи, достоверные на 5%-ном уровне значимости. Было также показано, что агроценотические эффекты продуктивности сидеральных агросообщпеств и урожайности зерновых культур были тесным образом связаны с содержанием подвижного фосфора в почве обоих горизонтов. Из этого следовало, что урожайность зерновых культур лимитировалась прежде всего содержанием в почвах подвижного фосфора, количество которого возрастало под влиянием агроценотического эффекта в сидеральных агросообществах.