Люпин в земледелии юга центрального региона россии: влияние на агрохмические свойства серой лесной почвы и продуктивность севооборотов
На правах рукописи
ЯГОВЕНКО Герман Леонидович
ЛЮПИН В ЗЕМЛЕДЕЛИИ ЮГА ЦЕНТРАЛЬНОГО РЕГИОНА РОССИИ:
ВЛИЯНИЕ НА АГРОХМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРОЙ ЛЕСНОЙ
ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ СЕВООБОРОТОВ
Специальность: 06.01.04 – Агрохимия
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора сельскохозяйственных наук
Брянск 2011
Работа выполнена в 1988 – 2003 годах во ВНИИ люпина и ФГОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия».
Научный консультант:
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Белоус Николай Максимович
Официальные оппоненты:
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Малявко Галина Петровна
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Дышко Виталий Николаевич
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Степанова Лидия Павловна
Ведущая организация - Государственное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова
Защита состоится «21» октября 2011 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.005.01 при ФГОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 243365 Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, с ул. Советская 2а, корпус 4, конференц-зал
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянской государственной сельскохозяйственной академии
Автореферат разослан «___» __________ 2011 г. и размещен на сайте ВАК www.vak.ed.gov.ru
Просим принять участие в работе совета или прислать свой отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью.
| Ученый секретарь диссертационного совета, доктор с.-х. наук, профессор | А.В. Дронов |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Сельскохозяйственное производство должно обеспечивать сохранение и улучшение плодородия почвы, стабильность и надежность функционирования агроэкосистемы, конкурентоспособность земледелия и охрану окружающей среды. Однако в связи со значительным сокращением объемов внесения органических и минеральных удобрений, в условиях остро дефицитного баланса элементов питания в системах удобрения, важнейшая функция земледелия – сохранение плодородия почвы – перестала выполняться. В исследованиях последних лет отмечается повсеместная устойчивая тенденция к деградации плодородия и ухудшению экологических показателей агроэкосистем, что сопровождается снижением продуктивности пашни (Ефимов В.Н. и др., 2001; Лыков А.М. и др., 2001; Никитишен В.И., 2002).
В настоящее время признана необходимость всемерной биологизации сельскохозяйственного производства и восстановления плодородия почвы с помощью возобновляемых ресурсов. Стабилизирующим звеном в биологизации земледелия являются бобовые культуры, в том числе люпин.
Люпин в севооборотах занимает особое место, так как имеет самый экологически чистый и энергосберегающий механизм накопления азота за счет симбиоза с клубеньковыми бактериями (Rhizobium lupine). Благодаря работе этой системы люпин усваивает за вегетацию от 150 до 300 кг/га азота воздуха (N2) и превращает его в аммиачный азот, доступный для растений (Алексеев Е.К., 1959; Саввичев К.И., 1961). Это позволяет сократить дефицит азота, свойственный почвам Нечерноземной зоны РФ.
Это ценное свойство сочетается с другим, не менее ценным, - обогащением почвы органическим веществом от обильной биомассы и растительных остатков люпина. При запашке на сидерацию в почву поступает 7-10 т/га сухой биомассы, содержащей до 400-500 кг элементов питания. С пожнивно-корневыми остатками в почве остается около 50% от того количества, который формируется с урожаем люпина (Новиков М.Н., 1997; Анисимова Т.Ю., 2002). Обогащение почвы легкоразлагаемым органическим веществом с узким соотношением С:N активизирует жизнедеятельность почвенной микробиоты и улучшает ее качественный состав (Возняковская Ю.М. и др., 1991).
С самого начала исследований по люпину большая часть работ выполнялась на подзолистых и дерново-подзолистых почвах (Прянишников Д.Н., Алексеев Е.К., Стрелков И.Г., Духанин А.А. и др.). На серых лесных почвах, особенно в разрезе севооборотов, таких работ недостаточно.
Установление основных закономерностей в характере изменения плодородия серой лесной почвы в условиях дефицита в системе удобрения органического вещества и элементов питания, значение люпина как агента биологического восстановления круговорота основных биогенных элементов в полевых севооборотах, а также обоснование роли люпина в повышении продуктивности и энергосбережения в агроэкосистемах является актуальной задачей экологически ориентированного земледелия.
Исследования по изучению люпина, имеющего многоуровневый тип использования, для выяснения таких вопросов, как параметры пролонгированного действия в севообороте, степень влияния на плодородие почвы, продуктивность севооборотов и культур, возделываемых в них, энергетический потенциал почвы и растений важны как с теоретических позиций, так и в практическом плане.
Цель исследований: выявление адаптивного потенциала люпина при возделывании на серых лесных почвах в севооборотах с неодинаковой долей его в структуре и различных способах использования, определение параметров и направленности процессов трансформации органического углерода и питательных веществ в пахотном слое, влияние на балансы гумуса и элементов питания, продуктивность севооборотов.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
определение объемов накопления сырой и сухой биомассы желтым и узколистным люпином в сидеральном и занятом парах, соломы и стерне-корневых остатков обоих видов при возделывании на семена;
определение химического вещества надземной и подземной частей растений люпина, накопление элементов питания в удобрительной и товарной частях урожая;
скорость разложения в серой лесной почве биомассы и пожнивно-корневых остатков люпина;
изучение состояния плодородия пахотного слоя и трансформационные изменения в гумусе, баланса органического вещества и энергетического потенциала почвы;
направленность изменений, происходящих в азотном, фосфорном, калийном режимах почвы, параметрах кислотно-основных свойств в севооборотах с люпином различного использования;
определение размеров выноса и баланса элементов питания;
изучение сравнительной эффективности севооборотов с сидеральным и занятым паром, зерновых с долей люпина 20-50% по продуктивности и урожайности, качеству и химическому составу культур;
оценка экономической и энергетической эффективности возделывания люпина в звеньях севооборотов с сидеральным и занятым паром и люпином на семена.
Научная новизна. Впервые на серых лесных почвах юга Центральной России в длительном стационарном опыте проведено всестороннее изучение влияния люпина, возделываемого в севообороте на сидерацию, семена и зеленый корм, на продуктивность севооборотов, воспроизводство плодородия почвы и энергосбережение.
Впервые установлена направленность трансформационных процессов, происходящих в гумусе, азотном, фосфорном и калийном фондах, в кислотно-основных свойствах ППК и обосновано воздействие люпина при различных способах применения на плодородие серой лесной почвы.
Впервые показано, что сидерация, при постоянном повторении приема в рамках севооборота, способна обеспечить расширенное воспроизводство плодородия почвы, что доказано не только балансом органического вещества, но и параметрами энергетического потенциала почвы.
Доказано, что люпин на сидерацию, улучшая составляющие продукционного процесса, обеспечивает получение высокого урожая с хорошим качеством зерна последующей культуры – озимой пшеницы. Биологический азот люпина способствует ограничению доз азота для последующей культуры, а для люпина – полного его исключения.
Впервые комплексно оценена экономическая и биоэнергетическая составляющая севооборотов с люпином на семена, сидерацию и зеленый корм, установлены энерго- и ресурсосберегающие компоненты сидерации и семенного выращивания люпина.
Защищаемые положения:
1. Особенности накопления биомассы и элементов питания желтым и узколистным люпинами при выращивании на сидерацию, зеленый корм и семена;
2. Скорость минерализации биомассы и пожнивно-корневых остатков узколистного люпина в серой лесной почве;
3. Различия во влиянии сидерации и пожнивно-корневых остатков люпина на параметры плодородия пахотного слоя серой лесной почвы: содержание и качество гумуса, азотный, фосфорный и калийный режимы, кислотно-основные свойства.
4. Продуктивность севооборотов и урожайность культур в них в зависимости от количества и качества растительных остатков люпина;
5. Химический состав и качество урожая культур севооборота.
6. Балансы гумуса и основных элементов питания.
7. Биоэнергетическая и экономическая оценка севооборотов с различным целевым назначением люпина.
Практическая значимость. На основе проведенных исследований рекомендуется предприятиям аграрного сектора, в условиях дефицита органических и минеральных удобрений, включать в полевые севообороты люпин на семена, сидерацию и зеленый корм. На серых лесных почвах люпин, как фактор биологизации земледелия, позволит как минимум поддерживать плодородие почвы, а при повторении приема сидерации в динамике – приблизиться к расширенному его воспроизводству.
Использование люпина для запашки на удобрение – малозатратный, ресурсо- и энергосберегающий прием. Сидерация способствует более эффективному использованию ФАР и повышает коэффициент энергетической эффективности в агроэкосистеме. Научно обоснованная доля люпина в общей структуре севооборота должна составлять от 25 до 40%.
Производству рекомендуется выращивание люпина как экономически эффективного предшественника озимых и яровых колосовых культур. Так, размещение по люпину озимой и яровой пшеницы позволяет получать 3,5-5,0 т/га зерна с высоким содержанием сырого протеина и клейковины при снижении на дозы минерального азота. Установлено, что после люпина зерновые культуры, удобряемые только фосфором и калием, дают такие же прибавки, как и по полному (NPK) удобрению.
На серых лесных почвах нецелесообразно вносить минеральные удобрения непосредственно под люпин.
В период выполнения экспериментальной работы проводилась производственная проверка в сельскохозяйственных предприятиях Брянского района.
Результаты исследований внедрены автором в хозяйствах Брянского и Карачевского районов на площади 8500 гектаров.
Апробация результатов исследования и публикации. Основные результаты исследований были доложены на: Международной научно-практической конференции ВНИИ люпина «Состояние и перспективы развития люпиносеяния в ХХI веке» (Брянск, 2001); Международной научной конференции МСХА им. К.А. Тимирязева «Севооборот в современном земледелии» (Москва, 2004); Международной научно-практической конференции ВНИПТИОУ «Агрохимические проблемы биологической интенсификации земледелия» (Владимир, 2005); Международной научно-практической конференции ВНИИ люпина «Научное обеспечение люпиносеяния в России» (Брянск, 2005); Международной научно-практической конференции БГСХА «Памяти М.К. Каюмова» (Брянск, 2007); на 16-й Всероссийской школе ИФХ и БПП РАН «Экология и почвы» (Пущино, 2009); на координационных совещаниях ВНИПТИОУ по заданию 07 «Разработать научные основы биологизации земледелия на базе высокоэффективных, экономически безопасных технологий, производства и использования органических удобрений и биоресурсов» (Владимир, 1999, 2001, 2003); на региональных научно-практических конференциях – ярмарках (Брянск, 2000, 2001). Материалы исследований ежегодно докладывались на Ученом совете Всероссийского научно-исследовательского института люпина.
Результаты диссертационной работы отражены в 36 печатных работах в научных и научно-производственных журналах, сборниках и научных трудах, в том числе 10 – в периодических научных изданиях перечня ВАК.
Личный вклад автора. Личное участие автора заключается в разработке научной гипотезы и алгоритма исследований для второго периода опыта. В течение 8 лет, при его непосредственном участии проведены полевые и лабораторные опыты (80%), анализ и интерпретация эмпирических результатов, проведение статистической, экономической и энергетической оценки результатов исследований, формирование новых закономерностей, выводов и рекомендаций производству. Часть материала получена при совместной работе с сотрудниками отдела земледелия ВНИИ люпина (1988-1995 гг.).
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов и предложений производству, списка литературы, включающего 393 источника, в том числе 50 зарубежных авторов. Диссертация изложена на 319 страницах компьютерного текста, включает 57 таблиц, 12 рисунков и 23 приложения.
Автор выражает искреннюю признательность за ценные советы и замечания при подготовке работы научному консультанту доктору сельскохозяйственных наук, профессору Н.М. Белоусу, заведующей отделом земледелия ГНУ ВНИИ люпина в 1987-1995 гг. доктору сельскохозяйственных наук Л.Л. Яговенко, руководителю группы информатики ГНУ ВНИИ люпина канд.с.-х. наук Н.В. Мисниковой, сотрудникам отдела земледелия ГНУ ВНИИ люпина.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Обзор научной литературы
На основе обобщения и анализа научных публикаций раскрыты вопросы значения люпина для улучшения агрохимических, физических, биологических свойств серой лесной почвы, воспроизводства органического вещества. Представлено его влияние на урожайность полевых культур, качество урожая, продуктивность севооборотов, эффективное использование люпина в земледелии с целью его максимальной биологизации и ресурсосбережения.
Объекты, условия и методы проведения исследований
Исследования по теме диссертации проводили с 1988 по 2003 гг. в условиях Брянской области, расположенной в Центральном регионе РФ. Климат области умеренно-континентальный с теплым летом, умеренно холодной зимой и достаточно устойчивым увлажнением. Среднегодовая сумма осадков составляет 550-600 мм, тип водного режима периодически промывной. Продолжительность периода вегетации (в пределах среднесуточных температур +10°С и выше) составляет 142-150 дней, сумма температур за это время 2200-2400°С. Метеорологические условия по годам исследований характеризовались значительным разнообразием, что позволило всесторонне оценить стабильность продуктивного потенциала как люпина, так и других культур севооборота.
Экспериментальная работа осуществлялась в длительном стационарном опыте Всероссийского научно-исследовательского института люпина (номер государственной регистрации 0189.0075994). Стационарный полевой опыт заложен в 1988 году в соответствии с планом НИР и ОКР Россельхозакадемии по проблеме «Разработать высокоэффективные, экологически безопасные, регионально дифференцированные системы устойчивого кормопроизводства, отвечающие требованиям высокоэффективного животноводства, биологизации земледелия, повышения плодородия почв и охраны окружающей среды» (государственное задание 0.11). В период с 1996 по 2005 гг. исследования по теме диссертации параллельно выполнялись в соответствии с Программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по проблеме 0.10 задания 07 «Разработать научные основы биологизации земледелия на базе высокоэффективных, экологически безопасных технологий производства и использования органических удобрений и биоресурсов в адаптивно-ландшафтном земледелии» (координационный план ВНИПТИОУ).
Опыт двухфакторный 7х4: фактор А – севооборот, фактор Б – фон удобрения.
Схема опыта по фактору А.
1. Бессменный люпин
2. Яровые зерновые – люпин (семена)
3. Яровые зерновые – люпин - пропашные
4. Яровые зерновые – люпин – пропашные - ячмень
5. Яровые зерновые – люпин – пропашные – ячмень – оз. рожь
6. Яровые зерновые – люпин – пропашные – ячмень – оз рожь – занятый пар (люпин+овес) – оз. пшеница
7. Пар сидеральный люпиновый – озимые – люпин (семена) – пропашные – ячмень
Доля люпина в севооборотах составляла от 20 до 100%. Возделываемые культуры – овес, ячмень, люпин желтый и узколистный, озимые рожь и пшеница, кормовая свекла, кукуруза. С 1996 года пропашное поле заменено яровой пшеницей.
Схема опыта по фактору Б.
| Фоны | Период 1988-1995 гг. | Период 1996-2003 гг. |
| 1 | Контроль – без удобрений | Контроль – б/у |
| 2 | Рекомендуемые дозы | К |
| 3 | Расчетные дозы | РК |
| 4 | Расчетные дозы с дробным внесением азота | NPK |
Расчет доз удобрений под планируемый урожай проводился балансовым методом по М.К. Каюмову (1989), на втором фоне вносили дозы, установленные опытным путем для условий региона. Люпин не удобряли ни в одном из севооборотов, независимо от целевого назначения. Под бессменный люпин на фонах 3 и 4 через год применяли Р30К60. Дозы удобрений под конкретные культуры были одинаковыми для всех севооборотов.
Почва опытного участка серая лесная легкосуглинистая на лессовидном карбонатном суглинке (глубина вскипания 100-120 см). Перед закладкой опыта в слое 0-20 см содержалось 2,8-3,0% гумуса, свыше 30 мг подвижного фосфора и 16-19 мг/100 г обменного калия, рНkcl 5,8-6,0 и степень насыщенности основаниями 85-90%.
Опыт развернут в 3-х полях, открывавшихся последовательно. Площадь каждого поля 2,4 га. Размер посевной делянки по фактору А 2784 м2 (29х96), по фактору Б – 174 м2 (25х4), повторность четырехкратная. Размещение делянок по фактору А рендомизированное, по фактору Б – систематическое. Общее количество делянок 336, площадь под опытом – 8,9 га.
Были проведены также 2 лабораторно-полевых опыта:
опыт 1 – интенсивность дыхания почвы по методу Штатнова;
опыт 2 – динамика минерализации органического вещества в почве по скорости убывания биомассы растительных остатков, помещенных в почву в капроновых мешочках.
Агротехника возделывания культур соответствовала зональным рекомендациям. Гербициды и средства защиты растений применяли, руководствуясь списком разрешенных препаратов и фитосанитарной обстановкой. В опыте высевали районированные в регионе сорта полевых культур, придерживаясь рекомендаций Госкомиссии по сортоиспытанию при смене сортовой политики. В первый период опыта высевали сорт желтого люпина Брянский 6, во второй – узколистный люпин Кристалл.
Объектом исследований являлись полевые агрофитоценозы и образцы почвы, отобранные из слоя 0-20 см на всех делянках до начала опыта и через 14 лет по завершении 2-ой ротации. Все анализы почвенных и растительных образцов выполнены в лаборатории отдела земледелия ВНИИ люпина.
При проведении исследований пользовались общепринятой методикой полевого опыта по Б.А. Доспехову (1985). Методы определения агрохимических показателей почвы стандартные: рНkcl – ГОСТ 26486-85, гидролитическая кислотность – ГОСТ 26219-91, сумма поглощенных оснований – ГОСТ 27821-88; обменные Са и Мg – ГОСТ 24687-85; гумус – ГОСТ 26213-91; подвижный Р2О5 – ГОСТ 26207-91. Анализы почвы, на которые отсутствуют нормативные документы, выполняли по прописям, изложенным в книге «Агрохим. методы иссл. почв» (1975). Общий азот и валовой фосфор - после «мокрого» озоления смесью серной и хлорной кислот – азот феноловым методом, Р2О5 – по Гинзбург, групповой состав фосфатов – по Мета (вариант Гинзбург), фракционный состав – по Гинзбург – Лебедевой, степень подвижности фосфатов (и легкообменный К2О) в вытяжке 0,01 М СаСl2 с дальнейшим окрашиванием по Труогу-Майеру. Фиксированный калий определяли по Гедройцу, необменный по Пчелкину, обменный – по Масловой на пламенном фотометре «Цейсс». Групповой и фракционный состав гумуса – по методике Кононовой-Бельчиковой, лабильное органическое вещество – по Лыкову, водорастворимое – по Тюрину; легкогидролизуемый азот – по Корнфилду, сумму минерального азота – по Кудеярову.
В растительных образцах после «мокрого» озоления общий азот определяли с гипобромитом; фосфор – с гидразином, калий – на пламенном фотометре.
Экономическая оценка выполнена на основе типовых технологических карт по методике Калужского НИПТИ АПК (2007), энергетическая оценка – по методическим разработкам ВНИИ кормов и МСХА им. К.А. Тимирязева.
Математическую обработку экспериментальных данных осуществляли методом дисперсионного анализа для одно- и двухфакторного опыта по Б.А. Доспехову (1985), корреляционный анализ и графическое построение зависимостей – с помощью программного обеспечения Excel 2003.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Удобрительное значение люпина
Накопленный фактический материал свидетельствует о больших возможностях люпина, который оказывает положительное влияние на плодородие почвы как через прямое удобрительное действие биомассой и биологическим азотом, так и косвенно, через улучшение ее физико-химических свойств (Прянишников Д.Н., 1953; Алексеев Е.К., 1959; Стрелков И.Г., 1967; Кант Г., 1982; Трепачев Е.П., 1999).
В результате проведенных исследований установлено, что в сидеральном пару с урожаем желтого люпина в почву поступало 9,8-10,9 сухого вещества, у узколистного 9,7 т/га (Рис. 1). У желтого люпина отношение надземной части урожая к подземной в слое 0-20 см составляло 0,9-1,2, у узколистного – 1,4. Масса сухих корней у желтого люпина была больше на 21,3%, что свидетельствует о том, что корневая система узколистного люпина менее мощная, чем желтого.
Аналогичная ситуация характерна и для занятого пара, где после уборки зеленой массы на корм пожнивно-корневых остатков (пко) желтого люпина осталось на 1,7 т/га больше, чем узколистного.
Солома и стерневые остатки люпина также являются полноценным органическим удобрением. Желтый люпин при урожае семян 2 т/га формирует около 3,5 т соломы и около 4 т/га послеуборочных остатков. Узколистный люпин накапливает такое же количество соломы и в 1,5 раза больше стерневых остатков. Таким образом, запашка нетоварной части урожая люпина в зерновых севооборотах дает от 7,5 до 8,5 т/га сухого вещества.
По химическому составу биомасса желтого и узколистного люпинов различаются незначительно. В сидеральном пару с биомассой желтого люпина поступило 390-408 кг/га элементов питания с соотношением N:P:K = 0,56:0,16:0,28; с узколистным – 390 кг и соотношением 0,54:0,14:0,32 (Рис. 2). Следовательно сидерат – это прежде всего азотное удобрение, при этом доля биологического азота составляет 150-160 кг/га.
 | ||||||||||
Рис. 1. Накопление биомассы желтым (а) и узколистным (б) люпином в зависимости от способа использования: 1- сидерация, 2 – двухстороннее использование в занятом пару, 3 – при уборке на семена
    | ||||||||||||||
|
| ||||||||||||||
Рис. 2. Накопление элементов питания биомассой желтого (а) и узколистного (б) люпинов в зависимости от | ||||||||||||||
способов использования, % от суммы (в среднем по опыту) | ||||||||||||||
1 - сидерация, 2 - двухстороннее использование в занятом пару, 3 - при уборке на семена | ||||||||||||||
В занятом пару количество поступающих элементов питания меньше, чем в сидеральном, на 33,6-37,1%. ПКО обоих видов люпина в своем составе больше всего содержат азота, но различаются по соотношению фосфора и калия. Для желтого люпина характерно относительное богатство фосфором, для узколистного – калием.
Величины накопления элементов питания в нетоварной части урожая семенного люпина напрямую связаны со сбором зерна, с повышением которых увеличивается выход соломы и пко. Общее количество элементов питания остающихся в почве после запашки нетоварной части урожая желтого люпина – 187,6-200 кг/га (соотношение N:P:K = 0,56:0,12:0,32), узколистного – 111-135,8 кг/га (0,58:0,11:0,31).
Количественной характеристикой процесса минерализации служат скорость разложения органического вещества и интенсивность продуцирования углекислого газа.
В лабораторно-полевом опыте на следующей после заделки сидерата культуре - озимой пшенице, интенсивность дыхания в фазу кущения на контроле после узколистного люпина была выше, чем у желтого, на 19,4-37,6%. По фону NPK продуцирование СО2 у желтого люпина усиливалось, а узколистного, наоборот, уменьшалось.
В занятом пару при заделке пко узколистного люпина в фазу кущения на контроле выделилось большее количество СО2, чем на фоне NPK. Такая же направленность процесса эмиссии СО2 наблюдалось и у желтого люпина. Следует отметить, что заделка сидерата и пко желтого люпина способствовала сохранению достаточно высокой интенсивности дыхания почвы вплоть до фазы колошения озимой пшеницы.
Известно, что скорость минерализации органического вещества повышается при сужении отношения С:N. Результаты модельного опыта показали, что наиболее быстро разлагается надземная масса люпина с отношением C:N = 17:1 (табл. 1). Уже через 30 дней после заделки убыль ее в слое 0-20 см составила 37%, через 60 дн. – 57,4%. Минерализация пожнивно-корневых остатков, запаханных в паровых полях (С:N = 32:1), происходит медленнее – через 30 дней процент разложения равен 25,2 и через 60 дн. – 27,4%. Примерно с такой же скоростью идет минерализация подстилочного навоза КРС.
- Динамика разложения сидерата, навоза и пко культур севооборота
(ср. за 2004-2005 гг.)
| Биомасса растений | Разложилось массы, % | |||
| через 30 дн. | через 60 дн. | через 90 дн. | через 330 дн. | |
| Люпин узколистный – надземная часть | 37,0 | 57,4 | 57,9 | 70,4 |
| Люпин узколистный – пко | 25,2 | 27,4 | 28,1 | 50,8 |
| Яровая пшеница – солома | 4,0 | 8.0 | 40.9 | |
| Яровая пшеница – пко | 5,2 | 26,3 | ||
| Озимая пшеница – солома | 3,1 | 6,5 | 37,5 | |
| Озимая пшеница – пко | 5,1 | 25,9 | ||
| Навоз подстилочный КРС | 27,7 | 31,8 | 35,6 | 49,6 |
Разложение соломы и стерневых остатков озимой и яровой пшеницы без присутствия экзогенных источников азота идет очень медленно.
Через 330 дней опыта остались неразложившимися 30% надземной биомассы и 50% пко узколистного люпина, 60% соломы пшеницы и 75% стерни злаковых. По нашему мнению, на серых лесных почвах продолжительность разложения узколистного люпина составляет 2 года.
Таким образом исследованиями установлено, что использование растительного вещества люпина, синтезированного в ходе продукционного процесса, на удобрение (сидерат, солома, пко) способствует значительному уменьшению дефицита средств, необходимых для поддержания плодородия почвы, т.к. привносит в нее большое количество органического вещества и элементов питания.
Изменение плодородия серой лесной почвы и баланс элементов питания при разноцелевом использовании люпина
В современном земледелии с усилением интенсивности агротехнических мероприятий, низкими нормами или даже полным отсутствием органических удобрений, сокращением в структуре посевных площадей многолетних бобовых трав и промежуточных культур на зеленое удобрение создаются условия для усиления процессов минерализации органического вещества и дегумификации почв (Кирюшин В.И., 1987; Дедов А.В.., 1999; Лыков А.М. и др., 2001). Вследствие того, что гумусообразование поддерживается лишь пожнивно-корневыми остатками зерновых культур, не обеспечивается даже простое воспроизводство плодородия.
Перспективным приемом повышения плодородия на всех типах почв являются сидеральные и занятые пары с включением бобовых культур. Сидерация путем запахивания всей растительной массы люпина давно принята в качестве способа нормализации гумусового баланса (Алексеев Е.К., 1959; Стрелков И.Г., 1964; Духанин А.А., 1977).
Трансформация и баланс гумуса серой лесной почвы.
По опубликованным данным (Лыков А.М. и др., 1981; Кауричев И.С., Яшин И.М., 1989; Ганжара Н.Ф. и др., 1990; Шевцова Л.К. и др., 2000), первым сигналом ухудшения гумусового состояния почвы является снижение накопления лабильных, трансформируемых форм гумуса. Наши исследования показали, что через 14 лет после закладки опыта содержание водорастворимого органического вещества (ВОВ) достоверно снизилось на 39-50 мг/кг почвы по сравнению с исходным (Рис. 3). Уменьшение ВОВ в абсолютных величинах и его доли в общем углероде не зависело ни от фона удобрения, ни от доли люпина в севообороте.
Содержание лабильного органического вещества (ЛОВ) до закладки опыта составляло 500 мг/кг (около 3% Собщ.). За годы опыта ЛОВ увеличилось на 17-28 мг в зерновых и на 32-40 мг/кг в зернопаровых севооборотах с выраженной направленностью к большему увеличению на фоне NPK. Однако отмеченное повышение в пределах 3,5-10,4% недостоверно и может классифицироваться лишь как тенденция.
Снижение содержания ВОВ в пахотном слое опытных делянок, по нашему мнению, указывает на ухудшение качественного состояния гумуса.
Анализ гумусного состояния показал, что диапазон количественных изменений в целом несущественен и носит характер тенденций (табличные данные приводятся по 4-м наиболее контрастным севооборотом и двум фонам удобрения.).
В зерновых севооборотах с люпином на семена (50 и 20%) наблюдается стабилизация содержания гумуса относительно исходного с колебаниями ±0,05-0,10 (табл. 2). В севооборотах с паровыми полями (28 и 40% люпина) содержание гумуса стабилизируется на более высоком уровне с плюсом 0,12-0,15%. В целом гумусное состояние почвы можно охарактеризовать как устойчивое.
- Групповой состав гумуса пахотного слоя серой лесной почвы (ср. за 2001-2003 гг.)
| Доля люпина, % | Фон удобрения | Гумус, % | Гуминовые к-ты (ГК) | Фульвокислоты (ФК) | Гумин (НО) | Сгк/ Сфк | |||
| % к почве | % от Собщ | % к почве | % от Собщ | % к почве | % от Собщ | ||||
| До закладки опыта | 2,86 | 0,51 | 30,7 | 0,39 | 23,5 | 0,76 | 45,8 | 1,31 | |
| 50 | б/у | 2,78 | 0,46 | 28,6 | 0,44 | 27,3 | 0,71 | 44,1 | 1,04 |
| NPK | 2,79 | 0,45 | 28,0 | 0,43 | 26,7 | 0,73 | 45,3 | 1,04 | |
| 20 | б/у | 2,83 | 0,46 | 28,0 | 0,44 | 26,8 | 0,74 | 45,2 | 1,04 |
| NPK | 2,89 | 0,47 | 28,1 | 0,46 | 27,5 | 0,74 | 44,4 | 1,02 | |
| 28 | б/у | 2,86 | 0,57 | 34,3 | 0,56 | 33,7 | 0,53 | 32,0 | 1,02 |
| NPK | 2,93 | 0,60 | 34,9 | 0,55 | 32,3 | 0,55 | 32,4 | 1,09 | |
| 40 | б/у | 2,99 | 0,59 | 34,1 | 0,51 | 29,5 | 0,63 | 36,4 | 1,15 |
| NPK | 3,05 | 0,60 | 33,9 | 0,53 | 29,9 | 0,64 | 36,2 | 1,13 | |
| НСР05 | 0,20 | 0,13 | 0,05 | ||||||
В групповом составе гумуса доля гуминовых кислот (ГК) к началу опыта составляла в общем углероде 30,7%. Через 14 лет группа ГК в зерновых севооборотах снизилась до 26,8-28,9%, в зернопаровых, наоборот, увеличилась до 33,9-34,9%. Группа фульвокислот (ФК) по всем севооборотам возросла на 20-30%, но более заметно прослеживается их рост в зернопаровых севооборотах – на 0,12-0,17% к почве. Одновременно здесь же установлено снижение группы консервативного гумуса (гуминов) с 0,76 до 0,53-0,64% к почве. Вероятно, это связано с активизацией микробиологических процессов, возникающей при заделке в почву свежего, легкоразлагающегося вещества люпина.
Отношение Сгк:Сфк, характеризующее качество гумуса, также изменилось в сторону сужения, особенно в зерновых севооборотах, где этот показатель опустился почти до предельного уровня, определяющего тип гумуса как фульватно-гуматный. Более стабильное соотношение между ГК и ФК характерно при заделке сидерата.
В целом по опыту в большей или меньшей степени произошла «фульватизация» гумуса.
В севооборотах с различным количеством и качеством поступающего органического вещества изменился также фракционный состав гумуса (табл. 3).
В зерновых севооборотах содержание фракции ГК-1 (куда входят свободные и связанные с несиликатными полутораоксидами гуминовые кислоты) увеличилось на 9,7-19,4% и снизилась доля фракции ГК-2, связанной с Са, с 43,2 до 27,7-28,9% в группе ГК. Потери фракции ГК-2 могут объясняться как усилением процесса минерализации, так и естественной перегруппировкой внутри гуминовых кислот, на что есть ссылки и у других авторов (Орлова Н.Е. и др., 2002; Золотарева Б.Н., 2006). На фоне NPK усиление подвижности ГК более заметно.
3. Фракционный состав гумуса почвы (ср.за 2001-2003 гг.)
| Доля люпина, % | Фон удобрения | Гуминовые - ГК | Фульвокислоты – ФК | Степень гумификации,% | С[ГК1+ФК (1а + 1)] С(ГК2+ФК2) | |||
| 1 | 2 | 1а | 1 | 2 | ||||
| До закладки опыта | 56,8* 17,5 | 43,2 13,2 | 23,0 5,4 | 41,0 9,6 | 36,0 8,5 | 30,7 | 2,50 | |
| 50 | б/у | 71,7 20,5 | 28,3 8,1 | 27,3 7,4 | 34,0 9,3 | 38,7 10,6 | 28,6 | 2,00 |
| NPK | 71,7 19,8 | 28,9 8,2 | 27,9 7,4 | 39,5 10,5 | 32,6 8,8 | 28,0 | 2,28 | |
| 20 | б/у | 63,0 17,7 | 37,0 10,3 | 26,0 7,3 | 41,3 11,6 | 32,7 9,1 | 28,0 | 1,87 |
| NPK | 72,3 20,4 | 27,7 7,7 | 28,2 7,8 | 37,0 10,2 | 34,8 9,5 | 28,1 | 2,20 | |
| 28 | б/у | 61,4 21,1 | 38,6 13,2 | 19,6 6,6 | 35,7 12,0 | 44,7 15,1 | 34,3 | 1,40 |
| NPK | 60,0 21,2 | 40,0 14,1 | 21,8 7,0 | 36,4 11,8 | 41,8 13,5 | 35,3 | 1,44 | |
| 40 | б/у | 47,5 16,2 | 52,5 17,9 | 18,8 5,8 | 39,6 12,1 | 41,6 11,6 | 34,1 | 1,11 |
| NPK | 51,6 17,5 | 48,4 16,4 | 22,6 6,8 | 39,6 11,9 | 37,8 11,2 | 33,9 | 1,30 | |
*Примечание. Над чертой % к группе, под чертой % к Собщ.
В то же время при сидерации идет образование более стойких соединений гумуса. Так, доля фракции ГК-1 снизилась в составе группы с 56,8 до 47,5-51,6%, а фракции ГК-2, наоборот, повысилась с 43,2 до 48,4-52,5%.
Изменилось содержание практически всех фракций фульвокислот. В исходной почве доминировала фракция ФК-1, связанная с полутораоксидами – 41% в составе группы. К концу опыта в зерновых севооборотах и при заделке сидерата доля ФК-1 изменилась незначительно, а в занятом пару снизилось до 36%. Однако в составе углерода гумуса все фракции фульвокислот имели тенденцию к росту, и более значительно – в паровых полях, где заметно прибавление фракции ФК-2. В зерновых севооборотах шло накопление наиболее агрессивной фракции ФК-1а.
Заметное повышение в составе гумуса зерновых севооборотов доли менее устойчивых в химическом отношении гумусовых веществ свидетельствует о том, что деградационные процессы здесь выражены заметнее, в то время как при наличии паровых полей с заделкой сидерата или пко после уборки люпина на корм формируются более стабильные фракции гумуса.
Степень гумификации снизилась до средней в зерновых севооборотах, но имела тенденцию к росту до 34-35% при запашке зеленого удобрения (даже частично). Показатель степени подвижности гумусовых веществ имел аналогичную направленность, что указывает на позитивную динамику качественного состава гумуса при сидерации.
Баланс гумуса, рассчитанный по количественному изменению его параметров за 14-летний период, показал, что на контрольных делянках содержание гумуса уменьшилось на 0,02-0,03%, а запасы сократились на 0,6-0,9 т/га.
На фонах NPK баланс гумуса выглядит стабильным, однако лишь в севообороте с запашкой люпина на сидерацию отмечается его устойчивая положительная направленность. Характерно, что и при расчете баланса по приходу органического вещества с растительными остатками и расходу его при минерализации получены идентичные данные, то есть уравновешенный компенсационный баланс гумуса имел лишь севооборот с сидеральным люпиновым паром.
Особенности трансформации и баланс азота в серой лесной почве. Изменения азотного режима зависели от севооборота и способа использования люпина, а также баланса азота. В зерновых севооборотах с люпином на семена и зернопаровом с люпином на зеленую массу, при отрицательном годовом балансе, установлено снижение содержания общего азота на 0,006-0,011% (табл. 4).
В сидеральном севообороте прослеживается тенденция к накоплению общего азота, увеличивающееся на фоне NPK.
4. Изменение азотного режима и баланс азота в слое 0-20 см
(ср. за 2001-2003 гг.)
| Доля люпина, % | Фон | % | C:N | N, мг/100 г | Баланс азота, кг/га | Интенс. баланса, % | ||
| Собщ. | Nобщ. | легкогидролиз. | минеральн. (NH4 + NO3) | |||||
| До закладки опыта | 1,65 | 0,148 | 11,1 | 19,1 | 12,8 | |||
| 50 | б/у | 1,61 | 0,139 | 11,6 | 13.0 | 9,7 | -72,7 | |
| NPK | 1,61 | 0,137 | 11,7 | 12,8 | 11,1 | -32,7 | 59 | |
| 20 | б/у | 1,64 | 0,140 | 11,7 | 13,7 | 10,1 | -102,5 | |
| NPK | 1,67 | 0,140 | 11,9 | 13,4 | 10,7 | -35,6 | 68 | |
| 28 | б/у | 1,66 | 0,142 | 11,7 | 13,3 | 8,3 | -80,2 | |
| NPK | 1,70 | 0,150 | 11,3 | 13,6 | 9,5 | -20,9 | 77 | |
| 40 | б/у | 1,73 | 0,148 | 11,7 | 14,3 | 9,5 | -36,5 | |
| NPK | 1,77 | 0,158 | 11,2 | 14,7 | 10,5 | -5,7 | 89 | |
| НСР05 | 0,11 | 0,024 | 2,9 | 2,3 | ||||
Отношение C:N является показателем относительного богатства гумуса азотом и в биологически активных почвах оно колеблется в диапазоне от 8 до 11 (Ефремов В.Ф., 2005). Наблюдающаяся тенденция к расширению соотношения в зерновых севооборотах вполне объяснима с точки зрения малого поступления стерне-корневых остатков и бедности их химического состава, что приводит к преобладанию процессов минерализации и расходу азота, заключенного в гумусе.
В севооборотах с люпином уменьшилось содержание фракций минерального и легкогидролизуемого азота, непосредственно используемых в питании растений, на 22-33% относительно исходной величины.
В зерновых севооборотах ежегодный некомпенсируемый вынос азота составлял от 32,7 до 102,5 кг/га, баланс был остро дефицитным. Более оптимальный азотный баланс и лучшие показатели азотного режима наличествуют в севообороте с сидеральным паром. За счет поступления более 200 кг/га азота с сидератом, некомпенсируемые потери азота на контроле составляли 36 кг/га, а на фоне NPK – 5,7 кг/га.
Как установлено исследованиями, сидерация улучшает деятельность микроорганизмов, благодаря которой может иметь место мобилизация азота из трудногидролизуемых соединений почвы и появление «экстра»- азота (Руделев Е.В., 1989; Кидин В.В. и др., 1996). Люпин при этом выступает в роли энергетического катализатора процесса мобилизации дополнительного «экстра»- азота.
Изменение фосфатного режима и баланс фосфора в серой лесной почве. Результаты исследований свидетельствуют о том, что содержание валового фосфора за годы исследований не претерпело существенных изменений (табл. 5). Самое значительное увеличение (на 9,2%) отмечается в сидеральном севообороте.
Аналогичные изменения характерны и для группового состава фосфатов. Их суммарное содержание мало изменилось к концу опыта, но внутри происходило перераспределение между группами. Так, в исходной почве на долю минерального фосфора в составе Рвал. приходилось 57%, органического – 37,5%. К концу опыта на неудобренных делянках содержание Рмин. уменьшилось на 3,9-5,7 мг. В тех севооборотах, где интенсивность баланса по фосфору приближалась к 100% (28 и 40% люпина), группа Рмин. увеличилась лишь на фонах NPK.
5. Изменение группового состава фосфатов в слое 0-20 см
| Доля люпина, % | Фон | Р2О5 валовой % | Р2О5, мг/100 г почвы | Баланс Р2О5 кг/га в год | Интенс. баланса, % | ||
| минеральный | органический | сумма | |||||
| До закладки опыта | 0,130 | 73,7 | 48,8 | 122,5 | |||
| 50 | б/у | 0,129 | 69,0 | 51,0 | 120,0 | -31 | |
| NPK | 0,132 | 72,9 | 52,1 | 125,0 | -6 | 84 | |
| 20 | б/у | 0,126 | 68,8 | 50,4 | 119,2 | -37 | |
| NPK | 0,134 | 76,4 | 50,4 | 126,8 | -7 | 84 | |
| 28 | б/у | 0,129 | 69,8 | 50,6 | 120,4 | -38 | |
| NPK | 0,138 | 77,0 | 51,4 | 128,4 | -7 | 84 | |
| 40 | б/у | 0,130 | 73,2 | 49,9 | 123,1 | -22 | |
| NPK | 0,142 | 82,3 | 52,9 | 135,2 | -3 | 91 | |
| НСР05 | Fф<Fт | 7,1 | Fф<Fт | 8,0 | |||
Органические фосфаты имели тенденцию к росту во всех севооборотах, их доля в Рвал повысилась с 37,5 до 38-40%. По нашему мнению, есть вероятность включения при микробном разложении фосфора корневых остатков в органические соединения почвы. Это предположение косвенно подтверждается тенденцией к росту процентного содержания Р2О5 в гумусе.
Определение фракционного состава минеральных фосфатов показало, что в пахотном слое почвы преобладают фосфаты кальция разной растворимости (рис. 4-5). Их доля в сумме фракций достигает 58%, но непосредственно доступные растениям Са Р1+2 составляют лишь 24,7%, а остальная часть - труднорастворимые трехкальциевые фосфаты.
В целом по опыту количество фосфатов Са первой и второй группы находились в состоянии неустойчивого равновесия с тенденцией к снижению на 2,0-2,6 мг/100 г (в среднем). Фосфаты кальция первой и второй группы не являются в почве устойчивой формой, поэтому колебания в их содержании в пределах тенденции вполне закономерны.
Количество Al – Р и Fe –Р по вариантам опыта изменилось незначительно (25,1% в исходной почве и 23,7-25,4%), при этом содержание Al – P относительно повышалось, а Fe – P снижалось. В ряде работ показано (Сдобникова О.В. и др., 1974; Дубровина И.В., 1991), что фосфаты алюминия могут использоваться растениями, а их убыль может возмещаться в пределах фракции полутораоксидов фосфора.
При малых дозах внесения фосфорных удобрений, как правило, происходит мобилизация высокоосновных фосфатов Са. Однако, как следует из приведенных данных, содержание Са-Р3 в опыте увеличилось на 1,5-5,5 мг/100 г поч-
вы (с 33 до 40%). Более высокие показатели прироста отмечаются в севооборотах с долей люпина в структуре 40-50%. Тенденция к накоплению фракции Са-Р3 подтверждается величиной отношения между Са-Р1,2.,3 и Al+Fe-P. До закладки опыта она составляла 1,36, а к концу увеличилась до 1,43-1,52.
Внесение удобрений в дозах, не покрывающих вынос фосфора с урожаями, обусловливает расход легкодоступных фосфатов почвы, что подтвердили данные химического анализа. Так, по сравнению с исходным, содержание Р2О5 по Кирсанову на контрольных делянках уменьшилось на 4,6-7,2 мг, на фоне NPK – на 3,3-7,4 мг/100 г, что составило 0,36-0,46 мг/100 г ежегодно. По обеспеченности фосфором почва перешла в следующую ниже группу. Одновременно снизилась и степень подвижности Р2О5 в 0,01 М CaCl2- вытяжке с 0,148 до 0,101-0,124 мг/л. Существенность показателя достоверна лишь для зернового севооборота с 50% люпина.
Несмотря на использование малых доз фосфорных удобрений, в севооборотах с запашкой биомассы люпина и его пожнивно-корневых остатков возможно предотвратить быстрое ухудшение фосфатного режима за счет позитивных трансформационных изменений фосфатного фонда почвы, биологическим агентом которых выступает корневая система люпина.
Изменение калийного режима и баланс калия в серой лесной почве. Основным показателем обеспеченности растений калийным питанием является способность почвы создавать необходимую концентрацию К2О в растворе, то есть содержать достаточное количество легкообменного и обменного калия.
Динамика изменения легкообменного калия была однотипной и характеризовалась тенденцией к повышению его на 4,2-20,8% (табл. 6). На этом фоне выделяется интенсивный зерновой севооборот с 20% люпина, где зафиксировано снижение содержания этой группы.
Динамика обменного калия была противоположной легкообменному – в содержании этой формы прослеживается тенденция к снижению в среднем на 9,1-12,8%. Четкого влияния калийных удобрений на динамику обоих форм К2О не выявлено.
6. Формы калийных соединений и баланс К2О в севооборотах с люпином (2001-2003 гг.)
| Доля люпина, % | Фон | К2О, мг/100 г почвы | Баланс кг/га + | Интенсивность баланса, % | |||
| легкообменный | обменный | необменно поглощ. | фиксированный | ||||
| До закладки опыта | 4,8 | 17,2 | 36,3 | 585 | |||
| 50 | б/у | 5,6 | 13,3 | 41,5 | 548 | -46,8 | |
| NPK | 5,5 | 13,5 | 35,2 | 548 | -19,3 | 75 | |
| 20 | б/у | 4,0 | 16,0 | 40,5 | 540 | -59,3 | |
| NPK | 3,8 | 16,1 | 40,0 | 563 | -27,8 | 74 | |
| 28 | б/у | 6,0 | 16,3 | 43,0 | 546 | -63,9 | |
| NPK | 5,8 | 16,9 | 43,0 | 586 | -39,3 | 66 | |
| 40 | б/у | 4,9 | 14,2 | 40,4 | 597 | -25,4 | |
| NPK | 4,7 | 16,1 | 40,3 | 601 | -4,0 | 57 | |
| НСР05 | 2,0 | 5,0 | 4,5 | 13,4 | |||
Баланс калия во всех севооборотах был отрицательным – ежегодно от 19,3 до 63,9 кг/га К2О не возвращалось в почву. Наибольший дефицит характерен для контрольных делянок, в то время как внесение калия с удобрением и сидератом сокращало невозврат в 1,5-2,5 раза.
Как считают И.П. Дерюгин и др. (1995), при содержании в суглинистых почвах 15-35 мг/100 г Кобм. достаточно, чтобы коэффициент возмещения калия был равен 0,5. В опыте интенсивность баланса колебалась от 57 до 68%. Внесение в среднем на гектар 40-85 кг д.в. К2О не полностью покрывало вынос с урожаями, так как культуры севооборотов отличались значительной потребностью в нем. По напряженности баланса севообороты можно разделить на 2 группы. Чем больше доля люпина в структуре севооборота, тем меньше был ежегодный дефицит калия.
Устойчивое содержание в почве обменного К2О при дефицитном балансе обеспечивается высвобождением его из необменных форм (Пчелкин В.У., 1966; Кук Дж. У., 1970). До начала опыта фонд необменного калия составлял 36,3 мг/100 г. К концу опыта отмечается повсеместное повышение этой формы на 3,5-4,6 мг или в среднем на 10,0-17,6%. В то же время содержание более недоступного, фиксированного калия, уменьшилось на контрольных вариантах на 33-45 мг, на фонах с внесением К2О – на 10-34 мг/100 г.
В сидеральном севообороте содержание фиксированной формы на всех фонах выросло на 12-22 мг. В целом, благодаря трансформации групп калийных соединений, не отмечено резкого ухудшения калийного режима в пахотном слое почвы.
Динамика изменения физико-химических параметров серой лесной почвы. Состояние почвенного поглощающего комплекса (ппк) является базовой характеристикой почвы, т. к. определяет ее кислотно-основные свойства, растворимость и поступление в растения питательных веществ. При обеднении пахотного слоя катионами Са и Mg, его подкислении ухудшаются условия для растений, и снижается их продуктивность.
Полученные результаты свидетельствуют, что за годы опыта произошло существенное снижение суммы поглощенных оснований и рост гидролитической кислотности (табл. 7). Так, на контроле сумма уменьшилась в зерновых севооборотах на 7,5-11,2%, в зернопаровых – на 8,6-8,8%. На удобренных фонах потери оснований сократились в среднем до 8,0-9,5%. Наименее значительные потери были в сидеральном севообороте.
Достоверное увеличение гидролитической кислотности характерно для севооборотов, где доля люпина составляет 20-28% - она выросла на 0,20-0,45 мг-экв/100 г почвы. В то же время в сидеральном севообороте Нг снизилась в среднем на 0,26 мг-экв. На фоне NPK заметна тенденция к большему подкислению почвы. Произошел и сдвиг обменной кислотности в сторону подкисления на 0,1 ед. рН. Можно отметить, что при запашке сидерата буферность почвы возрастает.
7. Изменение физико-химических свойств серой лесной почвы за 1988-2003 гг.
| Доля лю пина % | Внесено кг/га д.в. | рНkcl | Мг-экв/100 г | V,% | % от ЕКО | ||
| Н | Са++ | Mg++ | |||||
| До начала опыта | 5,9 | 2,00 | 18,87 | 90 | 73,1 | 19,1 | |
| 50 | б/у | 5,8 | 1,93 | 17,45 | 90 | 73,9 | 17,2 |
| N660 P440 K880 | 5,8 | 2,20 | 16,98 | 88 | 75,4 | 17,7 | |
| 20 | б/у | 5,8 | 2,45 | 16,76 | 87 | 72,8 | 17,9 |
| N1080 P540 K1170 | 5,8 | 2,33 | 17,57 | 88 | 71,7 | 18,2 | |
| 28 | б/у | 5,9 | 1,92 | 17,24 | 90 | 74,8 | 17,4 |
| N980 P540 K1050 | 5,8 | 2,47 | 17,35 | 87 | 73.8 | 18,4 | |
| 40 | б/у | 6,0 | 1,64 | 17,20 | 91 | 79,0 | 17,9 |
| N650 P420 K570 | 6,0 | 1,84 | 18,00 | 90 | 80,0 | 18,2 | |
| НСР05 | Fф<Fт | 0,21 | 1,40 | ||||
Содержание обменных катионов Са и Mg уменьшилось во всех севооборотах с люпином: Са – на 0,8-1,3 и Mg – на 0,5-0,6 мг-экв соответственно. Определение доли этих катионов в ЕКО выявило, что имеют место некоторые трансформационные сдвиги. Произошло как бы «донасыщение» ППК кальцием и калием при снижении доли магния. Так, в сидеральном севообороте доля Са выросла на 12%, калия – на 12,6%, а доля Mg уменьшилась на 10%.
В результате потерь катионов Са и Mg соотношение между ними расширилось с 3,7:1 в начале опыта до 4,1-4,3:1 – в конце. Как свидетельствуют литературные данные (Норкина И.А., 1978; Аристархов А.И., 2000), это чревато снижением семенной продуктивности у бобовых культур.
Негативные изменения кислотно-щелочных свойств почвы, потери кальция самым тесным образом связаны с ее гумусным состоянием. Уменьшение содержания ВОВ, увеличение доли подвижных, слабо конденсированных гумусовых кислот, сужение отношения Сгк:Сфк – все это следствие ослабления регулирующего действия кальция на интенсивность образования перегноя.
С другой стороны, в изменении кислотных свойств почвы велика роль качества поступающих растительных остатков. Запашка сидерата не приводила к подкислению почвы в отличие от пко культур зерновых севооборотов.
Урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность севооборотов в зависимости от способа использования люпина
Урожайность культур в первой ротации. В первый 7-летний период у большинства культур были получены запланированные урожаи, что соответствовало цели опыта на этот отрезок времени. Так, у овса при расчетной урожайности 4т/га совпадение по севооборотам составило 98-109%, у ячменя при 5т/га – 96,8-112,2%, у озимой ржи и пшеницы (5т/га) – 123-131% и 99,4% соответственно (табл. 8). Выше запланированного были и сборы корнеплодов. Низкой урожайностью отличался лишь желтый люпин по причине сильнейшего поражения антракнозом. Отсутствие на тот период устойчивых сортов и эффективных мер борьбы с болезнью привело к почти полной гибели урожая семян.
Характерной особенностью первого периода опыта явился значительный вклад исходного плодородия участка в достижение высокой урожайности. На это указывают урожаи с варианта без удобрений, которые у овса и ячменя составляли 4 т, у озимой ржи – 6 т/га.
8. Влияние севооборота и фона удобрения на урожайность с.-х. культур, т/га (1988-1996 гг.)
| Доля люпина,% | Фон удобрения | Люпин желтый | Овес | Кормовая свекла | Ячмень | Озимая рожь | Озимая пшеница |
| 50 | б/у | 1,24 | 4,14 | 4,30* | |||
| Р1 | 1,31 | 4,05 | 4,89 | ||||
| Р2 | 1,24 | 4,14 | 4,84 | ||||
| 20 | б/у | 1,24 | 4,06 | 62,1 | 4,95 | 6,14 | |
| Р1 | 1,21 | 4,15 | 68,2 | 5,40 | 5.34 | ||
| Р2 | 1,31 | 4,36 | 68,7 | 5,04 | 6,15 | ||
| 28 | б/у | 1,14 | 3,94 | 60,2 | 4,35 | 6,48 | 4,22 |
| Р1 | 1,31 | 4,07 | 63,8 | 5,27 | 5,74 | 4,92 | |
| Р2 | 1,12 | 3,95 | 66,6 | 5,61 | 5,56 | 4.97 | |
| 40 | б/у | 0,90 | 47,6 | 4,43 | 5,26 | 3,71** | |
| Р1 | 0,89 | 46,9 | 4,60 | 5,18 | 4,13 | ||
| Р2 | 0,90 | 43,4 | 4,80 | 5,24 | 4,05 | ||
| НСР05 | 0,18-0,23 | 3,3-3,5 | 0,32-0,44 | 0,43-0,46 | 0,26-0,38 |
Примечание: Р1 – рекомендуемые дозы, Р2 – расчетные на планируемый урожай; *ячмень в 1993-1995 гг., **озимая пшеница – в 1994-1996 гг.
Рекомендуемые для региона дозы удобрений по эффективности мало уступали расчетным, и в большинстве случаев разница между урожаями у овса, ячменя и озимой пшеницы не была достоверной. У озимой ржи планируемая доза была предпочтительней рекомендуемой.
Дробление расчетной дозы азота для внесения в несколько сроков увеличивало прибавку урожая у ячменя и озимой пшеницы и было мало эффективно у озимой ржи и пропашных культур.
Севооборот с сидеральным паром изначально отличался меньшими дозами удобрений, что сильнее отразилось на уровне урожайности тех культур, которые предъявляют повышенные требования к обеспеченности элементами питания (ячмень, озимая пшеница, кормовая свекла). Объем вносимого сидерата был также недостаточно велик, а последействие слабым.
Для первого периода опыта характерно значительное варьирование продуктивности растений по годам, достигающее от 1,5 до 2,3 раза.
Урожайность культур во второй ротации. Во второй ротации, в связи с сокращением доз вносимых удобрений и снижением плодородия опытного участка, все культуры заметно уменьшили продуктивность: на контроле в среднем на 6,4-23,5%, на фонах NPK – на 5,5-13% (табл. 9). На этом фоне выделяется узколистный люпин, введение которого вместо желтого позволило повысить сборы семян и зеленой массы, а также роль люпина как предшественника.
На снижение доз удобрений сильнее реагировали культуры, отзывающиеся повышением урожаев на фон минерального питания: озимая пшеница, ячмень, кукуруза, в то время как яровая пшеница и особенно овес отличались стабильной продуктивностью на уровне 3,5-4,0 т/га зерна.
9. Влияние севооборота и фона удобрения на урожайность с.-х. культур, т/га (1995-2003 гг.)
| Доля люпина, % | Фон удобрения | Люпин узколистный | Овес | Ячмень | Яровая пшеница | Озимая пшеница | Кукуруза |
| 50 | б/у | 2,65 | 3,16 | ||||
| РК | 2,58 | 3,40 | |||||
| NPK | 2,50 | 3,51 | |||||
| 20 | б/у | 2,85 | 3,65 | 4,32 | 3,05 | 50,6 | |
| РК | 2,94 | 4,25 | 4,77 | 4,38 | 50,5 | ||
| NPK | 2,77 | 4,42 | 4,76 | 4,33 | 45,5 | ||
| 28 | б/у | 2,92 | 3,28 | 4,07 | 2,94 | 3,41 | 29,4 |
| РК | 2,90 | 4,09 | 4,17 | 3.32 | 4,26 | 33,2 | |
| NPK | 2,99 | 4,03 | 4,27 | 3,33 | 4,49 | 33,3 | |
| 40 | б/у | 2,65 | 2,83 | 4,62 | 23,0 | ||
| РК | 2,79 | 3,14 | 4,53 | 24,5 | |||
| NPK | 2,84 | 3,63 | 5,00 | 26,1 | |||
| НСР05 | 0,11-0,14 | 0,38-0,50 | 0,29-0,45 | 0,16 | 0,38-0,70 | 2,0-3,5 |
Четко прослеживается связь продуктивности озимой пшеницы и качества предшественника. При посеве ее по сидеральному пару полученная прибавка на контроле больше, чем после ячменя, на 1,57 т/га. Сидерация позволила также получить более высокий урожай при меньшей дозе удобрений. Так, внесение под пшеницу N90P60K90 в севообороте после ячменя обеспечило получение 4,33 т/га зерна, после занятого пара – 4,49 т, а по сидерату и дозе N50P40K60 урожай достиг 5,0 т/га. Средний уровень урожая пшеницы по сидерации был выше, чем по другим предшественникам, на 16,5-20,4%.
Люпин, возделываемый на семена, был хорошим предшественником для яровых зерновых культур – яровой пшеницы, ячменя и овса. Констатируется, что при этом достоверные прибавки урожаев получены по фону РК. Внесение минерального азота на фонах NPK или обеспечивало урожай на уровне фона РК, или прибавка была несущественной. Участие биологического азота люпина в питании последующих культур не вызывает сомнений.
Выравнивание пространственной неоднородности опытного участка по плодородию несколько смягчило колебания урожаев в разные по метеоусловиям годы.
Выявление зависимостей между погодными условиями, возделыванием в севообороте и бессменно, фоном удобрений и урожайностью узколистного люпина показало, что такая связь существует. Так, осадки июня месяца оказывают отрицательное влияние на величину урожая (r = - 0,40-0,60), а севооборот и фон удобрения обусловливают усиление отрицательного эффекта (в бессменном посеве r = - 0,20). Связь с осадками июля – положительная, возделывание в севообороте на удобренном фоне повысило коэффициент корреляции с +0,31 до +0,56.
Анализ зависимости величины урожая от суммы положительных температур в летние месяцы показал, что увеличение накопления тепла в июле-августе приводит к снижению урожайности. Севооборот, удобренный предшественник ослабляют неблагоприятное воздействие повышенных температур. Слабая положительная корреляция между этими величинами имеет место лишь в июне, причем в бессменном посеве эта связь выражена сильнее.
Установлена прямая положительная связь семенной продуктивности узколистного люпина и гидротермического коэффициента июня месяца. Средний коэффициент корреляции составил 0,46-0,48. Улучшение условий возделывания делает связь более тесной (r = 0,57-0,62), т.е. для реализации потенциала продуктивности узколистного люпина необходимо сочетание хорошей агротехники с оптимальными условиями погоды в июне. Полученные отрицательные коэффициенты корреляции для мая и июля указывают на слабое влияние погодных условий в эти месяцы на формирование урожая семян люпина.
Продуктивность севооборотов. Люпин имеет длительное последействие, которое на песчаных почвах составляет не менее двух лет, на суглинистых – 2-4 года (Алексеев Е.К., Стрелков И.Г., 1950; Культ. люпина, 1971). Поэтому его эффективность оценивают по продуктивности севооборота, или звена не менее чем из трех культур.
Оценка по сбору продукции с гектара в зерновых единицах показала, что на продуктивность севооборотов оказывали влияние их целевое назначение и фон удобрения. В первой ротации самая низкая суммарная и ежегодная продуктивность была у зернового севооборота (50% люпина), а самая высокая у 5-польного с 20% люпина (рис.6). В первом случае она составила на контроле 2,77 т з.ед., во втором – 5,70; по расчетной дозе 2,90 и 6,0 т/га соответственно.
Среди зернопаропропашных лучшие показатели были у севооборота с занятым паром. В связи с тем, что в сидеральном пару надземная часть урожая запахивалась, а дозы удобрений были ниже, выход зерновых единиц на контроле составил 64% от занятого пара, и на фоне NPK – 68%. Окупаемость 1 кг NPK в зерновых севооборотах равнялась 0,9-1,4 кг, в зернопаропропашных – 2,55-3,60 кг з.ед.
Во второй ротации продуктивность севооборотов снизилась в среднем на 26%, за исключением зернового с 50% люпина, в котором выход зерновых единиц на контроле вырос на 24%, и на фонах с удобрениями – на 19% по сравнению с первой ротацией (рис.7).
В зерновых севооборотах с 20-25% люпина средняя продуктивность опустилась на контроле до 3,7-4,1 т/га, на фоне NPK – до 4,0-4,4 т/га. В севообороте с люпином на сидерацию разрыв между севооборотом с занятым паром уменьшился до 0,8-0,9 т/га и составил 3,01-3,8 т/га з.ед.
 | |||||||
Рис. 6. Продуктивность севооборотов за период 1988 – 1996 гг. (среднее)
Окупаемость удобрений на фоне РК была выше, чем на фоне NPK – 3,7-4,4 кг з. ед. против 1,3-3,0 кг, особенно там, где в структуре севооборота большой процент составляли зерновые культуры, с урожаем которых отчуждается много фосфора.
 | |||||||
Рис. 7 Продуктивность севооборотов за период 1995 – 2003 гг. (среднее)
По сборам зерна с единицы площади за период опыта выделились сидеральный и зерновой 2-польный севообороты (40-50% люпина), которые не снизили выход зерновой продукции во второй ротации, в отличие от севооборотов с 20-28% люпина. Стабильность зерновой продуктивности отмечается у них как в контроле, так и на фонах с удобрениями. Средообразующие свойства люпина и кумулятивный эффект люпиновой сидерации поддерживали стабильное влияние удобрений и их повышающее действие на урожай культур и продуктивность севооборотов.
Качество продукции культур севооборота, химический состав растений и вынос элементов питания
Качество продукции культур севооборота. В зависимости от сортовых особенностей и условий выращивания содержание сырого белка в семенах желтого люпина варьирует (в пересчете на сухое вещество) от 40,0 до 48,5%; узколистного - от 28,1 до 38,5% (Мироненко и др., 1990; Tomas L., 2007).
Рассматривая влияние последействия двух фонов питания на накопление сырого белка у желтого люпина, можно отметить, что этот фактор не был существенным (табл.10).
10. Качество семян люпина в севооборотах
| Доля люпина, % | Желтый люпин (1988-1994) | Узколистный люпин (1995-2003) | ||||||
| б/у | NPK | б/у | NPK | |||||
| сырой белок, % | мтс, г | сырой белок, % | мтс, г | сырой белок, % | мтс, г | сырой белок, % | мтс, г | |
| Бессмен. люпин | 41,1 | 123,2 | 41,1 | 120,8 | 37,1 | 157,3 | 38,2 | 157,0 |
| 50 | 43,4 | 121,3 | 42,6 | 120,4 | 33,5 | 157,5 | 34,8 | 155,4 |
| 25 | 44,5 | 134,5 | 43,9 | 132,4 | 35,7 | 149,0 | 37,1 | 151,9 |
| 20 | 44,9 | 138,0 | 45,6 | 140,1 | 36,9 | 152,4 | 37,6 | 153,8 |
| 28 | 40,8 | 134,5 | 40,3 | 130,9 | 36,4 | 163,9 | 37,5 | 161,3 |
| 40 | 40,6 | 130,5 | 40,9 | 131,0 | 36,8 | 170,0 | 38,6 | 174,0 |
| НСР05 | 2,1 | 4,6 | 2,1 | 2,1 | 2,3 | 5,7 | 2,3 | 5,7 |
В то же время отчетливо проявляется положительное влияние чередования. При выращивании желтого люпина на семена в зерновых севооборотах содержание белка достоверно выше, чем в бессменном посеве, однако в севооборотах с паровыми полями эта закономерность не проявляется. Аналогичное поведение наблюдается и для показателя масса 1000 семян, минимальные значения которой отмечены при насыщении люпином 50-100%.
Сбор белка с гектара, из-за низкой урожайности семян, не превышал 600 кг, что не типично для люпина.
Узколистный люпин, напротив, в бессменном посеве содержал больше сырого белка в семенах, чем при чередовании, кроме семян в коротком севообороте с 50% люпина. Как у желтого, так и узколистного люпина не выявлено линейной зависимости между массой 1000 семян и их белковостью.
Результаты математического анализа по выявлению связей между ГТК с мая по август и накоплением сырого белка у обоих видов люпина показали, что роль гидротермического режима при наливе семян довольно существенна. Высокое содержание белка отмечается в годы, когда ГТК мая-августа близко к норме, а ГТК июня меньше 1,0 (табл.11). Засушливые условия в течение лета, а также избыток дождей в июле (ГТК 1,9-2,7 при норме 1,48) приводят к формированию семян с низкой белковостью, вплоть до нижнего предела, характерного для данного вида. Достоверность полученных данных – высокая, суммарная зависимость от ГТК июля и взаимодействия ГТК+фон удобрения составила более 95%.
11. Влияние гидротермического режима июля на содержание сырого белка в семенах люпина.
| ГТК июль | Желтый люпин | Узколистный люпин | ||
| б/у | NPK | б/у | NPK | |
| <1,0 | 46,0 | 45,4 | 40,3 | 41,2 |
| 1,9-2,7 | 39,9 | 39,2 | 32,9 | 35,1 |
| Точность опыта, % | 2,8 | 2,8 | ||
| НСР05 | 3,3 | 3,3 | ||
Выход сырого белка с семенами узколистного люпина увеличился в 2-3 раза и составил от 1,0 до 1,3 т/га.
Качество зерна у злаковых культур зависело в основном от удобрений и частично от предшественника. У овса сорта Комес белковость от дозы N60P60K60 выросла на 1,0-1,1% при содержании на контроле 11,7-12,2%, у ячменя сорта Эльф от дозы N90P60K90 выросла на 1,2-1,3% (на контроле 10,5-11,6%). В зернопаровых севооборотах увеличение белковости было выше, чем в зерновых, на 40%.
У яровой пшеницы сорта Лада применение удобрений в дозе N60P60K90 увеличило концентрацию сырого белка с 13,2 до 14,4-15,0%, сырой клейковины с 25,4 до 27,8%, стекловидности с 50 до 70%, массы 1000 семян с 34,6 до 36,3 г. На показатель «масса 1000 семян» у овса удобрения действовали понижающе, ячмень был нейтрален, а у яровой пшеницы – повышающе.
Удобрения способствовали росту сбора белка с урожаем яровых культур на 80-100 кг/га.
Применение удобрений существенно улучшило показатели качества зерна озимой пшеницы Московская 39. На удобряемых фонах содержание сырого белка выросло на 0,9-1,2%, клейковины – на 4,7%, стекловидности – на 12%, натуры – на 17 г/л. Зерно наиболее высокого качества получено по предшественнику сидеральный пар, причем не только на фоне NPK, но и в контроле. По нормируемым показателям зерно соответствовало требованиям, предъявляемым к ценным пшеницам. Озимая рожь Новозыбковская 150 слабо отзывалась изменениями качества зерна от меняющихся условий, однако после сидерата от дозы N50P40K60 сырой белок вырос в среднем на 1%.
У пропашных культур изменения сахаристости корнеплодов кормовой свеклы и сырого протеина в листостебельной массе кукурузы были незначительными
Химический состав растений и вынос элементов питания с урожаем
Внесение удобрений увеличивало содержание в растениях азота и калия, и в меньшей мере фосфора. Однако самое значительное влияние на химический состав растений оказывали погодные условия.
Уменьшение доз внесения минеральных удобрений во 2-ой опытный период снизило потребление азота у овса, ячменя и кукурузы, калия – у овса и озимой пшеницы. Снижение выноса фосфора отмечается для всех культур. При уменьшении доз удобрений снижается доля побочной продукции в суммарном выносе, однако соотношение элементов питания как в товарной, так и нетоварной частях урожая резко не изменяется.
Наибольшее количество элементов питания потребляют ячмень и овес. Люпин с урожаем семян выносит свыше 200 кг/га азота, но большая часть его создана за счет азотфиксации, а вынос почвенного азота составляет не более 80 кг/га.
Эколого-экономическая оценка выращивания люпина в севооборотах различного назначения
По показателям экономической эффективности наиболее выгодно выращивать люпин на семена в двухпольном севообороте люпин – яровая пшеница (табл. 12). Несмотря на более высокий уровень производственных затрат в сравнении с другими севооборотами (104-109%), увеличение стоимости продукции обеспечивает здесь и лучшую рентабельность, и большую прибыль.
Если принять сидеральный севооборот за эталон (100%), то в зерновом прибыль на контроле была больше на 30,7%, на фоне NPK – на 51,5%, а в севообороте с занятым паром – на 5,8-38,3% соответственно. Нельзя не отметить факт минимальной разницы в экономических показателях между фонами без удобрений и NPK в сидеральном севообороте, что свидетельствует о самодостаточности люпина в обеспечении азотом себя и последующих культур, и о значительном вкладе его в экономику производства продукции при запашке на удобрение.
12. Экономическая эффективность севооборотов с различным целевым назначением люпина.
| Показатель | Севооборот | |||||
| зерновой (50%) | зернопаропропашной (28%) | зернопаропропашной (40%) | ||||
| б/у | NPK | б/у | NPK | б/у | NPK | |
| Средний сбор зерна, ц/га | 28,5 | 30,0 | 15,8 | 18,8 | 18,2 | 19,5 |
| Средняя стоимость валовой продукции, руб/га | 13815 | 16500 | 12392 | 15601 | 11895 | 12824 |
| Средняя стоимость произв. затрат, руб/га | 6681 | 7451 | 6648 | 7345 | 6438 | 6853 |
| Прибыль (баланс.), руб/га | 7134 | 9049 | 5774 | 8256 | 5457 | 5791 |
| Рентабельность, % | 106,8 | 121,4 | 86,8 | 112,4 | 84,8 | 87,1 |
Энергетическая оценка этих же севооборотов показала, что наиболее энергонасыщенным был сидеральный севооборот (табл. 13). Выход валовой энергии в нем был выше, чем в севообороте с занятым паром, на 26,3-16,6%, а
13. Энергетическая эффективность севооборотов с различным целевым назначением люпина
| Показатель | Севооборот | |||||
| Зерновой (50%) | Звено с занятым паром | Звено с сидеральным паром | ||||
| б/у | NPK | б/у | NPK | б/у | NPK | |
| Суммарный выход валовой энергии, ГДж/га | 413,8 | 436,8 | 376,2 | 407,6 | 451,5 | 475,4 |
| Суммарные энергозатраты, ГДж | 103,7 | 118,2 | 90,1 | 113,0 | 82,2 | 97,6 |
| Коэфф. энергетической эффективности (Кээ) | 3,99 | 3,70 | 4,17 | 3,60 | 5,49 | 4,87 |
| Выход основной продукции в корм.ед., т | 16,01 | 16,41 | 18,73 | 20,54 | 13,34 | 14,80 |
| Энергоемкость 1 корм. ед., ГДж | 2,58 | 2,66 | 2,00 | 1,98 | 3,38 | 3,21 |
| Выход сырого протеина, т | 3,40 | 3,57 | 4,13 | 4,51 | 2,69 | 3,20 |
| Энергоемкость 1 кг сырого протеина, ГДж | 0,12 | 0,12 | 0,09 | 0,09 | 0,17 | 0,15 |
| Коэффициент использования ФАР, % | 0,41 | 0,44 | 0,37 | 0,41 | 0,45 | 0,47 |
суммарные затраты энергии ниже на 8,8-13,6%. В сравнении с зерновым севооборотом разница по выходу энергии составила 9,1-8,8%, но энергозатраты были выше на 20,8-17,5%. Коэффициенты энергетической эффективности и использования ФАР более высокие в сидеральном севообороте – 5,49 и 0,45 (без удобрений) и 4,87-0,47 (фон NPK).
Использование минеральных удобрений понижает Кээ, но интенсивность использования ФАР имеет тенденцию к росту. Самая высокая энергетическая эффективность кормовой единицы и 1 кг переваримого протеина получена в севообороте с занятым паром.
Энергетический баланс гумуса позволяет судить об эффективности полевых агроэкосистем, с точки зрения процессов энерго- и массообмена в органическом веществе почвы. Произведенные расчеты показали, что бездефицитный баланс энергии, заключенной в гумусе, достигнут только в сидеральном севообороте. Прибавка энергии составила на контроле 0,98 ГДж/га в год, на фоне NPK – 1,48 ГДж. Положительный баланс отмечен также на фоне NPK в севообороте с занятым паром.
В зерновом севообороте и на фоне без удобрений некомпенсируемый баланс энергии указывает на ее потери при минерализации. Коэффициент биоконверсии энергии в гумус в отмеченных вариантах значительно ниже 0,1. В связи с тем, что энергетический эквивалент приходной части ниже оптимального, следует, как минимум, в одном из полей запахивать солому.
ВЫВОДЫ
1. В исследованиях 1988-2003 гг. на серой лесной почве изучена эффективность двух видов люпина – желтого и узколистного в полевых севооборотах с долей люпина в их структуре от 20 до 100%, различного целевого назначения: на сидерацию, семена и зеленый корм. Исследования выявили универсальные свойства люпина, которые могут быть использованы при решении проблемы воспроизводства плодородия почвы в агроэкосистемах с помощью биоресурсов без снижения их продуктивности.
2. Удобрительное действие люпина зависит от объема биомассы, поступающей в почву. В сидеральном пару сухая биомасса желтого люпина составляет в среднем 10,8 т/га, узколистного – 9,7 т/га. На подземную часть приходится у желтого люпина ~ 50%, у узколистного – 43%.
В занятом пару сухая масса пожнивно-корневых остатков желтого люпина на 1,6-1,8 т/га больше, чем у узколистного.
При выращивании на семена сухая масса стерне-корневых остатков составляет от 3,5 до 6,0 т/га. Отношение соломы к урожаю зерна у желтого люпина равно 2, у узколистного – 1,2-1,4.
3. В сидеральном пару с биомассой желтого люпина в почву поступает
400 кг/га элементов питания в соотношении N:Р2О5:К2О как 0,56:0,18:0,28; с узколистным – 390 кг/га в соотношении 0,54:0,14:0,32.
В занятом пару количество поступающих элементов питания сокращается на 35%. Соотношение элементов питания у желтого люпина 0,50:0,17:0,33, у узколистного – 0,51:0,12:0,36.
В стерне-корневых остатках после уборки на семена у желтого люпина содержится в среднем 112 кг/га NPK в соотношении 0,61:0,15:0,24, узколистного – 120 кг/га в соотношении 0,58:0,11:0,31. При запашке соломы общее количество элементов питания возрастает до 200 кг/га.
Количество фиксированного азота в сидеральном пару более 160 кг, в занятом пару – 88-95 кг, в стерне-корневых остатках – 45-49, в соломе – 28-33 кг/га.
4. Биомасса сидерата (C:N = 17:1) разлагается быстро. Через 30 дней убыль составляла 37%, через 90 – 57,9% и через 330 дней – 70,4%. Скорость разложения пожнивно-корневых остатков (С:N = 32:1) меньше - через 30 дней – 25,2%, через 330 дней – 50,8%. По темпам разложения пожнивно-корневые остатки люпина близки к подстилочному навозу (27,9-49,6%).
На серой лесной почве люпиновый сидерат предположительно разлагается полностью за 2 года.
5. При наличии в севообороте поля люпина на сидерацию за 14 лет произошло повышение содержания гумуса на 0,13-0,19% и его лабильной части – ЛОВ на 21-52 мг/кг С, отмечается также тенденция к росту запасов гумуса в пахотном слое. В составе гумуса группа гуминовых кислот возрастает с 0,51 до 0,60%, а в процентах к общему углероду – с 30,7 до 34,0%. Сидерация способствует увеличению содержания фракции гуминовых кислот, связанных с кальцием (ГК-2) с 13 до 18% в составе Собщ.
Качество гумуса, определяемое по соотношению Сгк:Сфк, в сидеральном севообороте более оптимальное (1,13-1,15).
6. В севооборотах с преимущественной запашкой пожнивных и корневых остатков люпина и других культур содержание гумуса стабилизируется на исходном уровне с несущественными колебаниями от -0,08 до +0,07 в зависимости от количества и качества поступающих растительных остатков. Доля гуминовых кислот в составе Собщ опускается до 28,0-28,9%. Возрастает их подвижность за счет увеличения фракции ГК-1, связанной с полутораоксидами, – с 56,8 до 60,0-71,1% в составе группы. Отношение Сгк:Сфк опускается до предела (1,02-1,09), определяющего тип гумуса.
Во всех севооборотах отмечено увеличение группы фульвокислот – с 23,5% до начала опыта до 26,7-33,7% в конце, а в составе группы – к накоплению наиболее агрессивных фракций – свободных (ФК-1а) и связанных с полутораоксидами (ФК-1).
7. Зеленое удобрение, в сравнении с пожнивно-корневыми остатками, действовало на коэффициент гумификации повышающе, а на коэффициент минерализации – понижающе.
8. При общем отрицательном балансе гумуса, ежегодные некомпенсируемые потери составляли по севооборотам 50-250 кг/га, компенсационный баланс достигнут только в сидеральном севообороте. Новообразование составляло от 30 до 110 кг/га ежегодно.
Внесение в севооборотах минеральных удобрений снижало дефицит баланса на 70-100 кг/га, но не устраняло его полностью.
9. Оптимальный энергетический баланс гумуса почвы также достигнут в севообороте с люпином на сидерацию. Прибавка энергии на контроле без удобрений составляла 0,98 ГДж/га в год, на фоне NPK – 1,48 ГДж/га. Коэффициент биоконверсии энергии в гумус приближался к значению 0,1, в то время как в зерновом севообороте он был на 50% ниже.
Оптимальный энергобаланс установлен также в севообороте с занятым паром на фоне внесения минеральных удобрений.
10. Азотный режим как бы синхронно повторяет амплитуду колебаний по севооборотам гумусного состояния почвы. Содержание общего азота находилось в состоянии неустойчивого равновесия, за исключением сидерального севооборота, где установлена слабая тенденция к росту данного показателя. Доступных форм азота – легкогидролизуемого и минерального (NH4+NO3) в пахотном слое стало достоверно меньше, чем до начала опыта. При значительном дефиците баланса азота возникает необходимость внесения минерального в дозе 45-70 кг/га в зависимости от структуры севооборота.
11. Для фосфатного фонда почвы характерно стабильное содержание валового фосфора на всем протяжении опыта и небольшие колебания в групповом составе минеральных и органических фосфатов с тенденцией к большей стабильности показателей в сидеральном севообороте. В отношении подвижного фосфора и степени его подвижности установлено снижение этой группы фосфатов в среднем на 4,0-6,2 мг/100 г (в вытяжке 0,2н HCl) и на 0,022-0,058 мг/л (в вытяжке 0,01 М CaCl2). По степени обеспеченности подвижным Р2О5 почва перешла из VI в V группу.
Фракционный состав фосфатов изменился в сторону снижения суммы фракций, наиболее доступных растениям (Са-Р1 + Са-Р2) с 24,7 до 20,5%, и увеличения фракции Са-Р3 с 33,0 до 39,3% в сумме фракций.
При малых дозах внесения фосфорных удобрений баланс фосфора складывался с дефицитом от 44-70 кг/га на контроле до 6-15 кг/га на фоне внесения минеральных удобрений. Интенсивность баланса 63-93%, коэффициент использования внесенного фосфора 15-35%.
12. Содержание в пахотном слое почвы легкообменного и необменно поглощенного К2О увеличилось по севооборотам на 0,8-4,7 мг/100 г почвы даже при наличии отрицательного баланса. Наименее оптимальным он складывался в сидеральном севообороте, где интенсивность баланса составляла 56-69%. Однако обеспеченность всеми формами калия была здесь стабильной, а содержание резервных форм калия даже повысилось.
13. Слабая согласованность между балансовыми данными пахотного слоя и фактической динамикой обеспеченности почвы элементами питания за опытный период, очевидно связана как с деятельностью корневых систем растений, поглощающих и перераспределяющих элементы питания из всего корнеобитаемого слоя почвы, так и с активизацией почвенной биоты вследствие поступления растительных остатков и биомассы люпина, богатой азотом и другими элементами питания, поддающейся быстрому микробному разложению.
14. Зеленое удобрение в меньшей степени, чем запашка пожнивно-корневых остатков, способствует подкислению почвы, потере обменных катионов и степени насыщенности основаниями ППК. В то же время за опытный период во всех севооборотах ощутимо снизилось содержание обменно поглощенного магния (на 10%). Вследствие этого соотношение между катионами Са и Mg расширилось с 3,7:1 до 4,1-4,3:1. Такая тенденция неблагоприятна для бобовых.
15. В результате анализа результатов балансовых расчетов потока и использования энергии органическим веществом почвы, баланса гумуса и элементов питания, трансформационных изменений режимов элементов питания в пахотном слое серой лесной почвы констатируем, что в агроэкосистемах с люпином преимущественно зернового направления восстановление утрачиваемого почвой плодородия идет в режиме простого воспроизводства. При наличии в 5-польном севообороте поля люпина на сидерацию установлена тенденция к пошаговому расширенному воспроизводству плодородия почвы.
16. Оценка эффективности возделывания люпина через урожайность последующей культуры показывает, что люпин на запашку – хороший предшественник озимой пшеницы. На неудобренном фоне ее урожайность по сидеральному пару была на 35,5% выше, чем по занятому и на 51% больше, чем после ячменя. При уровне урожайности 4,6-5,0 т/га зерно отвечало требованиям к ценным пшеницам по показателям натура, стекловидность, содержание сырого белка и клейковины. Систематическое зеленое удобрение в динамике ведет к росту уровня урожайности.
Озимая пшеница, размещаемая по занятому пару, сравнялась по урожайности и качеству зерна с сидеральным при внесении минеральных удобрений в дозе N90P60K90. На контроле сборы зерна от ротации к ротации падали.
17. Яровая пшеница, размещаемая по люпину на семена, обеспечивает сборы зерна на уровне 2,7-3,6 т/га, а в сочетании с минеральными удобрениями – и высокое качество, отвечающее требованиям на ценные пшеницы. В тоже время прибавки урожая от 0,22 до 0,65 т/га обеспечивала не полная доза NPK, а доза Р60К90, что свидетельствует о положительной роли биологического азота люпина, заключенного в его растительных остатках.
18. Продуктивность узколистного люпина зависит от гидротермического коэффициента июня, корреляция с ним прямая (r=0,48-0,62). Повышение суммы активных температур в июле отрицательно влияет на урожай (r=-0,23-0,68), однако большее накопление белка в семенах наблюдается в годы с ГТК июля меньше единицы.
19. Химический состав культур севооборота и вынос элементов питания с урожаем зависит от доз внесения удобрений, погодных условий и сортовых особенностей. При уменьшении дозы внесения удобрений у всех культур снижается содержание фосфора, содержание азота и калия уменьшилось у озимой пшеницы и овса. При снижении фона минерального питания уменьшается доля побочной продукции в урожае и соответственно суммарное потребление элементов питания.
Затраты N, P2O5 и К2О на 1 т зерна с соответствующим количеством соломы не совпадали со справочными данными и менялись в зависимости от видовых и сортовых особенностей и условий возделывания.
20. Наиболее высокая продуктивность в опытный период 1988-1996 гг. характерна для зернопропашных севооборотов с 20-33% люпина – 5,04-5,70 т/га з.ед. Продуктивность сидерального севооборота составила 3,94 т з.ед., зернового – 2,77 т/га з.ед.
В опытный период 1996-2003 гг., при уменьшении доз удобрений на 35%, продуктивность севооборотов снизилась в среднем на 26%. Продуктивность зерновых севооборотов с долей люпина от 20 до 50% составляла 3,44-4,08 т/га з.ед., зернопарового с 28% люпина – 3,80 т/га, сидерального – 3,01 т/га з.ед.
Высокая окупаемость 1 кг д.в. удобрений получена от сочетания фосфора с калием – 3,68-4,22 з.ед. В сидеральном севообороте окупаемость 1 кг К2О и 1 кг полного минерального удобрения была одинаковой – 3,12-3,45 зерновой единицы.
21. Энергетическая эффективность возделывания полевых культур была выше в звене с сидеральным паром. Коэффициент энергетической эффективности на не удобренном фоне составил 5,49, на фоне полного минерального удобрения – 4,87. В звене с занятым паром Кээ был равен 4,17-3,60, в зерновом севообороте – 3,99-3,70 соответственно.
Коэффициент использования ФАР в сидеральном звене – 0,45-0,47, что на 9-18% больше, чем в других звеньях.
Предложения производству
1. Сельскохозяйственным предприятиям региона на всех типах почв, в условиях дефицита органических и минеральных удобрений, рекомендуется включать в севообороты люпин на семена, зеленый корм или сидерацию. Это позволит сохранить плодородие почвы, а при повторяющейся запашке на зеленое удобрение люпина не реже чем один раз в пять лет – способствует росту плодородия и повышению урожаев с.-х. культур.
2. Возделывание люпина на зеленое удобрение – это малозатратный, энерго- и ресурсосберегающий прием, с помощью которого коэффициент полезного использования энергии и фотосинтетически активной радиации возрастает в 1,5 раза. Научно обоснованная доля люпина в общей структуре севооборота должна составлять от 25 до 40%.
3. После люпина на сидерат, с целью получения наибольшей отдачи от предшественника, на суглинистых почвах необходимо высевать озимую пшеницу. Это дает возможность, при урожайности в интервале 4-5 т/га и хорошем качестве зерна, снизить дозу азота в подкормку до 50 кг/га д.в.
4. Узколистный люпин для получения семян рекомендуется высевать после удобренных яровой пшеницы или ячменя; непосредственно под люпин удобрения, в первую очередь азотные, вносить не следует. Люпин на семена является хорошим предшественником для яровой пшеницы.
5. В севооборотах зернового направления, где в почву поступают лишь стерневые остатки полевых культур, для компенсации баланса гумуса следует запахивать измельченную солому в одном-двух полях.
СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Мирошин, В.М. Интенсивная технология возделывания озимой ржи /В.М. Мирошин, Л.Л. Яговенко, Л.П. Яговенко, Г.Л. Яговенко// Докл. областной науч.-практ. конф. – Брянск, 1988. – С. 44-45.
2. Божок, Г.В. Особенности фотосинтетической активности сортов люпина узколистного, различающихся по продуктивности / Г.В. Божок, Г.Л. Яговенко, А.Н. Палилова// Весцi АН БССР. Сер. Биол. навук. – 1989. - №6. – С. 29-33.
3. Яговенко, Г.Л. Фотохимическая активность хлоропластов на разных стадиях онтогенеза у люпина узколистного / Г.Л. Яговенко// Докл. науч. конф.:Изучение, охрана и рацион. использ. природных ресурсов. – Уфа. - 1989. – С. 66.
4. Яговенко, Г.Л. Особенности фотосинтетического аппарата растений люпина в связи с продуктивностью / Г.Л. Яговенко // Всесоюз. науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов с.-х.: Методы интенсификации селекционного процесса. – Одесса, - 1990. – С. 53.
5. Яговенко, Г.Л. Особенности фотосинтетической активности хлоропластов сортов желтого люпина, различающихся по продуктивности / Г.Л. Яговенко // Докл. конф. молодых ученых: Биохимия и биофизика клеточных процессов. – Минск.- 1990. – С. 39.
6. Яговенко, Г.Л. О связи между продуктивностью и фотосинтетической системой у люпина / Г.Л. Яговенко // Докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов с.-х. – Одесса. - 1991. – С. 61.
7. Яговенко, ГЛ. Генетические основы фотосинтетической активности сортообразцов люпина и ее доля в продуктивности: Автореф. дисс… канд. биолог. наук. – Минск. - 1991. – 19с.
8. Савченко, А.П. Фотосинтез и продуктивность узколистного люпина /А.П. Савченко, А.Н. Палилова, Г.Л. Яговенко // Докл. науч.-практ. конф.: Ученые Нечерноземья – развитию сельского хозяйства зоны. - М., 1991. – С. 183-189.
9. Такунов, И.П. Значение экологической устойчивости севооборотов с люпином в повышении урожая и сохранении плодородия почвы /И.П. Такунов, Л.Л. Яговенко, Г.Л. Яговенко// Доклады РАСХН. – 2000. - №5. – С.27-29.
10. Яговенко, Л.Л. Биологические и продукционные аспекты люпиновой сидерации /Л.Л. Яговенко, Г.Л. Яговенко// Кормопроизводство. – 2001. - №1 – С. 21-23.
11. Яговенко, Л.Л. Эффективность коротких севооборотов с люпином на семена /Л.Л. Яговенко, Г.Л. Яговенко // Докл. III-ей регион. практ. конф. – ярмарки: Новые идеи, технологии, проекты и инвестиции. - Брянск, - 2001. – Ч.1 – С. 89-90.
12. Такунов, И.П. Продуктивность сельскохозяйственных культур в коротких севооборотах с люпином /И.П. Такунов, Л.Л. Яговенко, Г.Л. Яговенко // Докл. межд. науч.-практ. конф.: Состояние и перспективы развития люпиносеяния в XXI веке. - Брянск, - 2001. – С. 131-134.
13. Такунов, И.П. Научно обосновать и разработать перспективные системы устойчивого производства люпина на кормовые, сидеральные и семенные цели. /И.П. Такунов, Л.Л. Яговенко, А.С. Кононов, Г.Л. Яговенко и др.// Программа и методика проведения науч. исслед. по полевому кормопр. – М.: РАСХН – ВНИИ кормов, 2000. – С. 89-101.
14. Такунов, И.П. Возможности люпиновых паров /И.П. Такунов, Л.Л. Яговенко, Г.Л. Яговенко: Использование органических удобрений и биоресурсов в современном земледелии. – Владимир: ВНИПТИОУ, 2002. – С. 267-272.
15. Яговенко, Л.Л. Влияние люпина на свойства почвы при его запашке на сидерацию (обзор) /Л.Л. Яговенко, И.П. Такунов, Г.Л. Яговенко// Агрохимия. – 2003. - №6. – С. 71-80.
16. Яговенко, Л.Л. Фитосанитарное состояние почвы в севооборотах с люпином /Л.Л. Яговенко, Г.Л. Яговенко // Докл. Межд. науч. конф.: Севооборот в современном земледелии. – М.: МСХА, 2004. – С. 192-196.
17. Яговенко, Г.Л. Люпин как сидеральная культура и его влияние на плодородие почв /Г.Л. Яговенко, Л.Л. Яговенко// Докл. Отраслевая межобл. науч.-практич. конф. – Курск, - 2004. – С. 3-5.
18. Яговенко, Л.Л. Эффективность смешанных посевов ячменя с люпином /Л.Л. Яговенко, Г.Л. Яговенко, Е.И. Исаева //Кормопроизводство. – 2005. №6. – С. 21-22.
19. Яговенко, Г.Л. Влияние степени насыщения севооборота люпином на семенную продуктивность и фитосанитарное состояние почвы /Г.Л. Яговенко, Л.Л. Яговенко // Докл. Междун. науч.-практ. конф.: Научное обеспечение люпиносеяния в России. - Брянск: ГНУ ВНИИ люпина, 2005. – С. 165-169.
20. Яговенко, Л.Л. Трансформация лабильной части органического вещества серой лесной почвы в севооборотах с люпином /Л.Л. Яговенко, Г.Л. Яговенко, Е.И. Исаева.- Брянск: ГНУ ВНИИ люпина, 2005 – С. 169-172.
21. Исаева, Е.И. Динамика структурных показателей урожая и симбиотического аппарата у люпина узколистного /Е.И. Исаева, Г.Л. Яговенко // Межд. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов, молодых ученых. – Брянск: БГСХА, 2005. – Вып.1 – С. 33-36.
22. Исаева, Е.И. Продуктивный потенциал люпина узколистного в условиях биологизации земледелия /Е.И. Исаева, Г.Л. Яговенко //Матер. науч.-практ. конф. молодых ученых: Молодые ученые – возрождению АПК. – Брянск. – 2006. – С. 160-162.
23. Яговенко, Г.Л. Изучить трансформацию органического вещества серой лесной почвы в севооборотах с разным уровнем насыщения люпином /Г.Л. Яговенко, Л.Л. Яговенко // Науч.-техн. бюлл. РАСХН – ВНИПТИОУ по заданию 0.7 – Владимир. - 2006.- Вып.4 (VII). – С. 13-16.
24. Яговенко, Л.Л. Гумусное состояние серых лесных почв в севооборотах с люпином /Л.Л. Яговенко, Г.Л. Яговенко// Плодородие. – 2007. - №5. – С. 17-18.
25. Яговенко, Л.Л. Изменение агрохимических свойств серой лесной почвы и продуктивность севооборотов при различном долевом участии люпина /Л.Л. Яговенко, Г.Л. Яговенко // Сб. науч. тр.: Двадцать лет ВНИИ люпина. – Брянск. - 2007 – С. 183-197.
26. Яговенко, Л.Л. Эффективность расчетных доз минеральных удобрений в севооборотах с люпином /Л.Л. Яговенко, Г.Л. Яговенко // Науч. тр. БГСХА: Программирование урожаев и биологизация земледелия. – Брянск. - 2007. – Вып. 3.Ч.1. – С. 191-198.
27. Яговенко, Г.Л. Продуктивность люпина в зависимости от срока его возврата в севообороте /Г.Л. Яговенко, Л.Л. Яговенко, Е.И. Исаева //Земледелие. – 2008. - №2. – С. 33-34.
28. Яговенко, Г.Л. Оценка люпина как предшественника яровых колосовых культур /Г.Л. Яговенко, Л.Л. Яговенко //Земледелие. – 2008. - №7. – С. 32-33.
29. Яговенко, Л. Л. Влияние севооборота, фона удобрения и способа использования люпина на калийный режим серой лесной почвы /Л.Л. Яговенко, Г.Л. Яговенко // Матер. 5-го съезда Всеросс. об-ва почвоведов им. В.В. Докучаева. – Ростов на Дону: Ростиздат, 2008. – С. 213.
30. Артюхов, А.И. Продуктивность овса в зависимости от предшественника и удобрений /А.И. Артюхов, Г.Л. Яговенко //Кормопроизводство. – 2009. - №4. – С. 11-13.
31. Яговенко, Г.Л. Изменение гумусного состояния пахотного слоя серой лесной почвы при запашке люпина на удобрение / Г.Л. Яговенко // Матер. 6-ой Всероссийской школы. – Экология и почвы. – Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2009. – Т. VII. – С. 60.
32. Яговенко, Л.Л. Особенности трансформации соединений азота в севооборотах с люпином /Л.Л. Яговенко, Г.Л. Яговенко // Докл. Всеросс. науч.-практ. конф.: Ресурсосберегающие технологии использов. орган. удобр. в земледелии. - Владимир: ГНУ ВНИПТИОУ, 2009. – С. 94-100.
33. Яговенко, Л.Л. Калийный режим серой лесной почвы в севооборотах с люпином /Л.Л. Яговенко, Г.Л. Яговенко //Плодородие. – 2009. - №6. – С. 13-15.
34. Яговенко, Г.Л. Люпин в контексте биологического земледелия /Г.Л. Яговенко, Л.Л. Яговенко // Докл. межд. науч.-практ. конф.: Биологизация земледелия в НЗ России. – Брянск: БГСХА, 2010.- С.215-222.
35. Яговенко, Г.Л. Фосфатный режим серой лесной почвы в севооборотах с люпином /Г.Л. Яговенко// Агрохимический вестник. – 2010.- №3.- С. 9-11.
36. Яговенко, Г.Л. Люпин в земледелии юга Центрального региона России: влияние на агрохимические свойства серой лесной почвы и продуктивность севооборотов: монография/ Яговенко Г.Л., Белоус Н.М., Яговенко Л.Л. – Брянск: БГСХА, 2011. – 182 с.
