Влияние сидеральных бинарных смесей с участием подсолнечника на качество и плодородие типичных черноземов

Полный текст

Введение

Применение сидеральных удобрений может привести к существенному улучшению комплекса свойств почв, определяющих их плодородие и фитосанитарное состояние [1]. Удобрительная ценность сидератов определяется величиной их биомассы и содержанием в ней элементов питания растений [2]. Этим требованиям удовлетворяет использование в качестве сидеральной культуры подсолнечника, который может сформировать высокопродуктивную биомассу, содержащую в сбалансированных количествах большое количество элементов питания растений, что является фактором существенного повышения урожайности последующих культур [3]. Однако усилить эффект от сидерации можно, если в этих целях использовать не чистые посевы подсолнечника, а его экологически и аллелопатически совместимые смеси с другими культурами. Такие смеси могут значительно превосходить чистые посевы их компонентов по продуктивности и концентрировать в тканях больше элементов минерального питания растений в сбалансированных количествах [4, 5].

При использовании для сидерации смешанных агросообществ в сравнении с чистыми посевами их компонентов часто отмечали более значительное улучшение всего комплекса свойств почв, определяющих плодородие, а также фитосанитарного состояния культур, выращиваемых после заделки сидератов [6–8].

Встречаются сведения, что смешанные посевы по сравнению с чистыми обладают значительно более высоким потенциалом средообразования [9], что в основном связано со способностью смешанных агросообществ 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, что выражается в способности смешанных посевов эффективным образом влиять на среду произрастания, частично используя при этом механизмы воздействия на окружающую среду естественного растительного покрова, средообразующую роль которого широко использовал человек в многовековой практике залежных и переложных систем земледелия [9].

Использование сидеральных агросообществ может значительно улучшить состояние почв, подверженных деградации и агроистощению, в результате длительного и нерационального использования в земледелии [10, 11]. Выращивание таких агросообществ часто приводило к улучшению агрохимических свойств почв даже в тех случаях, когда надземную массу смешанных посевов не использовали как зеленое удобрение, а отчуждали с полей [12]. Естественно, что еще и использование урожая таких агросообществ на сидерацию являлось мощным фактором увеличения плодородия почв. При этом прежде всего увеличивалось содержание гумуса в почве [13], являющееся одним из важных показателей качества почв [14].

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

Методика исследования

В полевом опыте с сидератами, состоящими из чистых посевов гречихи сорта Деметра, гречихи сорта Крылатая, сои сорта Октябрьская, подсолнечника сорта Енисей и из бинарных смесей подсолнечника с остальными культурами, проводили учет продуктивности сидеральных агросообществ и урожайности последующих зерновых культур. Опыты проводили в трехкратной повторности на стационаре Петринского опорного пункта Почвенного института им. В.В. Докучаева (Курская обл.) в период с 2001 по 2005 гг. Почвы опытного участка были представлены тяжелосуглинистыми мощными типичными черноземами.

На учетной площади каждой делянки, составлявшей 280 м² (5.6 × 50), сплошным методом определяли величину продуктивности сидеральных культур, а также 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) [15].

Для оценки влияния фактора смешивания посевов на изменение исследованных показателей применяли специально разработанный для этой цели метод построения вариантов сравнения [16], в соответствие с которым по величинам исследованных показателей агросообществ 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_i × W_i/Sum(W_i), где Vs_i – вариант сравнения для i-той культуры, Р_i –величина исследованного показателя в чистых посевах i-той культуры, W_i – доля i-той 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 исследуемый показатель имел 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 величиной 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 рассмотренных критериев позволило с позиций 3-х различных подходов оценить степень различия между сравниваемыми величинами. Считали, что различия между последовательностями исследованного свойства существуют, если это подтверждали применением не менее чем 2-х критериев.

Результаты и их обсуждение

Приведены средние за годы проведения опытов величины продуктивности надземной фитомассы в чистых посевах сидератов и их бинарных смесях, величины урожайности зерновых культур и агрохимических свойств почв в пахотном и подпахотном горизонтах (табл. 1).

Таблица 1. Продуктивность сидератов, урожайность последующих зерновых культур и показатели агрохимических свойств почвы в пахотном и подпахотном горизонтах

* НСР₀₅ = 79 г сухого вещества/м².

** НСР₀₅ = 1.1 ц/га.

Примечание. Верхний индекс а – значимые различия при р = 0.95.

Наиболее высокие показатели продуктивности сидератов были получены в смешанных агросообществах, особенно в смесях подсолнечника с каждым из сортов гречихи, а также с соей и пайзой. Из чистых посевов сидератов максимальной продуктивностью отличался вариант с подсолнечником, но величина продуктивности в этом варианте была меньше соответствующего показателя любого из рассматриваемых агросообществ.

В вариантах опыта со смешанными агросообществами, как наиболее продуктивными, была получена самая высокие урожайность зерновых культур. Максимальная урожайность, полученная после запашки сидериатов на делянках с чистыми посевами, была достигнута в варианте с гречихой сорта Крылатая. Однако отличия величины этой урожайности от соответствующей в вариантах с чистыми, так и от смешанных посевов сидератов, были несущественными.

За пятилетний период проведения опытов в пахотном горизонте чернозема под всеми вариантами опыта произошло статистически значимое увеличение содержания гумуса. В вариантах с чистыми посевами количество гумуса возросло на 0.26–0.47%, смешанных агроценозов – на 0.62–0.73%.

В подпахотном горизонте за время проведения опыта содержание гумуса возросло также во всех вариантах. Однако статистическая значимость этого факта было подтверждена только в 6-ти вариантах из 9-ти. При этом общий эффект увеличения содержания гумуса в подпахотном горизонте был достоверным во всех вариантах со смешанными агроценозами и в 2-х вариантах с чистыми посевами (гречиха сорта Крылатая, гречиха сорта Деметра). Содержание гумуса в вариантах с гречихой сорта Крылатая и гречихой сорта Деметра соответственно возросло на 0.15 и 0.22%. Наиболее высокими и достаточно близкими показателями увеличения содержания гумуса характеризовались варианты со всеми агросообществами, количество гумуса в почвах этих вариантов увеличилось на 0.32–0.39%.

Таким образом, влияние фактора смешивания приводило к существенному увеличению содержания гумуса в пахотном и подпахотном горизонтах, что являлось фактором улучшения качества исследованных почв.

За период исследования в пахотном горизонте почв во всех вариантах опыта было отмечено возрастание количества подвижного фосфора. При этом статистически достоверное возрастание количества этого элемента отмечено только в вариантах со смешанными агросообществами (на 2.0–2.4 мг/100 г почвы), тогда как в почве во всех вариантах чистых посевов сидератов увеличение содержания подвижного фосфора не было значимым.

В подпахотном горизонте во всех вариантах существенных изменений содержания подвижного фосфора за период проведения исследования отмечено не было. При этом наблюдали недостоверную тенденцию к увеличению содержания этого элемента в слое 25–40 см во всех вариантах за исключением чистых посевов гречихи сорта Деметра, содержание подвижного фосфора под которыми не претерпело никаких изменений. В подпахотном горизонте под остальными чистыми посевами содержание подвижного фосфора возрастало на 0.2– 0.6 мг/100 г почвы, под агросообществами – на 1.5–1.8 мг/100 г почвы.

Содержание обменного калия в пахотном горизонте во всех без исключения вариантах за рассмотренный период изменялось незначимо. Несущественное увеличение количества этого элемента в слое 0–25 см отмечено под чистыми посевами гречихи сорта Деметра и под агроценозами подсолнечник + пайза и подсолнечник + гречиха сорта Деметра, а под остальными агроценозами уровень содержания обменного калия незначимо уменьшался.

Содержание обменного калия в подпахотном горизонте за период исследования значимо увеличилось в вариантах подсолнечник + пайза, подсолнечник + гречиха сорта Крылатая и подсолнечник + гречиха сорта Деметра соответственно на 2.1, 2.1 и 2.0 мг/100 г почвы. В вариантах с чистыми посевами содержание обменного калия изменялось несущественно и разнонаправленно. Например, в слое почвы 25–40 см в вариантах с чистыми посевами сои и подсолнечника содержание обменного калия соответственно снизилось на 2.2 и 0.5 мг/100 г почвы, в остальных вариантах с чистыми посевами количество обменного калия увеличивалось на 0.1–1.1 мг/100 г почвы. Несущественно изменялось количество обменного калия в подпахотном горизонте лишь под одним из 4-х агросообществ: под агроценозом подсолнечник + соя оно возрастало на 0.7 мг/100 г почвы.

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 были 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, незначительно уменьшалась в сортосмеси гречихи. Примерно такие же тенденции прослежены при действии фактора смешивания на урожайность зерновых культур.

Таблица 2. Величина агроценотического эффекта для вариантов с сидеральными агросообествами и посеянных в этих вариантах зерновых культур

Примечание. Ра, Рвс, АЭ, Уа и Увс – соответственно продуктивность сидеральных агросообществ, продуктивность вариантов сравнения, агроценотический эффект, урожайность зерновых в вариантах, ранее занятых сидеральными агросообществами, урожайность зерновых в вариантах сравнения.

Аналогичным образом были рассчитаны агроценотические эффекты для исследованных агрохимических свойств почвы (табл. 3).

Таблица 3. Влияние фактора смешивания на агрохимические свойства пахотного и подпахотного горизонтов почв

* Отмечены значимые на 5%-ном уровне изменения исследованных показателей.

Влияние агроценотического эффекта привело к значимому увеличению содержания гумуса (на 0.14–0.23%) в пахотном горизонте под всеми агросообществами. Особенно заметным это было в пахотном горизонте под агроценозами соя + подсолнечник и подсолнечник + гречиха сорта Крылатая. Содержание органического вещества в слое 0–25 см под этими агросообществами в результате влияния агроценотического эффекта увеличилось на 0.23%. Для указанных агросообществ вклад агроценотического эффекта в общее увеличение содержания гумуса в пахотном горизонте в изученных агросообществах составил 22–37%.

Воздействие фактора смешивания также привело к значимому увеличению содержания гумуса в подпахотном горизонте под всеми агросообществами, количество органического вещества под которыми возросло на 0.19–0.32%. Вклад фактора смешивания в общее увеличение содержания гумуса в подпахотном горизонте под изученными агросообществами составил 54–91%.

Таким образом, под влиянием агроценотического эффекта в пахотном горизонте и в слое 25– 40 см под всеми без исключения агросообществами произошло значимое повышение содержания гумуса соответственно на 0.14–0.23 и 0.19– 0.32%. Согласно балансовым расчетам [17], для повышения на указанную величину содержания органического вещества в пахотном горизонте тяжелосуглинистых черноземов необходимо внести подстилочного навоза 15.4–25.3 т/га. Увеличение содержания органического вещества в слое почвы 25–40 см на 0.19–0.32% могло произойти при поступлении в подпахотный горизонт количества органики, эквивалентного дозе подстилочного навоза 13.6–23.0 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 всеми смешанными посевами. Такую же закономерность наблюдали и в подпахотном горизонте, в котором агроценотический эффект привел к существенному возрастанию содержания подвижного фосфора под всеми смешанными агроценозами на 0.7–1.1 мг/100 г почвы.

Вклад агроценотического эффекта в увеличение содержания подвижного фосфора в пахотном горизонте под агросообществами составлял 35–67%. В слое почвы 25–40 см под указанными агроценозами вклад фактора смешивания в увеличение содержания подвижного фосфора определялся величинами 47–69%. Однако при этом общий эффект от сидерации оказался незначимым.

Согласно зонально-провинциальным нормативам [18], эффект значимого увеличения содержания подвижного фосфора в пахотном слое на 0.7– 1.6 мг/100 г почвы под воздействием фактора смешивания, отмеченный в пахотном горизонте под смешанными агросообществами, был эквивалентным внесению в запас 88–200 кг Р₂О₅/га. Для увеличения содержания подвижного фосфора на 0.7–1.1 мг/100 г почвы под сидеральными смесями в подпахотном горизонте мощных тяжелосуглинистых типичных черноземах потребовалось бы внести 88–138 кг Р₂О₅/га.

Влияние агроценотического эффекта приводило к значимому увеличению содержания обменного калия в слое почвы 0–25 см под всеми сидеральными смесями на 1.0–2.4 мг/100 г почвы.

Общий эффект увеличения содержания обменного калия под всеми смешанными агросообществами в пахотном горизонте (под воздействием всей совокупности факторов, включая фактор смешивания) был незначимым и характеризовался невысокими положительными и даже отрицательными показателями. Это означало, что при исключении фактора смешивания результирующая остальных факторов, влиявших 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 под всеми агросообществами. Вклад фактора смешивания в общее увеличение содержания обменного калия в подпахотном горизонте под агросообществами подсолнечник + пайза, подсолнечник + гречиха сорта Крылатая и подсолнечник + гречиха сорта Деметра (агросообщества, под которыми в слое почвы 25–40 см отмечено достоверное увеличение содержания обменного калия под влиянием общего эффекта) составил 90.5, 85.7 и 85.0%. 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 была отрицательной.

Воздействие агроценотического эффекта привело к достоверному увеличению количества обменного калия в пахотном горизонте после сидерации смешанными агросообществами на 1.0– 2.4 мг/100 г почвы. В подпахотном слое под всеми смешанными агроценозами содержание обменного калия в результате влияния этого эффекта возросло на 1.7–2.0 мг/100 г. Согласно зонально-провинциальным нормативам [18], для достижения этого эффекта было необходимо, чтобы в пахотный горизонт поступило 300–720 кг K₂О/га, в подпахотный – 510–600 кг K₂О/га.

Для оценки связи между продуктивностью сидератов, урожайностью зерновых культур и изменением агрохимических свойств почв были рассчитаны коэффициенты корреляции (табл. 4).

Таблица 4. Коэффициенты корреляции между продуктивностью сидератов, урожайностью зерновых культур и агрохимическими свойствами почв (R_крит = 0.67)

Продуктивность сидератов в опыте была достоверно связана с урожайностью последующих зерновых культур и изменением всех исследованных свойств почв в обоих горизонтах. Урожайность зерновых культур значимо зависела от изменения содержания гумуса и подвижного фосфора в пахотном и подпахотном горизонтах, тогда как величины коэффициентов корреляции между урожайностью зерновых культур содержанием обменного калия в обоих горизонтах были недостоверными.

Судя по величинам коэффициентов корреляции, связь между продуктивностью сидератов и агрохимическими свойствами была более выраженной по сравнению с зависимостью от последних урожайности зерновых культур. Это представляется вполне логичным. Сидераты являлись удобрением, и чем большее их количество запахивали в почву, тем более увеличивалось в ней содержание питательных веществ. Зерновые высевали на 2-й год, и они поглощали питательные вещества не пропорционально их содержанию в почве, а в соответствии с потребностью растений в элементах питания, поэтому достоверные корреляционные связи между урожайностью и содержанием какого-либо элемента питания в почве могли появиться лишь тогда, когда этот элемент лимитировал величину урожая. Как следует из табл. 4, урожайность зерновых культур в рассмотренном опыте лимитировалась содержанием подвижного фосфора в пахотном и подпахотном горизонтах. Достоверные связи между урожайностью зерновых культур и содержанием гумуса в обоих горизонтах, по-видимому, отражали дефицит азота, значительную часть потребности в котором (примерно половину) растения восполняют за счет азота почвы, образовавшегося при минерализации гумуса [19]. Поскольку корреляционная зависимость между урожайностью зерновых культур и содержанием обменного калия как в пахотном, так и подпахотном горизонтах не была достоверной, этот элемент питания в данном опыте был менее дефицитным по сравнению с подвижным фосфором и азотом.

Выводы

Таким образом, показано, что использование для сидерации смешанных агросообществ может быть источником воспроизводства потенциального и эффективного плодородия черноземов в ЦЧЗ.

Уровень воспроизводства плодородия при сидерации почв зависит от состава используемых для этой цели агросообществ, что определяется 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 бинарных смесях подсолнечника с соей, пайзой, гречихой сорта Крылатая и гречихой сорта Деметра приводило к значимому увеличению содержания гумуса, подвижного фосфора и обменного калия в пахотном и подпахотном горизонтах черноземов под этими агросообществами.

Установлено, что влияние агроценотического эффекта привело к значимому увеличению содержания гумуса в пахотном и подпахотном горизонтах под всеми агросообществами соответственно на 0.14–0.23 и 0.19–0.32%, что приводило к существенному улучшению качества исследованных черноземов. Для повышения на указанную величину содержания органического вещества в пахотный горизонт тяжелосуглинистых черноземов необходимо внести подстилочного навоза 15.4–25.3 т/га, в подпахотный – 13.6–23.0 т/га.

Под влиянием фактора смешивания существенно возросло содержание подвижного фосфора в слоях 0–25 и 25–40 см почвы под всеми агросообществами соответственно на 0.7–1.6 и 0.7–1.1 мг/100 г почвы. Для достижения такого эффекта в пахотный горизонт необходимо было бы внести 88–200 кг Р₂О₅/га, в подпахотный – 88–138 кг Р₂О₅/га.

Увеличению содержания обменного калия под сидеральными смесями в слое 0–25 см почвы на 1.0–2.4 и в слое 40–50 см на 1.7–2.0 мг/100 г почвы соответствовали бы нормы внесения 300– 720 и 510–600 кг K₂О/га.

Между продуктивностью сидератов, урожайностью зерновых культур и изменением содержания гумуса, подвижного фосфора в почве как пахотного, так и подпахотного горизонтов были установлены связи, достоверные на 5%-ном уровне значимости.

Показано, что урожайность зерновых культур в рассмотренном опыте лимитировалась содержанием подвижного фосфора в пахотном и подпахотном горизонтах почвы. Достоверные связи между урожайностью зерновых культур и содержанием гумуса в обоих горизонтах по всей видимости свидетельствовали о дефиците азота. Недостоверные корреляционные зависимости между урожайностью зерновых культур и содержанием обменного калия в обоих горизонтах указывали на менее выраженный дефицит этого элемента по сравнению с подвижным фосфором и азотом.

Об авторах

А. М. Гребенников

Автор, ответственный за переписку.
Email: gream1956@gmail.com
Россия, 119017 Москва, Пыжевский пер., 7, стр. 2

Список литературы

Дополнительные файлы