CC BY
166
Лапина Е.А., Шепелева Л.Ф.
Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа - Югры
E-mail: Lapinaea_vizit@mail.ru
ЭКОЛОГО-БИОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ КОЗЛЯТНИКА ВОСТОЧНОГО (GALEGA ORIENTALIS LAM.) ПЕРВОГО ГОДА ИНТРОДУКЦИИ В УСЛОВИЯХ СРЕДНЕЙ ТАЙГИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Выявлены особенности роста и развития козлятника восточного в первый год интродукции в условиях средней тайги Западной Сибири. Показано, что применение биологического препарата Байкал-ЭМ1 при инокуляции семян способствует лучшему росту и развитию растений. Выявлена тенденция уменьшения кислотности песчаных подзолистых почв при посеве семян под покров гороха.
Ключевые слова: козлятник восточный, интродукция, инокуляция, Байкал-ЭМ1, песчаные подзолистые почвы, средняя тайга Западной Сибири.
Необходимость введения в культуру отдельных регионов растений, обладающих ценными биологическими свойствами, связана и с их высокой продуктивностью и с особыми экологическими функциями, заключающимися в восстановлении плодородия нарушенных почв. Одной из перспективных культур для интродукции является галега восточная (козлятник восточный) (Galega orientalis Lam.).
Галега восточная - это многолетнее травянистое растение из семейства Fabaceae, эндемик Кавказа. Первые упоминания об этой культуре встречаются уже в 1868 г. [1]. В начале 20-х гг. прошлого века впервые были проведены испытания козлятника как кормовой культуры на опорном пункте Всесоюзного института растениеводства (ВИР) в Москве. Хотя растение интродуцировано в культуру недавно, оно получило достаточно широкое внедрение в сельскохозяйственное производство. Это объясняется тем, что галега выделяется рядом ценных хозяйственных и эколого-биологических особенностей среди других традиционно возделываемых культур. Исследователи данной культур отмечают высокую пластичность галеги, которая может произрастать во всех сельскохозяйственных регионах страны, т. к. обладает высокой адаптивной способностью к разнообразным природным условиям, при этом она отличается высокой зимостойкостью - переносит бесснежные зимы с температурой до -400С, холодостойкостью (заморозки до -5...-80С) [2]. Причем растение отличается продуктивным долголетием до 15-20 лет [3]. Растения хорошо выдерживают 12-18 дневное весеннее затопление, что дает возможность выращивания и на пойменных
участках и на осушенных торфяниках. Козлятник дает стабильные урожаи зеленой массы даже на песчаных дерново-подзолистых и серых лесных почвах с содержанием гумуса 2% и кислой реакцией почвенного раствора (рН=5 и ниже) [4]. Развитие корневищной корневой системы [3] позволяет растению самовозобновляться вегетативным путем. Козлятник также улучшает структуру почвы благодаря мощной корневой системе и обилию на ней клубеньков. Галега восточная положительно влияет на основные элементы почвенного плодородия. Она обогащает почву органическим веществом, азотом, улучшает ее агрофизические свойства, создает положительный баланс гумуса и азота. Восстанавливает структуру почвы, повышает ее плодородие: на четвертый год жизни количество гумуса в почве увеличивается на 2,8%, оставляя в почве до 20 т/га корневых остатков, в которых содержится свыше 400 кг азота, 110 кг фосфора и около 170 кг калия [5].
Многолетние опыты ряда научных учреждений страны позволили установить, что галега восточная может успешно возделываться в Центрально-Черноземной зоне, Среднем Поволжье, на Урале, Сахалине, Камчатке, в Сибири и других регионах страны.
Козлятник становится приоритетной кормовой культурой в различных почвенноклиматических зонах РФ. Для севера Западной Сибири были предприняты отдельные попытки интродукции галеги восточной [6]. Особую актуальность в этой связи имеют исследования закономерностей развития этой культуры, изменения её биоморфологических признаков под влиянием особенностей при-
родной среды и изучение приемов формирования фитоценозов.
Основной целью работы послужило изучение общих эколого-биоморфологических особенностей галеги восточной, определение возможностей и приемов возделывания и оценка результатов интродукции в условиях средней тайги Западной Сибири.
Методика исследований
Объектом исследования послужила галега восточная (козлятник восточный) 1 года жизни, сорт Гале.
Опытный участок был заложен в соответствии с методикой полевого опыта [7], в 2013 году в районе поселка Барсово (в 21 км к югу от г. Сургута)
Площадь учетной делянки составляла 0,25 м2. Общая учетная площадь для каждого варианта 1 м2. Почва песчаная, подзолистая с хорошо выраженным элювиальным горизонтом (5-33 см), с крайне низким содержанием азота (менее
0,1%) и низким содержанием гумуса (до 2,15%). Сумма обменных оснований менее 1 мг-экв/100 г. Почвенно-грунтовые воды пресные, с минерализацией 0,2-4 мг/л, содержание железа в воде составляет 0,5-2,4 мг/л.
Опыт заложен в 4-х-кратной повторности и включает следующие варианты: 1) посев не-инокулированных семян (контроль); 2) посев инокулированных семен; 3) посев неинокули-рованных семян галеги под покров гороха.
Для инокуляции семян использовали биоудобрение Байкал-ЭМ1, содержащее десятки видов полезных природных микроорганизмов. Основные из них - молочнокислые, азотофиксирующие, фотосинтезирующие бактерии, разнообразные дрожжи. Инокуляцию семян про-
водили перед посевом, согласно рекомендации по применению препарата. Скарифицировали и высевали семена вручную. Глубина заделки семян 1,5-2 см.
Отклонение среднемесячной температуры воздуха от нормы, по данным метеостанции г. Сургута, в июне составило -1,70°С (табл. 1). В начале месяца (1 июня) были отмечены минимальные температуры до -0,90°С. Посев семян произведен 19 июня. К моменту закладки опыта воздух прогрелся до 17,60°С. К концу месяца наблюдалось понижение температуры воздуха до 9,10°С. В среднем июнь отличался резкими изменениями среднесуточных температур воздуха (от -0,90 до 27,10°С).
Июль характеризовался положительными температурами воздуха, однако также наблюдались резкие перепады температур от минимальной (6,90°С) в начале месяца (9 июля), до максимальной (32,10°С) в конце месяца (23 июля). Отклонение от нормы среднемесячных температур составило +2,80°С. В августе и в сентябре среднемесячные температуры воздуха существенно не отличались от нормы. С 26 сентября наблюдались заморозки с понижением температур ночью до -2,60°С. Днем температура воздуха повышалась до 7,10°С. С 1 по 5 октября температура днем держалась в пределах 3-7,30°С. В дальнейшем наблюдалось устойчивое понижение температуры до отрицательных значений (-13,70°С). Температура воздуха в дневное время в октябре не превышала 10°С.
Погодные условия в течение вегетации культуры в целом были характерными для данной территории, однако по влагообеспеченнос-ти, вегетационный сезон отмечен как засушливый. Только в августе, в фазу стеблевания галеги, зафиксировано высокое количество осадков.
Таблица 1. Основные показатели погодных условий вегетационного сезона (2013 год)
Месяц Среднемесячная температура воздуха, С° минимум, С° максимум, С° Среднемесячная сумма осадков, мм
норма (метеостанция Сургут) фактическая температура отклонение от нормы норма (метеостанция Сургут) фактическая сумма осадков
Июнь 14,4 12,7 -1,7 -°,9 27,1 57 43,2
Июль 18,2 21,° +2,8 6,9 32,1 76 68,51
Август 14,4 15,7 +1,3 4,8 25,9 69 75,33
Сентябрь 7,4 7,5 +°,1 -2,6 19,2 85 65,7°
Октябрь -°,2 -1,2 -°,1 -13,7 7,3 55 48,°5
По сравнению со среднемесячной нормой отклонение составило - 6,33 мм (табл. 1).
Фенологические наблюдения в период вегетации растений проводили по методике ВНИИК им. В.Р. Вильямса [8]. Фазы развития галеги контролировались на двух несмежных повторностях, затем выводили среднюю дату их наступления. Началом фазы развития считали наступление её у 10% растений на делянке; полная фаза - 75% растений.
Во всех вариантах опыта, перед уходом растений в зиму, проводили подсчет густоты стояния растений. Изучались основные биометрические характеристики козлятника: линейный рост и массу стебля измеряли в конце вегетации сразу после отбора проб; линейный рост и массу корневых остатков определяли после промывки корней водой. Кислотность почвы определяли перед закладкой опыта и в конце вегетации растений. Статистическую обработку полученных данных проводили в программе «Matrix».
Результаты и их обсуждение
У многолетних растений семейства бобовых в первый год жизни отмечаются следующие фазы развития: прорастание семян, всходы, появление первой пары листьев, кущение, стеблевание и, очень редко, бутонизация и цветение [5]. В первый год жизни галега проходит виргинильный период развития и образует стержневую корневую систему, проникающую в почву на 30-45 см и формирует 3-4 зимующие почки [3]. Возобновление растений происходит за счет зимующих почек и корневых отпрысков, для образования которых в условиях Коми требуется не менее 99-100 суток активного роста [5], в Томской области не менее 85-90 дней [9].
В начальный период растения развиваются очень медленно. В год посева в фазу бутонизации и цветения вступают только единичные растения [5]. К концу вегетации большинство рас-
тений образует один основной вегетационный побег высотой 44-67 см с 8-10 боковыми побегами [3], [5], [9]. Стебель куста прямостоячий, полый, с неглубокими бороздками. Листья непарноперистосложные и имеют 2 пары листочков.
В год посева формируется только один стебель. В наших условиях в фазу всходов растения разных вариантов опыта, вступили в разные сроки (табл. 2). При посеве семян галеги под покров гороха появление первых всходов наблюдалось на три дня раньше (27 июня), чем в контроле (30 июня). Всходы инокули-рованных семян козлятника запоздали на один день (1 июля) по сравнению с контролем. В фазу узла кущения контрольные растения и всходы из высеянных под покров гороха семян, вступили одновременно - через одиннадцать дней. Следует отметить, что инокуляция семян Байкалом-ЭМ1 ускорила наступление фазы кущения у растений галеги на одни сутки (9 июля).
Фаза стеблевания у контрольных растений наступила через 9 дней после наступления фазы кущения (20 июля). Время перехода от фазы кущения к фазе стеблевания при посеве семян под покров гороха составило 11 дней, но последняя наступила раньше по дате (19 июля) Растения инокулированных семян вступили в данную фазу на 1 сутки (17 июля) раньше по сравнению с контролем (8 дней).
Необходимо отметить, что инокуляция семян биологическим препаратом Байкал-ЭМ1 оказала положительное влияние на рост и развитие культуры. Фазы от посева до стеблевания растения прошли за двадцать восемь дней, что на три дня быстрее, чем в контрольном варианте (31 день). Посев семян галеги под покров гороха ускорил прорастание семян, однако в целом растения отставали в росте и развитии от остальных вариантов на четверо суток. Возможно, что это связано с угнетением козлятника растениями гороха [9].
Таблица 2. Фазы роста и развития галеги восточной 1 года жизни (2013 год)
№ п/п Вариант опыта Фенологическая фаза
посев всходы появление узла кущения стеблевание
1 Контроль 19.06.13 30.06.13 (11 дней) 11.07.13 (11 дней) 20.07 (9 дней)
2 Инокуляция семян 19.06.13 1.07.13 (12 дней) 9.07.13 (9 дней) 17.07 (8 дней)
3 Посев семян под покров гороха 19.06.13 27.06.13 (8дней) 8.07.13 (11 дней) 19.07 (11 дней)
Рубина Р. А. и другие соавторы [5] отмечают, что в средней тайге Европейской территории РФ всходы галеги появляются на 13-14 день после посева [5], в Томской области - на 7-15 день [9]. Затем начинается рост стебля. По данным Т. М. Кудрявцевой [10], в условиях Иркутской области галега первый год жизни заканчивает фазой кущения и не успевает вступить в фазу стеблевания. После прорастания семян на 45-50 день наступает фаза ветвления с образованием клубеньковых бактерий на корнях растений. Через 60-65 дней после появления всходов от корневой шейки происходит развитие побегов 2-го порядка [9].
В нашем опыте всходы появились через 10-11 дней после посева, стеблевание наступило на16-18 день от фазы кущения. Однако в условиях средней тайги Западной Сибири галега восточная не вступила в фазы ветвления, бутонизации и цветения, в отличие от опубликованных данных. По-видимому, это связано с поздними сроками схода снега, прогрева почвы и высева семян. Вероятно поэтому, и общая продолжительность фенологических фаз затянулась (см. табл. 2).
Кроме отмеченных особенностей, фазы развития растений характеризуются биометрическими показателями. Высота - один из наиболее существенных признаков развития растений. С линейным ростом растения связаны все важнейшие процессы и, в конечном итоге, его продуктивность.
К концу вегетации высота побегов козлятника по вариантам опыта составила от 13 до 18 см (табл. 3). Более раннее наступление фазы стеблевания при инокуляции семян галеги привело к увеличению высоты стебля на 4 см по сравнению с контролем (17,51 и 13,52 см, соответственно) и к образованию большего количества листьев на стебле (25 и 20,87 шт., соответственно). Однако высота надземной части растений в третьем варианте (посев под покров гороха) и контроле существенно не отличались, хотя наступление фазы стеблевания в этом варианте опыта произошло на 2 дня позднее. По-видимому, в этом случае происходило угнетение козлятника побегами гороха, что приводило к уменьшению линейных размеров растений по сравнению с контролем на 0,21 см. Соответственно, среднее количество листьев с одного растения в 3 варианте (12,12 шт.) оказалось меньше на 8,75 шт. по сравнению с контролем. Значительные отличия по высоте побегов у ра-
стений, выращенных на других территориях [3], [5], [9], от полученных нами данных (см. табл. 2), по-видимому, связаны с почвенно-климатическими особенностями региона.
Инокуляция семян Байкалом-ЭМ1 привела к увеличению количества (25 шт.) образовавшихся листьев на 4,13 шт. в сравнении с контрольным вариантом. На растениях в 3 варианте опыта образовалось в среднем на 8,75 шт. листьев меньше (12,12 шт.) по сравнению с контролем (20,87 шт.). По таким биометрическим показателям листовой поверхности как ширина и длина листа в 2-х вариантах опыта (инокуляция семян и посев под покров гороха) существенных различий не было. Однако по сравнению с контролем, листья в этих вариантах оказались на 16,5-19,7% шире и на 8-13% длиннее (табл. 3).
Таким образом, растения гороха угнетали рост и образование листьев козлятника. В то же время по биометрическим показателям листья оказались крупнее, чем листья в остальных вариантах опыта. Вероятно, это связано с меньшим количеством образовавшихся листьев на растении. Листья галеги на контрольном варианте по биометрическим показателям уступают другим вариантам опыта, но это, по-видимому, связано с большей густотой стояния растений (215 шт./м2) и меньшей площадью питания растений. Обработка Байкалом-ЭМ1 отрицательно повлияла на прорастание семян галеги (151 шт./м2) по сравнению с контролем. На контрольном варианте проросло на 64 растения больше. За счет меньшей густоты стояния и лучшего питания растения 2 варианта оказались более высокорослыми, что позволило образоваться большему количеству листьев.
Известно, что в год посева галега восточная развивается медленно, так как идет интенсивное формирование корневой системы. Развитая корневая система растений обусловливает хорошую зимостойкость козлятника и длительное хозяйственное использование. Средняя длина корня составляла 19-19,3 см. При инокуляции семян корневая система образовалась более мощная - 20,8 см. Однако в среднем, в размерах корневой системы существенных различий, по вариантам опыта не наблюдалось (а>0,05). Вероятно, это связано с густотой стояния и площадью питания растений. В условиях средней тайги Европейской территории РФ
корневая система в первый год жизни проникает в почву на глубину 30-45 см. Возможно, такая разница в показателях связана с особенностями гидротермического подзолообразования в условиях тайги Западной Сибири.
Динамика рН водной суспензии почв по всем вариантам опыта свидетельствует о значимом увеличении актуальной кислотности от весны к осени (табл. 4).
Посев семян галеги под покров гороха положительно сказался на изменении актуальной и обменной кислотности почвы (статистически достоверно больше (а < 0,05)).
Выводы
1. Галега восточная хорошо адаптируется к природным условиям средней тайги Западной Сибири.
Таблица 3. Биометрические показатели вегетативных органов растений галеги восточной 1 года жизни
Показатели растений Значения Контроль Инокуляция семян Байкалом - ЭМ1 Посев семян под покров гороха
средняя длина одного стебля см, М±т 13,52 ± 1,46 17,51 ± 1,89* 13,31 ± 1,26*
относительно контроля, % 1°° 13° 98,4
средняя длина одного корня см, М±т 19,°7 ± °,87 20,79 ± 1,26* 19,31 ± 1,21*
относительно контроля, % 1°° 1°9 101,3
средняя длина одного растения см, М±т 32,6° ± 1,75 38,3° ± 2,65* 32,62 ± 2,°2*
относительно контроля, % 1°° 117,5 1°°
густота стояния шт./м2 215 151 163
количество листьев одного растения шт., М±т 2°,87 ± 3,18 25,°° ± 3,53* 12,12 ± 1,32*
относительно контроля, % 1°° 119,78 58,°°
средняя ширина одного листа см, М±т 1,27 ± °,°3 1,48 ± °,°3* 1,52 ± °,°3*
относительно контроля, % 1°° 116,54 119,68
средняя длина одного листа см, М±т 2,°4 ± °,°4 2,18 ± °,°4* 2,31 ± °,°5*
относительно контроля, % 1°° 1°8,5 113,24
*Р < 0,05 (*- значимость различий а < 0,05 между вариантами). Коэффициент надежности Р = 0,95.
Таблица 4. Изменение кислотности почвы за вегетационный период при возделывании галеги восточной 1 года
жизни
Вариант рН водной суспензии рН солевой суспензии
19.°6.2°13 26.°9.2°13 19.06.2013 26.°9.2°13
Контроль 6,91 4,69± 2,22 6,52 4,°2±2,5
Инокуляция семян 4,67±2,24 4,°4±2,48
Посев семян под покров гороха 5,18±1,73 4,35±2,17
5. Инокуляция семян Байкалом-ЭМ1 способствует лучшему росту и развитию растений: наблюдалось увеличение высоты стебля на 4 см и количества образовавшихся листьев - на 4,13 шт. на одном растении.
6. Обработка семян Байкалом-ЭМ1 оказывает положительное влияние на развитие корневой системы, что может благоприятно сказаться на зимо- и холодостойкости, лучшей возобновляемости растений после зимовки.
7. Отмечается тенденция уменьшения изменения кислотности почвы при посеве семян галеги под покров гороха в сравнении с другими вариантами, что может свидетельствовать о перспективах возделывания галеги на почвах нашего региона с целью улучшения нарушенных почв.
28.03.2014
Список литературы:
1. Харьков Г.Д. Введение в культуру козлятника восточного / Л.А Трузина // Кормопроизводство. - 1999. - №10. -С. 9-12.
2. Введение в культуру и сохранение на Севере коллекций полезных растений. Екатеринбур: УрО РАН, 2001.
3. Сагирова Р.А. Онтогенетический морфогенез галеги восточной (Galega orientalis Lam.) как перспективного кормового растения / Р.А. Сагирова // Сельскохозяйственная биология. - 2009. - №4. - С. 75-80.
4. Хуснидинов Ш.К. Сидерация в Иркутской области: учебное пособие / Ш.К Хуснидинов. - Иркутск, 1997. - 83 с.
5. Рубан Г.А. Козлятник восточный. Сорт Еля-Ты. Рекомендации производству (Коми НЦ УрО РАН) / Г.А Рубан., К.С. Зайнуллина. - Сыктывкар - 2001. - 20 с.
6. Алехина Л.В. Интродукция Galega orientalis (козлятник восточный) в газонные фитоценозы г. Сургут // Научные основы экологии, мелиорации и эстетики ландшафтов: Матер. кон. / Л.В. Алехина. Москва. - 2010. - С. 22-26.
7. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта / Б.А Доспехов. - Москва: Колос, 1973. - 335 с.
8. Методика полевого опыта с кормовыми культурами / ВНИИК им. В.Р. Вильямса / ред. коллегия: А.С. Митрофанов, Ю.Н. Новоселов, Г.Д. Харьков. - М., 1971. - 15 с.
9. Пузырева М.Л. Технология возделывания козлятника восточного на корм и семена в подтаежной зоне Томской области: методические рекомендации РАСХН. Сиб. Отд-ние. СибНИИСХиТ / М.Л. Пузырева. - Томск, 2006. - 28 с.
10. Кудрявцева Т. Г. Экологические и биологические особенности галеги (козлятника) восточной (Galega orientalis l.) в связи с ее интродукцией в Иркутской области: Автореф. дис. ... канд. биол. наук: 03.00.16. / Т. Г. Кудрявцева. - Иркутск, 2000. - 201 с.
Сведения об авторах:
Лапина Екатерина Алексеевна, старший лаборант кафедры ботаники и экологии растений Сургутского государственного университета, аспирант Шепелева Людмила Федоровна, заведующая кафедрой ботаники и экологии растений Сургутского государственного университета, доктор биологических наук, профессор 628400, г. Сургут, ул. Энергетиков, д. 22, Тюменская область, кафедра ботаники и экологии растений,
E-mail: Lapinaea_vizit@mail.ru
2. В год посева растения козлятника на исследуемой территории проходят фазы всходов, появления узла кущения и стеблевания, но последующие фазы развития не наступили.
3. Посев семян под покров гороха оказывает угнетающее действие на рост и развитие козлятника. Прохождение фенологических фаз затянулось на 4 суток, по сравнению с контролем. Произошло уменьшение линейных размеров стебля растений на 1,6%, количества листьев на 42%.
4. Линейные размеры вегетативных органов в конце вегетации в первый год жизни галеги существенно отличаются от литературных данных по другим регионам. В среднем наблюдается уменьшение высоты стеблей до 13-18 см и уменьшение размеров корней до 19,3-20,8 см.
