CC BY
52
«
N О N
Ш S
ç
ш
4
ш
5
ш M
цессов, обусловливающих сохранение почвенного плодородия, складываются в почве органоминеральных фонов при использовании навоза в дозах 60 и 80 т/га.
В отношении обеспечения бережного, экономного расходования запасов органических веществ почвы плоскорезная обработка более эффективна, чем отвальная.
Литература
1. Биологическая активность дерново-подзолистой почвы в длительном опыте с различными агротехническими приемами / Н.П. Ковалевская, Н.Е. Завьялова, Д.Ю. Шаравин и др. // Российская сельскохозяйственная наука. 2019. № 3. С. 38-41.
2. Скороходов В.Ю. Продуктивность полевых монокультур и возделываемых в севообороте в зависимости от содержания нитратного азота и биологической активности почвы на чернозёмах южных степных районов Южного Урала // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2021. № 1 (53). С. 60-67.
3. Влияние инокуляции семян ризоагрином на микрофлору ризосферы и урожайность озимой пшеницы в лесостепи Западной Сибири / О.Ф. Хамова, Е.В. Тукмачева, Н.Ф. Балабанова и др. // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). 2020. № 2 (55). С. 60-68.
4. Терещенко Н. Н., Бубина А. Б. Микробиологические критерии экологической устойчивости почвы и эффективности почвозащитных технологий // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2009. № 3 (7). С. 42-62.
5. Кольцова О. М. Биологическая диагностика состояния чернозема выщелоченного типичной лесостепи // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2012. № 1. С. 7-11.
6. Хазиев Ф. Х. Почва и экология // Вестник Академии наук РБ. 2017. Т. 24. № 3. С. 29-38.
7. Биологическая активность почвы в условиях изменения режима землепользования в Нечерноземной зоне России // Плодородие. 2022. № 3. С. 71-76.
8. Захарова О.А., Черкасов О.В., Евсен-кин К.Н. Микробиологическая индикация мелиорированных торфяных почв // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). 2022. № 1 (62). С. 23-30.
9. Оценка применимости показателей ферментативной активности в биодиагностике и мониторинге почв / Е. В. Даденко, Т. В. Денисова, К. Ш. Казеев и др. // Поволжский экологический журнал. 2013. № 4. С. 385-393.
10. Чендев Ю. Г., Хохлова О. С., Александровский А. Л. Агрогенная эволюция автоморфных черноземов лесостепи (Белгородская область) // Почвоведение. 2017. № 5. С. 515-531.
11. Звягинцев Д. П, Бабьева И. П., Зенова П М. Биология почв. М.: МГУ, 2005. 445 с.
12. Зинченко М. К., Стоянова Л. Г. Действие различных систем удобрения на интенсивность биологических процессов в серой лесной почве // Владимирский земледелец. № 2-3. 2014. С. 19-22.
13. Влияние систем удобрения на ферментативную активность дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы / В. В. Лапа, Н. А. Михайловская, М. М. Ломонос и др. // Почвоведение и агрохимия. 2012. №2 (49). С.187-200.
14. Зинченко М. К., Стоянова Л. Г. Реакция почвенной микрофлоры серой лесной почвы на длительное применение разных по уровню интенсификации систем удобрений // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 2. С. 21-24.
Biological diagnostics of the ecological state of grey forest soil under conditions of intense agrogenic load
M. K. Zinchenko, S. I. Zinchenko
Upper Volga Federal Agrarian Scientific Center, ul. Tsentral'naya, 3, pos. Novyi, Suzdal'skii r-n, Vladimirskaya obl., 601261, Russian Federation
Abstract. The research aimed to study the changes in the bological parameters of grey forest soils ofagricultural backgrounds under conditions of long-term agrotechnical impact. The work was carried out in the Vladimir region in 2012-2020. The experimental design of a stationary field experiment on the improvement of adaptive-landscape systems of agriculture involved the study of the following options: intensive mineral (IM) - N350P220K390; high-intensitymineral (HIM) - N480P280K575; intensive organomineral (IOM) - N310P150K310 + manure 60 t/ha; high-intensityorganomineral(HIOM) - N430P160K360 + manure 80 t/ha. The amount of mineral and organic fertilizers was given for the rotation of a 6-field crop rotation. The soil of the experimental plot was grey forest medium podzolzed medium loamy with a humus content of 3.9-4.2%. In the soil profile, the humus horizon exhibited the highest urease activity. On organomineral backgrounds, a significantly higher potential of urease activity remains, compared to mineral backgrounds. The average ureaseactivityagainstthese backgrounds was 0.22-0.30 mg N-NH4 for 1 g of soil for 4 hours (Shcherbakov's method). The activity of the enzyme in the soil of mineral backgrounds was at the level of 0.15-18 mg N-NH4 for 1 g of soil for 4 hours (HCP05=0.06). A close positive relationship was found between urease activity and the number of ammonifying bacteria - r=0.85. A statistically significant decrease in the number ofammonifiers was observed in the variants with a mineral fertilizer system (no more than 4 million CFU/1 g of soil). The mineralization coefficient on a high-intensity mineral background was 1.57. When using orga-nomineral fertilizers, the value of this indicator is close to unity, which indicates a lowintensityofmin-eralization processes in the soil. The coefficients of transformation of organic matter are higher on organomineral backgrounds, which characterises the greater intensity of the transformation of mortmass into organic components of humus compounds. This is also confirmed by the values of the coefficients of humus accumulation.
Keywords: enzymatic activity of urease; redox enzymes; grey forest soil; background of intensification; ammonifiers; coefficient of mineralization and transformation of organic matter; humus accumulation.
Author Details: M. K. Zinchenko, Cand. Sc. (Biol.), leading research fellow (e-mail: popel62@yndex.ru); S. I. Zinchenko, D. Sc. (Agr.), chief research fellow.
For citation: Zinchenko MK, Zinchenko SI [Biological diagnostics of the ecological state of grey forest soil under conditions of intense agro-genic load]. Zemledelie. 2023; (1):14-8. Russian. doi: 10.24412/0044-3913-2023-1-14-18.
doi: 10.24412/0044-3913-2023-1-18-22 УДК 633.37:631.847.1(571.1)
Азотфиксирующая способность и роль бобовых трав
в биологизации земледелия
A.Ф. СТЕПАНОВ1, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
С.П. ЧИБИС1, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент (e-mail: sp.chibis@omgau.org)
B.В. ХРИСТИЧ1, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
C.Н. АЛЕКСАНДРОВА1, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
С.Ю. ХРАМОВ2, научный сотрудник
Юмский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина, Институтская пл., 1, Омск, 644008, Российская Федерация 2Омский аграрный научный центр, просп. Королева, 26, Омск, 644012, Российская Федерация
Исследование проводили с целью определения азотфиксирующей способности однолетних и многолетних бобовых культур и использования ими биологического азота на формирование урожая в условиях южной лесостепной зоны Западной Сибири. Работу выполняли в 2012-2020 гг. на лугово-чернозёмной почве. Объектами исследований служили рекомендованные для региона сорта однолетних бобовых культур гороха посевного (контроль), нута кормового, вики яровой, сои и многолетних бобовых трав - люцерны синегибридной, донника белого и желтого, клевера лугового, гибридного и ползучего, эспарцета песчаного, козлятника восточного, а также местные отборные формы лядвенца рогатого, люпина многолетнего, астрагала галеговидного и нутового. Для расчета коэффициента азотфиксации бобовых культур (Казф) определяли количество фиксированного атмосферного азота методом сравнения с небобовыми культурами -овсом и кострецом. Среди однолетних зернобобовых культур наиболее эффективно биологический азот используют горох (108 кг/га) и нут (98 кг/га), Казф составил 0,58 и 0,55 соответственно. Азотфиксирующая
*Исследования выполнены в рамках научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) Минсель-хоз России по темам № ГР 01201256669; № ГРАААА-А16-116040610033-5.
способность вики яровой и сои ниже, чем у гороха посевного, на 48...55 кг/га азота,
K
- на 0,46. ..0,49. Из многолетних бобо-
вых трав активнее симбиотический азот используют люцерна, козлятник, эспарцет и астрагал. В годы максимальной продуктивности (второй-четвертый годы вегетации) люцерна и эспарцет фиксируют до 379 кг/га азота, козлятник и лядвенец - до 233, астрагалы - до 193, донник, люпин и клевер - до 162 кг/га азота воздуха, что в пересчете на 1 тсухого вещества составляет 19...25кг, К ф - 0,56...0,78. Наибольшую
' азф ' ' '
корневую массу в опыте (13,5.14,0 т/га) из изучаемых многолетних бобовых трав в пятилетнем возрасте формировали астрагал, люцерна и козлятник с содержанием азота 0,21.0,39 т/га, фосфора - 0,03.0,06, калия - 0,096. 0,145 т/га.
Ключевые слова: азотфиксация, бобовые растения, биологический азот, плодородие, урожайность.
Для цитирования: Азотфиксирующая способность и роль бобовых трав в био-логизации земледелия / А.Ф. Степанов, С.П. Чибис, В.В. Христич и др.//Земледелие. 2023. №1. С. 18-22. бог. 10.24412/0044-39132023-1-18-22.
В современных условиях интенсивность антропогенного воздействия на земли сельскохозяйственного использования, прежде всего, связана со способами обработки почвы, применением средств защиты растений и минеральных удобрений [1]. Деградация почвенного покрова опережает темпы распространения в производстве экологически безопасных технологий. Это приводит к ухудшению плодородия почв. Неутешительная статистика характерна для многих стран мира, в том числе для России [2, 3]. За столетний период двадцатого века, содержание гумуса в почвах снизилось на 40...50 % [4]. Его ежегодные потери, в зависимости от природной зоны, степени проявления эрозии и дефляции, составляют от 0,023 до 0,1 % [5].
Для улучшения ситуации в агроэко-системах необходимо разрабатывать и осваивать биологические методы в земледелии и других отраслях сельского хозяйства [6]. Сущность биологизации земледелия состоит в укреплении энергетического потенциала, обогащении почвенного покрова органическим веществом, равномерном и эффективном использовании элементов питания. Использование азота атмосферы бобовыми растениями путем симбиотической азотфиксации бактериями в корнях позволяет сохранить и повысить плодородие почвы [7]. Биологический подход в земледелии направлен и на освоение севооборотов, насыщенных зернобобовыми и сидеральными культурами, многолетними бобовыми травами. Использование бактериальных и органических удобрений усиливает
процессы повышения плодородия почвы [8, 9].
Роль клубеньковых бактерий, их симбиоз с бобовыми растениями, оценены учеными в достаточной степени. Однако практическое использование процесса азотфиксации для сохранения энергетических ресурсов весьма ограничено [10].
В наземные экосистемы поступает примерно 150 млн т фиксированного азота, в том числе около 44 млн т - в сельскохозяйственные угодья [11]. Несмотря на высокую эффективность азотфиксации бобовыми, вклад биологического азота в общий баланс остается незначительным, что связано с ограниченностью их распространения. Доля бобового компонента в структуре посевов сельскохозяйственных культур в нашей стране не превышает 10 %, а в природных фитоценозах бобовые растения присутствуют только на первых этапах сукцессий. Так, в России в 2016 г. площадь зернобобовых культур составляла 5,0 % от общей, многолетних бобовых трав - 13,3 % [11]. В Западной Сибири планируется увеличить долю многолетних бобовых трав и их смесей со злаками в структуре посевов до 70.75 %, что позволит снизить в 1,5 раза энергетические затраты при производстве объемистых кормов и качественно улучшить их протеиновую ценность.
Оптимизируя структуру посевов, агротехнические и микробиологические факторы можно увеличить долю биологического азота в общем его балансе с 6.8 до 35 кг/га пахотных земель [12]. При этом фиксация симбиотического азота однолетними бобовыми культурами (горохом, викой, нутом, фасолью, чиной, чечевицей) может достигать 50.70 кг/га, многолетними травами (люцерной, клевером, эспарцетом, козлятником) - 100.200 кг/га азота атмосферы. Кроме того, в корнях зернобобовых к уборке накапливается около 20.30 кг/ га, а у клевера и люцерны до 80.140 кг/га азота [10, 11], что в последействии обеспечивает прибавку урожая пшеницы до 1,0.1,5 т/га зерна [6]. В условиях орошения люцерна способна формировать в пахотном слое почвы до 17 т/га корневой массы, содержащей порядка 300 кг/га азота [13].
Вопросы по накоплению и использованию биологического азота в земледелии Сибири изучены недостаточно.
Важным направлением развития кормопроизводства и создания благоприятных условий для сохранения плодородия почв в Сибири служит расширение посевов зернобобовых культур (горох, соя, нут, вика) и их смесей [14]. И семена, и зеленая
масса этих растений могут служить высокобелковым кормом. С корнями и стерней в почве остается порядка 60.70 кг/га азота, что повышает плодородие почвы, урожайность и качество продукции (по содержанию белка) последующих в севообороте культур [15].
Цель исследований - определить способность бобовых растений к накоплению общего и симбиотического азота, обогащению почвы и использованию биологического азота на формирование урожая в южной лесостепной зоне Западной Сибири.
Работу проводили в 2012-2020 гг. в Омской области на лугово-чернозёмной маломощной малогумусовой среднесуглинистой почве. Содержание гумуса составляло 3,4 %; подвижных форм фосфора и калия (по Чирикову) - соответственно 28,4 и 22,5 мг/100 г почвы; pH - 6,7.7,4. Плотность почвы - 1,2 гсм3, скважен-ность - 53, аэрация - 34 %, уровень грунтовых вод - 2,5.4,5 м, в условиях переувлажнения почва заплывает. Опыт закладывали на учетных делянках площадью 20 м2 с систематическим расположением в 4-кратной повторности.
Объектами исследований служили сорта бобовых культур, рекомендованные и перспективные для возделывания в Западно-Сибирском регионе:
однолетние - горох посевной (Pisum sativum L.) сорт Омский неосыпаю-щийся (контроль), нут кормовой (Cicer arietinum L.) Краснокутский 123, вика яровая (Vicia sativa L.) Омичка 3, соя (Glycine max (L.) Merr.) СибНИИК 315;
многолетние - люцерна синеги-бридная (Medicago sativa L. subsp. sativa) Омская 8893 (контороль), донник белый (Melilotus albus Medik.) Медет, донник желтый (Melilotus officinalis Lam.) Сибирский, клевер луговой (Trifoliumpratense L.) Тарский, клевер гибридный (Trifolium hybridum L.) Марусинский 488, клевер ползучий (Trifolium repens L.) Йыгева 4, эспарцет песчаный (Onobrychis arenaria (Kit.) DC.) Юбилейный, козлятник восточный (Galega orientalis Lam.) сорт Гале, а также местные отборные формы лядвенца рогатого (Lotus corniculatus L.), люпина многолетнего (Lupinus perennis L.), астрагала галеговидного (Astragalus galegiformis L.), астрагала ы нутового (Astragalus cicer L.). о
При возделывании культур при-
меняли рекомендованную для зоны д
агротехнику: отвальная вспашка на л
22.25 см, ранневесеннее закрытие |
влаги, предпосевная культивация, 2
прикатывание после посева. 1
Норма высева при одновидовом по- м
севе нута составляла 0,8 млн всхожих 2 семян/га, гороха и сои - по 1,0, вики
1. Использование общего и симбиотического азота зернобобовыми культурами в одновидовом посеве (в среднем за 2015-2017 гг.)
« N
о
N
Ш
S ^
ф
и
ф
^
2
ш м
Вид Абсолютно сухое вещество, т/га N общий, кг/га N симбиотический, кг/т сухого вещества K ф азф
Горох посевной (P. sativum) - 6,68 187 16,2 0,58
контроль
Нут кормовой (С. arietinum) 5,54 178 17,7 0,55
Вика яровая (V. sativa) 4,58 122 13,1 0,49
Соя (G. max) 4,83 116 11,0 0,46
НСР05 0,72 8 1,6
яровой - 2,0, многолетних бобовых трав - 6,0 млн всхожих семян/га. Уборку посевов на корм проводили в фазе цветения. Многолетние травы скашивали в год посева один раз за вегетацию (вторая декада августа), в последующие годы два раза (1-й укос - 15.30 июня, 2-й укос - 14.22 августа).
Использование азота у зернобобовых культур и многолетних бобовых трав, фиксированного из атмосферы, оценивали с использованием коэффициента азотфиксации (K ), применяя метод сравнения с не бобовыми растениями - овес и кострец безостый (Посыпанов Г.С. Методы изучения биологической фиксации азота воздуха. М.: Агропромиздат, 1991. 300 с.). Наблюдения и учеты проводили по традиционной методике; определение массы корней многолетних бобовых в почве - методом почвенного монолита (Методические указания по проведению полевых опытов с кормовыми культурами. М.: Россельхозакадемия, 1997. 156 с.). В корнях многолетних бобовых трав общий азот определяли по Къельдалю, фосфор - колориметрическим, калий - фотометрическим методами (Петербургский А.В. Практикум по агрохимии. М.: Колос, 1968. 495 с.). Для статистической обработки данных эксперимента использовали метод дисперсионного и корреляционного анализа (Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). Изд. 6-е, стер., перепеч. с 5-го изд. 1985 г. М.: Альянс, 2011. 350 с.).
Климат зоны - резко континентальный с неустойчивым увлажнением, годовая сумма осадков достигает 300.370 мм, ГТК равен 1,0.1,1 (в отдельные годы 0,5). Сумма активных температур воздуха (выше 10 °С) варьирует от 1900 до 2000 °С, продолжительность вегетационного периода составляет 150 суток. По гидротермическим условиям вегетационного периода годы исследований были очень засушливыми (ГТК = 0,54.0,66) - 2012, 2014 и 2020 гг; засушливыми (ГТК = 0,71.1,0) - 2013, 2016, 2017 и 2019 гг. и слабозасущливыми (ГТК = 1,02.1,13) - 2015 и 2018 гг.
Усвоение элементарного азота воздуха зернобобовыми в максимальной
степени зависит от биологии растения, наличия в почве культуры бактерий-симбионтов и климатических условий. В 2015 г. (сумма осадков 154.187 мм при норме 100 мм и равномерное увлажнение от всходов до цветения) у гороха и нута процесс связывания азота был динамичным, Казф составил 0,80.0,86. У растений вики и сои он варьировал в пределах 0,50.0,53. Количество азота, фиксированного из атмосферы, составляло от 101 кг/га у сои до 174 кг/га у гороха, а на формирование 1 т сухого вещества зернобобовые культуры использовали 17,1.23,4 кг симбиотического азота.
В засушливых условиях (20162017 гг.) в первой половине вегетации азотфиксирующая способность зернобобовых культур снижалась, у нута и гороха Казф был равен 0,57.0,59. Недостаток увлажнения особенно сильно повлиял на проникновение бактерий в корни и образование симбиотического аппарата у влаголюбивых культур -сои и вики яровой. Темпы связывания азота воздуха у них были слабее, чем у гороха и нута, Казф составлял 0,42.0,44.
На корнях зернобобовых культур в год с лучшим увлажнением (2015 г.) образовалось на 38.73 % больше клубеньков, чем в остальные, их масса возрастала в 1,5.2,7 раза. На одном растении у нута во влажные годы в клубеньках насчитывали в среднем 5.7 крупных колоний, в засушливые -1.3.
Наибольший в опыте сбор сухого вещества (6,68 т/га) отмечен у гороха,
Казф = 0,58 (табл. 1). Потребление им биологического азота из атмосферы составляло 16,2 кг/т сухого вещества.
Нут, вика и соя достоверно уступали гороху по сбору сухого вещества (на 1,14.2,10 т/га) и использованию общего азота на его формирование (на 9.71 кг/га). Более эффективно использовал симбиотический азот на формирование 1 т сухого вещества нут кормовой, существенно превосходивший по величине этого показателя вику и сою и при этом находившийся на одном уровне с горохом посевным.
Усвоение азота из атмосферы в существенной степени зависит от способности организмов (бобовое растение + клубеньковые бактерии) вступать в симбиоз. В южной лесостепной зоне Западной Сибири на лугово-чернозёмной почве наилучшие в опыте результаты отмечены в посевах люцерны, козлятника, эспарцета и астрагала галеговидного. Накопление симбиотического азота травостоем за период вегетации в расчете на 1 га при коэффициентах азотфиксации от 0,54 до 0,63 у этих культур наблюдали на уровне 131.185 кг (табл. 2). Благодаря фиксации азота атмосферы многолетние бобовые травы сформировали от 3,98 до 5,80 т/га сухого вещества. При этом накопление симбиотического азота на уровне контроля (люцерны) отмечали только в посевах козлятника.
Астрагал нутовый, донники, лядве-нец и люпин многолетний фиксировали азот из атмосферы в меньших размерах - 37.97 кг/га и сформировали с его использованием порядка 1,11. 3,01 т/га сухого вещества (25.47 % от общего урожая за вегетацию). Клевер луговой, гибридный и ползучий в условиях южной лесостепи симбиотический азот использовали очень слабо (Казф = 0,13.0,14), они потребляли в основном минеральные формы этого элемента из почвы.
2. Использование азота в травостое многолетних бобовых трав в южной лесостепи Западной Сибири (2015-2020 гг.)
Вид Абсолютно сухое вещество, т/га N общий, кг/га N симбио-тический, кг/т сухого вещества K ф азф
Люцерна синегибридная (M. sativa) - контроль 9,21 295 20,1 0,63
Донник желтый (M. officinalis) 4,26 149 9,2 0,26
Донник белый (M. albus) 5,21 178 13,1 0,38
Клевер луговой (T. pratense) 4,32 126 3,7 0,13
Клевер гибридный (T. hybridum) 3,67 127 4,9 0,14
Козлятник восточный (G. orientalis) 7,91 274 20,7 0,60
Клевер ползучий (T. repens) 2,50 91 4,8 0,13
Эспарцет песчаный (О. arenaria) 7,64 241 17,2 0,54
Лядвенец рогатый (L.corniculatus) 6,19 170 9,7 0,35
Люпин многолетний (L.perennis) 4,03 146 9,2 0,25
Астрагал галеговидный (A. galegiformis) Астрагал нутовый (A. cicer) НСР05 7,24 6,40 1,05 242 207 18 18,2 15,2 1,6 0,55 0,47
3. Использование общего и симбиотического азота в травостое астрагала галеговидного (А. да/ед/Тогт/э) по годам жизни (2012-2014 гг.)
Показатель Год жизни травостоя
2-й 1 3-й | 4-й
Абсолютно сухое вещество, т/га 3,10 8,27 9,25
N общий, кг/га 75 206 274
N симбиотический, кг/т сухого вещества 5,8 12,7 20,1
К ф азф 0,24 0,51 0,68
Однако при анализе симбиотиче-ской активности трав по годам жизни обнаружены несколько иные закономерности. Так, в первый год жизни наибольшее количество азота из атмосферы использовали травы, которые быстро росли и образовывали клубеньки на корнях. Это, прежде всего донник, клевер луговой, астрагал галеговидный и люцерна: накопление ими симбиотического азота составляло 7...24 кг/га, К ф был равен 0,11.0,29.
азф ^ ' '
Слабую азотфиксацию в первый год жизни (3.5 кг/га симбиотического азота при Казф 0,04.0,07) наблюдали у астрагала нутового, эспарцета, ляд-венца, козлятника и люпина многолетнего, поскольку эти виды в год посева очень медленно росли, и только к концу вегетации на их корнях были обнаружены клубеньки.
В последующем с формированием хорошего симбиотического аппарата азотфиксация трав значительно возрастала. Например, у астрагала галеговидного (закладка 2011 г) с 18 кг/га симбиотического азота во второй год жизни растений она увеличилась до 105 и 186 кг/га на третий и четвертый год соответственно (табл. 3).
В период максимальной в опыте продуктивности травостоев(второй-четвертый год жизни растений) использование симбиотического азота у люцерны и эспарцета достигало 379 кг/га, у козлятника и лядвенца - 233, у астрагалов - 193, у донника, люпина, клевера лугового и гибридного -162 кг/га. Фиксация азота атмосферы в расчете на 1 т сухого вещества в этот составляла 19.25 кг, а К . -
' азф
0,56.0,78.
В южной лесостепной зоне эспарцет, люпин и козлятник к концу первого летнего сезона формировали массу корней достоверно меньше, чем люцерна, на 0,7.1,3 т/га, а по остальным видам трав величина этого показателя находилась на уровне контроля (табл. 4).
Корневая система бобовых разрасталась особенно интенсивно в первые три года жизни. Высокие темпы кор-необразования наблюдали у эспарцета, люцерны, люпина и козлятника. К концу третьего года, по сравнению с первым, масса корней увеличилась в 3,2.4,6 раза. При этом в пятилетнем возрасте корни большинства видов трав замедлили свой рост, по отношению к третьему году, на 7.21 %. У
козлятника снижение интенсивности прироста составило 30 %, у астрагала галеговидного - 65 %. Такой спад связан, во-первых, со старением растительных организмов, во-вторых, с ограниченностью питательного, водного и воздушного режимов.
На пятом году жизни растений наибольшую в опыте массу корней в слое почвы 0.30 см отмечали у люцерны, астрагала и козлятника (13,5. 14,0 т/га), что на 2,9.6,2 т/га больше, чем у эспарцета, люпина и лядвенца. Характер разрастания корней по профилю почвы зависел от вида растений. Равномернее они располагались у астрагала, люцерны и лядвенца. У растений люпина, эспарцета, козлятника и клеверов на верхний (0.10 см) слой приходилось 61.77 % корневой фи-томассы (см. табл. 4). Заметна связь массы корней с их морфологическими особенностями, например, у астрагала и люцерны хорошо сформирован главный корень с меньшим числом боковых ответвлений в поверхностном слое почвы, чем у других видов.
При изучении воздействия трав на плодородие почвы помимо определения массы корней важно знать содержание в них элементов питания. Корневые остатки трав позволяют улучшить обеспеченность последующих в севообороте культур питательными веществами. Корни бобовых трав, особенно астрагала, козлятника и клевера, богаче азотом (1,56.2,80 %) и калием (0,65.1,19 %), чем фосфором (0,18.0,43 %). Количество аккумулируемых питательных веществ в корневой массе изменялось в зависимости от вида трав (табл. 5).
Наибольшими запасами в абсолютно сухом веществе корневых остатков по содержанию азота и
фосфора характеризовались астрагал галеговидный, козлятник восточный, клеверы луговой и гибридный, существенно превысившие контроль по N - в 1,3.1,8 раз, по Р2О5 - в 1,7. 2,2 раза. Концентрация калия в корневых остатках на уровне контрольного варианта отмечена у лядвенеца рогатого, люпина многолетнего и козлятника восточного.
Поступление в почву углерода с корневыми остатками бобовых трав варьировало от 1,07 до 1,98 т/га. Преимущество по величине этого показателя над контролем на 5.10 % отмечали у козлятника и астрагала.
Качество корневых остатков изучаемых видов бобовых трав было высоким, поскольку отношение углерода к азоту (С^) не превышало 20:1, что способствовало быстрой их минерализации почвенными микроорганизмами. Наиболее узкое соотношение С^ имели астрагал галеговидный и все клеверы.
Таким образом, в южной лесостепной зоне Западной Сибири на лугово-черноземной почве из зернобобовых культур наиболее эффективно биологический азот используют горох и нут. В среднем на формирование урожая нут кормовой сорта Краснокутский 123 фиксирует 98 кг/га биологического азота при Казф =0,55; горох посевной сорта Омский неосыпающийся -108 кг/га при Казф =0,58. Азотфикси-рующая способность сои (сорт Сиб-НИИК 315) и вики яровой (сорт Омичка 3) ниже контроля на 48...55 кг/га, Казф - 0,46.0,49.
Из многолетних бобовых трав наиболее активно симбиотический азот используют люцерна, козлятник восточный, эспарцет песчаный и астрагал галеговидный (131.185 кг/га). В годы максимальной продуктивности (второй-четвертый год вегетации) люцерна и эспарцет фиксируют до 379 кг/га, козлятник и лядвенец рогатый - до 233, астрагалы - до 193, донник, люпин многолетний, клевер луговой и гибридный - до 162 кг/га азота воздуха за вегетацию. Фиксация атмосферного азота на 1 т сухого
4. Масса корней многолетних бобовых и их распределение по слоям почвы (в среднем за 2015-2020 гг.)
Масса корней , т/га Распределение корней, %
Видовой состав 1-й год 3-й год 5-й год 0... 10 см 10. 20 см 20. 30 см
Люцерна синегибридная (M. sativa) (контроль) 3,1 11,3 13,7 52 26 22
Эспарцет песчаный (О. arenaria) 2,4 9,6 10,6 68 25 7
Лядвенец рогатый (L. corniculatus) 2,6 8,3 9,6 58 29 13
Люпин многолетний (L. perennis) 1,8 6,7 7,8 77 17 6
Козлятник восточный (G. orientalis) 2,1 10,4 13,5 62 31 7
Астрагал галеговидный (A. galegiformis) 3,1 8,5 14,0 46 35 19
Клевер луговой (T. pratense) 3,5 5,8 - 61 29 10
Клевер гибридный (T. hybridum) 3,0 5,6 - 66 27 7
Клевер ползучий (T. repens) 2,6 4,5 5,6 61 28 11
НСР05 0,7 1,4 1,5
Ы (D 3 ü
(D
д
(D
5
(D
М О м Ы
Видовой состав В абсолютно сухом веществе, % C:N В корнях трав пятого года жизни, кг/га
N Р2О5 К2О С N Р2О5 К2О
Люцерна синегибридная (M. sativa) (контроль) 1,56 0,20 1,06 13,2 8,5 214 27 145
Эспарцет песчаный (О. arenaria) 1,61 0,19 0,88 15,9 9,9 171 20 94
Лядвенец рогатый (L.corniculatus) 1,75 0,27 1,19 13,8 7,9 168 26 114
Люпин многолетний (L.perennis) 1,75 0,10 1,00 13,7 7,8 137 8 78
Козлятник восточный (G. orientalis) 1,95 0,37 1,06 14,1 7,2 263 50 143
Астрагал галеговидный (A. galegiformis) 2,80 0,43 0,69 14,2 5,1 390 60 96
Клевер луговой* (T. pratense) 2,00 0,34 0,78 12,2 6,1 117 20 46
Клевер гибридный* (T. hybridum) 2,10 0,33 0,93 14,1 6,7 118 19 52
Клевер ползучий (T. repens) НСР05 1,80 0,16 0,18 0,09 0,65 0,14 11,2 1,3 6,2 102 10 37
*третьего года жизни.
вещества составляет 19.25 кг, К . -
^ ' азф
0,56.0,78. Наибольшую в опыте корневую массу в слое почвы 0.30 см на пятом году жизни формируют астрагал галеговидный (14,0 т/га), люцерна синегибридная (13,7 т/га) и козлятник восточный (13,5 т/га). Она содержит от 214 до 390 кг азота, от 27 до 60 кг фосфора и от 96 до 145 кг калия. Эти элементы позволяют улучшить питание последующих в севообороте культур и повысить плодородие почвы.
Литература
1. New approaches for evaluation of soil health, sensitivity and resistance to degradation / Y. Kuzyakov, A. Gunina, K. Zamanian, et al. // FASE. 2020. Vol. 7 (3). P. 282-288. doi: 10.15302/J-FASE-2020338.
2. Assessment of economic losses caused by degradation processes of agricultural land use / O. Shevchenko, I. Openko, R. Tykhenko, et al. // Scientific Papers. Series E. Land Reclamation, Earth Observation & Surveying, Environmental Engineering. 2021. Vol. 10. P. 102-109.
3. Paz D.B., Henderson K., Loreau M. Agricultural land use and the sustainability of social-ecological systems // Ecological Modelling. 2020. Vol. 437. P. 109312. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/ abs/pii/S0304380020303823?via%3Dihub (дата обращения: 15.11.2022). doi: 10.1016/j. ecolmodel.2020.109312.
4. Цветков М.Л., Лысенко Л.М. Элементы биологизации в земледелии Алтайского края: монография. Барнаул: АЗБУКА, 2019. 195 с.
5. Бурлакова Л.М., Морковкин Г.Г. Современное состояние плодородия черноземов Алтайского края и проблемы их рационального использования // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2003. №5. С. 49-50.
6. Chibis V.V., Chibis S.P. Ecologization of crop industry by introducing a bean component into the field crop rotation of Western Siberia / International Conference on World Technological
со Trends in Agribusiness, Omsk City, Western О Siberia, 04-05 июля 2020. IOP Conf. Series: сч Earth and Environmental Science. 2021. Vol. ^ 624. P. 012221. URL: https://iopscience.iop.org/ Z article/10.1088/1755-1315/624/1/012221 (дата ® обращения: 13.11.2022). q 7. Organic Carbon Convergence in Diverse Soils toward Steady State: 21-Year Field Ф Bioassay / S.F. Yanni, H.H. Janzen, E.G. 2 Gregorich, et al. // Soil Science Society of ® America Journal. 2016. Vol. 80. P. 1653-1662.
8. Лобков В. Т., Плыгун С. А. Теоретические и практические аспекты биологизации земледелия в современных тенденциях развития мирового сельского хозяйства // Вестник АПК Ставрополья. 2014. №4 (16). С. 150-154.
9. Мудрых Н.М. Биологизация земледелия - основа сохранения плодородия почв Нечерноземной зоны // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2017. №9 (155). С. 28-34.
10. Современное состояние проблемы азота в мировом земледелии / А.А. Завалин, Г.Г. Благовещенская, Н.Я. Шмырева и др. // Агрохимия. 2015. № 5. С.83-95.
11. Завалин А.А., Алферов А.А., Чернова Л.С. Ассоциативная азотфиксация и практика применения биопрепаратов в посевах сельскохозяйственных культур // Агрохимия.
2019. №8. С. 83-96.
12. Ван Мансвельт Я.Д., Темирбекова С.К. Органическое сельское хозяйство: принципы, опыт и перспективы // Сельскохозяйственная биология. 2017. Т. 52. №3. С.478-486. doi: 10.15389/agrobiology.2017.3.478rus.
13. Кененбаев С.Б. Роль биологических средств в органическом земледелии // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки.
2020. №50(3). С. 103-110. doi: 10.26898/03708799-2020-3-11.
14. Nitrogen-fixing ability of perennial leguminous grasses in various environmental conditions of the Western Siberia / A.F. Stepanov, S.P. Chibis, S.Yu. Khramov, et al. // International scientific and practical conference "Ensuring sustainable development in the context of agriculture, green energy, ecology and earth science. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 723. URL: https://iopscience.iop.org/ article/10.1088/1755-1315/723/2/022020 (дата обращения: 13.11.2022).
15. Система адаптивно-ландшафтного земледелия в природно-климатических зонах Тюменской области / Н.В. Абрамов, Ю.А. Акимова, Л.Г. Бакшеев и др. Тюмень: АО Тюменский издательский дом, 2019. 472 с.
Nitrogen-fixing ability and the role of legumes in the biologisation of agriculture
A.F. Stepanov1, S.P. Chibis1, V.V. Hristich1, S.N. Aleksandrova1, S.Ju. Hramov2
1Stolypin Omsk State Agrarian University, Institutskaya pl., 1, Omsk, 644008, Russian Federation
2Omsk Agrarian Scientific Center, prosp. Koroleva, 26, Omsk, 644012, Russian Federation
Abstract. The study aimed to determine the nitrogen-fixing capacity of annual and perennial legumes and their use of biological nitrogen for yield formation. The work was carried out in 2012-2020 on meadow-chernozem soil under the conditions of the southern forest-steppe zone of Western Siberia. The objects of research were the varieties of annual legumes recommended for the region pea (control), fodder chickpea, spring vetch, soybean and perennial legumes - blue hybrid alfalfa, white and yellow sweet clover, red clover, hybrid and creeping, Hungarian sainfoin, fodder galega, and also local selected forms of the birdsfoot deer vetch, perennial lupine, galegoid and cicermilk vetch. To calculate the coefficient of nitrogen fixation of legumes (Kasf), the amount of fixed atmospheric nitrogen was determined by comparison with non-legumes - oats and rump. Among annual leguminous crops, peas (108 kg/ha) and chickpeas (98 kg/ha) use biological nitrogen most effectively, Kazf was 0.58and0.55, respectively. The nitrogen-fixing capacity of spring vetch and soybean was lower than that of sowing peas by 48-55 kg/ha of nitrogen, Kasf - by0.46-0.49. Of the perennial legumes, alfalfa, goat's rue, sainfoin and astragalus use symbiotic nitrogen more actively. In the years of maximum productivity (second-fourth years of vegetation), alfalfa and sainfoin fix up to 379 kg/ha of nitrogen, goat's rue and bird's-foot - up to 233, astragalus - up to 193, sweet clover, lupine and clover - up to 162 kg/ ha of air nitrogen, which in recalculated for 1 ton of dry matter is 19-25 kg, Kazf - 0.56-0.78. The largest root mass in the experiment (13.514.0 t/ha) from the studied perennial legumes at the age of five was formed by astragalus, alfalfa and goat's rue with a nitrogen content of 0.21-0.39 t/ha, phosphorus - 0.03-0.06, potassium - 0.096-0.145 t/ha.
Keywords: nitrogen fixation; legumes; biological nitrogen; fertility; yield.
Author Details: A.F. Stepanov, D. Sc. (Agr.), prof.; S.P. Chibis, Can. Sc. (Agr.), assoc. prof. (e-mail: sp.chibis@omgau.org); V.V. Hristich, Can. Sc. (Agr.), assoc. prof.; S.N. Aleksandrova, Can. Sc. (Agr.), assoc. prof.; S.Ju. Hramov, research fellow.
For citation: Stepanov AF, Chibis SP, Hristich VV, et al. [Nitrogen-fixing ability and the role of legumes in the biologisation of agriculture] Zemledelie. 2023;(1):18-22. Russian. doi: 10.24412/0044-3913-2023-1-18-22.
