CC BY
7УДК 631.874
Н.М. Шалагина, А.А. Чебурина, А.Е. Голованева
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003;
Камчатский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, с. Сосновка, Елизовский район, Камчатский край, 684033 e-mail: golovaneva.an@yandex.ru
ИТОГИ ИЗУЧЕНИЯ СИДЕРАЛЬНЫХ КУЛЬТУР В КАМЧАТСКОМ КРАЕ
В исследовательской работе рассмотрена возможность ведения экологически безопасного органического земледелия. По результатам проведения опытных работ доказана эффективность в короткоротаци-онном севообороте с повышением баланса азота, фосфора и калия за севооборот. Показана роль зеленого удобрения в повышении плодородия почв Камчатского края, улучшения агрофизических и химических показателей плодородия.
Ключевые слова: плодородие почв, сидераты, зеленое удобрение, севооборот, химические элементы.
N.M. Shalagina, A.A. Cheburina, A.E. Golovaneva
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003;
Kamchatka Scientific Research Institute of Agriculture, Sosnovka village, Yelizovsky district, Kamchatka Krai, 684033 e-mail: golovaneva.an@yandex.ru
RESULTS OF THE STUDY OF SIDERAL CULTURES IN KAMCHATKA KRAI
The research paper considers the possibility of conducting environmentally safe organic farming. According to the results of experimental work, the effectiveness in short-term crop rotation with an increase in the balance of nitrogen, phosphorus and potassium for crop rotation has been proven. The role of green fertilizer in increasing soil fertility of Kamchatka Krai, improving agrophysical and chemical indicators of fertility is shown.
Key words: soil fertility, siderates, green fertilizer, crop rotation, chemical elements.
Интенсивное развитие сельского хозяйства, основанное на увеличении урожайности выращиваемых культур без контролируемого подхода к ведению природопользования, привело к тому, что экологическая безопасность почвенного покрова находится под угрозой.
Применение минеральных удобрений, различных средств защиты растений от вредителей, использование регуляторов роста и т. д. могут привести к необратимым изменениям в педосфере и взаимодействующими с ней средами жизни. Негативные последствия могут проявляться в виде деградационных процессов в почвенном покрове, выраженные в истощении плодородных свойств, загрязнении, снижении его биоразнобразия, нарушении аккумуляционно-деструкционных процессов.
В результате интенсивного использования почвенных ресурсов прежде всего ухудшается их плодородный слой. Основной задачей при использовании данных ресурсов выступает сохранение и повышение почвенного плодородия. Как правило, практически во всех хозяйствах на полях с пропашными и однолетними кормовыми культурами ежегодно отмечается снижение запасов гумуса.
Как известно, самые «важные» питательные элементы из почвенной среды извлекаются в результате потребления растениями, т. е. происходит их постоянное отчуждение с растениеводческой продукцией. Если применение удобрений в данном случае не применяется, то происходит снижение естественного плодородия и отмечается постепенная деградация почвы.
Постоянное отчуждение с урожаями элементов питания из почвы, в том числе микроэлементов, при крайне низком уровне применения минеральных и органических удобрений привело к снижению не только реального, но и потенциального почвенного плодородия.
Одна из причин - недостаточное внесение органических и минеральных удобрений, вследствие чего возникает необходимость в проведении исследований и разработки рекомендаций по комплексному использованию приемов биологизации, в частности применения сидеральных культур в севооборотах с целью увеличения в почве органического вещества.
Рациональное применение нетрадиционных форм органических удобрений (сидерат, солома) обеспечивает ведение экологически сбалансированного и безопасного земледелия.
В современной литературе оба термина - «сидерация» и «зеленое удобрение» принимаются как синонимы, а культуры, запахиваемые в почву, называют сидератами [1].
Зеленые удобрения с давних времен используются человеком для восполнения запасов питательных веществ в почве, увеличения урожайности выращиваемых культур. Сегодня с развитием концепции устойчивого развития сельского хозяйства интерес к сидеральным удобрениям постоянно увеличивается [2].
В зависимости от применяемых сидеральных культур, энергии их деструкции определяются органоминеральные, влагоудерживающие, а также ряд других свойств почвы. Почвенная экосистема, как и любая другая, включает процессы продуцирования, транспорта и трансформации органического вещества. Стабильность и полноценность протекания данных процессов способствует поддержанию устойчивости почвенной экосистемы. Микробиота в почве выполняет де-струкционную функцию по разложению растительных остатков применяемых сидератов. Микробиологические процессы играют ведущую роль в гумусообразовании почвы. Применение зеленых удобрений позволяет повысить эффективность вносимых препаратов, содержащих минеральные питательные компоненты.
В результате применения сидератов увеличивается урожайность всех культур и тем самым повышается почвозащитная способность растительного покрова [3, 4].
В 2001-2007 гг. в Камчатском НИИСХ проведены исследования в картофельных севооборотах при размещении их по фону запашки трехгодичного травостоя и по фону распаханного шестилетнего пласта многолетних трав. Изучался короткоротационный трехпольный севооборот: однолетние травы, картофель, картофель.
Травостой клеверо-тимофеечной смеси 3-го года жизни, используемый в качестве сидерата, измельчали и запахивали в период цветения клевера, колошения тимофеевки. Для формирования шестилетнего пласта травостой скашивали на сено в течение пяти лет. Перед посевом трав вносили удобрения в дозе (КРК)60, в последующие годы подкармливали весной из расчета К30(РК)60 [5]. Установлена положительная роль пласта клеверо-тимофеечной смеси 6-го года жизни и сидерации травостоя 3-го года жизни в сохранении структуры почвы и ее водопрочности в трехпольном севообороте. Урожайность картофеля в среднем за севооборот при дозах удобрений ^20 Р120 К120 и (КР)90 К120 в последействии сидерации трехгодичного травостоя составила 246 и 236 ц/га, т. е. существенной разницы по этим дозам не прослеживалась. Продуктивность трехпольного севооборота по сидерации трехгодичного травостоя существенно превышала продуктивность после распашки пласта на 23-19% при условии внесения минеральных удобрений.
Сидерация трехгодичного травостоя многолетних трав совместно с удобрениями обеспечила положительный баланс азота за трехпольный севооборот 209,3-309 кг/га. Положительный баланс фосфора отмечался при внесении удобрений (КРК)120 и (КР)90 К120 кг/га д. в. под картофель, который составил 225,7-340,4 кг/га и без удобрений 8,7 и 18,3 кг/га; при распашке пласта положительный баланс 276,3-263,3 кг/га.
Баланс калия был также положительным от 63,6 до 110,3 кг/га - при запашке сидератов и 145,8-382,0 кг/га за севооборот - по фону распашки пласта. Использование биологизированно-го севооборота (сидерация трав третьего года жизни и шестилетнего пласта многолетних трав) для повышения и закрепления почвенного плодородия дает энергетическую эффективность соответственно 152 061-154 503 МДж/га [6, 7].
Эффективно использовать в качестве сидерата однолетние культуры - люпин и фацелию. Люпин узколистый - высокобелковая сидеральная культура, к почве люпин не предъявляет высоких требований. Люпин на зеленое удобрение может накапливать более значительную органическую массу: от 29,9 до 35-40 т/га, запашка его равноценна внесению полной дозы навозного удобрения, при этом происходит закрепление азота минеральных удобрений почвой. Фацелия -это однолетнее, быстрорастущее, холодостойкое растение семейства водолистиковых. Фацелия быстро формирует надземную массу, развивается по типу крестоцветных, хорошо облиственное растение. К моменту скашивания на сидерат (фаза цветения) в надземной массе содержится:
сухого вещества 17%, сырого протеина 13,9, сырой клетчатки 26,8, калия 3,16, кальция 2,8 и фосфора 0,3%. Фацелия накапливает ц/га: зеленой массы 317, корневых остатков 26 с содержанием питательных веществ: N - 78, Р205 - 52 и К2О - 196 кг/га [8, 9].
По нашим исследованиям, сидеральные культуры люпин и фацелия, включенные в коротко-ротационный севооборот, угнетали сорные растения и их проростки. Если в чистом пару (контроль) перед механизированными обработками почвы общее количество однолетних сорняков с преобладанием троицы полевой (78%) достигало 473 шт/м2, а многолетних (бодяк полевой и пырей ползучий) - 20 шт/м2, то в посевах люпина количество однолетников снизилось в 6,2 раза, многолетников - в 2,8 раза [9].
Запашки биомассы сидеральных культур (люпина узколистного и фацелии) способствует улучшению физических свойств почвы. Количество агрономически ценной фракции (макроагрегатов) в пахотном горизонте было при использовании люпина и фацелии выше, чем на контролях (рапс и чистый пар) соответственно на 16 и 8% и на 18 и 10% и достигало 78-80%; водо-прочность почвенных агрегатов составила 74%, объемная масса почвы под сидеральными культурами не превышала 0,61-0,64 г/см3.
При использовании на «зеленое» удобрение люпина узколистого и фацелии общие запасы азота в накопленном органическом веществе надземной и корневой биомассы были у люпина 143,37 кг/га, или на 19,48 (15%) кг/га больше по сравнению с рапсом, у фацелии - почти на одном уровне с рапсом и составили 126,41 кг/га. Запасы фосфора в биомассе фацелии превышали в 1,8 раза содержание его в рапсе яровом и составили 19,23 кг/га. При использовании на сидерат люпина узколистного запасы фосфора в органическом веществе составили 14,21 кг/га, что на 3,7 кг/га выше контроля. Поступление калия с органическим веществом фацелии и рапса ярового было практически на одном уровне и равнялось 151,68 и 148,26 кг/га. В биомассе люпина калия содержалось на 15,86 (10,7%) и 19,28 кг/га (12,7%) меньше, чем в рапсе и фацелии. Следовательно, при запашке сидеральной массы испытуемых культур по наибольшему накоплению азота выделился люпин узколистный, а по фосфору - фацелия в сравнении с контролем (рапс яровой).
В конце вегетационного периода по результатам анализа почвы, взятой перед запахиванием измельченной сидеральной массы, агрохимические показатели указывали на высокое содержание подвижного фосфора на люпине узколистном и фацелии - 179 и 186 мг/кг, в то время как на чистом пару оно было средним - 140 мг/кг почвы. Обеспеченность обменным калием на опытных вариантах была средней и колебалась от 92 до 113 мг/кг. Содержание нитратного азота достигло среднего уровня (21,9 и 17,0 мг/кг) - на люпине и фацелии, в чистом пару и на рапсе яровом оставалось на пониженном уровне 8,5 и 10,0 мг/кг. Увеличение содержания органического вещества в почве и улучшение ее агрохимических и физических свойств, достигаемых путем сидерации совместно с минеральными удобрениями, обусловливали более высокую урожайность картофеля. Достоверная прибавка урожая относительно чистого пара составила по фону запашки люпина узколистного и фацелии 34 (17%) и 36 (18%) ц/га при дозе (№К)120, при дозе (№К)90 - соответственно 46 (24%) и 44 (24%) ц/га. То есть в данном случае дозы (№К)120 и (№К)90, а также сидеральная масса люпина и фацелии по своему удобрительному действию на картофель были одинаковы.
Отмечалось также преимущество запашки биомассы люпина и фацелии по сравнению с рапсом яровым: урожайность картофеля повысилась на 19 (9%) и 21 (11%) ц/га при (№К)120 и на 17 (8%) и 15 (7%) ц/га при (№К)90. На фоне данных сидеральных культур доза удобрений (№К)60 также способствовала существенному увеличению урожая картофеля. По отношению к чистому пару прибавка составила соответственно 32 и 42 ц/га, по отношению к рапсу яровому - 22 и 32 ц/га. Урожай при этом достиг 162 и 172 ц/га. Товарность клубней при использовании сидератов на удобренных вариантах была 80-83%. Прямое действие сидеральных культур люпина и фацелии положительно сказались при возделывании картофеля, а также способствовали улучшению почвенного плодородия. Запашка биомассы сидеральных культур позволила снизить дозу минеральных удобрений на картофеле с (№К)120 до (№К)90.
В 2019-2020 гг. изучалось использование смеси однолетних сидеральных культур, на урожайность картофеля и улучшение свойств почвы. Климатические условия Камчатки позволили использовать в качестве зеленого удобрения такие культуры, как рапс яровой, овес, горчица белая, вика яровая и редька масличная.
За контроль были взяты одновидовые посевы рапса ярового, горчицы белой и редьки масличной, в сравнении с данным культурами были использованы двухкомпонентные смеси (рапс + овес, рапс + вика, горчица + овес, горчица + редька, редька + вика) [10].
Выявлено существенное увеличение урожайности картофеля на фоне (NPK)90 в последействии сидеральных смесей: рапс яровой + вика яровая, горчица белая + овес, горчица белая + вика яровая и горчица белая + редька масличная в трехпольном севообороте: сидерат - картофель -- картофель. Урожайность была соответственно 26,3, 28,0, 28,6, и 30,4 т/га. Прибавка относительно одновидовых посевов составила 3,7-7,6 т/га, или 16,3-33,3%. В прямом действии двухпольного севооборота двухкомпонентные сидеральные смеси в сравнении с одновидовыми посевами, как на фоне (NPK)90, так и без удобрений, не показали существенного влияния на урожайность картофеля, так как для разложения сидерата нужно два года.
Смеси однолетних сидеральных культур в различных сочетаниях обеспечили накопление сырой биомассы в пахотном горизонте до 33,67--57,58 т/га. Наиболее эффективна была смесь редьки масличной с викой яровой - урожай биомассы достигал 57,58 т/га. Содержание азота в двухкомпонент-ных смесях превысило одновидовые посевы, на 12,49 кг/га (10,6%) - 73,17 кг/га (118,5%). Наиболее высокое содержание азота отмечалось в смесях с викой яровой. Количество фосфора в двухкомпо-нентных смесях было выше, чем в одновидовых посевах, на 29,89-72,84 кг/га, или на 22,42-68,36%. Также двухкомпонентные сидеральные смеси улучшили физические свойства почвы [11].
Таким образом, в ходе исследований определена эффективность использования в качестве сидеральных удобрений: 6-летнего пласта многолетних трав, а также клеверо-тимофеечной смеси второго и третьего годов пользования. Из однолетних трав на сидераты рекомендуется применять рапс яровой, редьку масличную, вику яровую, горчицу белую, овес - как одновидовые посевы, так и двухкомпонентные смеси в различных сочетаниях. В качестве одновидовых посевов в чистом виде рекомендуется использовать люпин узколистный и фацелию. Использование данного вида экологического органического удобрения способствовало улучшению качества минерального состава изучаемой почвы.
Применение зеленых удобрений в практике, реализуемой в сельском хозяйстве Камчатского края, позволяет осуществлять минимальную обработку почвы для выращивания культурных растений. Внедрение таких методов является важнейшей частью экологически безопасного органического сельского хозяйства.
Зеленые удобрения могут сыграть важнейшую роль в борьбе с эрозионными процессами почвы, способствуют увеличению биоразнообразия почвы, сокращению потерь питательных веществ, поддержанию и повышению плодородия почвы.
Литература
1. Довбан К.И. Зеленое удобрение. - М.: Агропромиздат, 1990. - 208 с.
2. Magdoff F., Harold van Es. Building soils for better crops: sustainable soil management. 3rd ed. - Linemark Printing, 2009. -294 p.
3. Щукин С.В. Экологизация сельского хозяйства (перевод традиционного сельского хозяйства в органическое). - М.: ФГБОУ ВПО «Ярославская гос. с.-х. академия», 2012. - 196 с.
4 Каштанов А.Н., Заславский М.Н. Почвоводоохранное земледелие. - М.: Россельсхозиз-дат, 1984. - 496 с.
5. Система земледелия Камчатского края: Сборник научных трудов / Камчатский НИИСХ. -Петропавловск-Камчатский: Камчатпресс, 2015 - С. 27-36.
6. Шалагина Н.М. Эффективность многолетних трав на сидерат в короткоротационном севообороте: Отчет НИР. - п. Сосновка, 2007. - С. 35-37.
7. Ступаков И.А. Воспроизводство плодородия почв в кормовых севооборотах // Земледелие. - 2001.- № 2.- С. 15-16.
8. Палиев М.А. Новый способ использования люпина на зеленое удобрение // Земледелие. -2004. - № 3. - С. 12.
9. Шалагина Н.М. Использование люпина узколистного и фацелии в условиях Камчатки: Отчет НИР. - п. Сосновка, 2010. - С. 24-29.
10. Шалагина Н.М. Изучение действий и последействий смеси однолетних сидеральных культур на урожайность картофеля, агрохимические и агрофизические свойства почвы: Отчет НИР. - п. Сосновка, 2019. - С. 25-30.
11. Шалагина Н.М. Изучение действий и последействий смеси однолетних сидеральных культур на урожайность картофеля, агрохимические и агрофизические свойства почвы: Отчет НИР, п. Сосновка, 2020. - С. 23-29.
