CC BY
50
БОТАНИКА И ПОЧВОВЕДЕНИЕ
УДК 633.282:631.46
ПРОДУКТИВНОСТЬ МИСКАНТУСА СОРТА СОРАНОВСКИЙ ПЕРВОГО ГОДА ВЕГЕТАЦИИ И ДЫХАТЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ
С. Ю. Капустянчик, канд. биол. наук, И. Е. Лихенко, д-р с.-х. наук, СибНИИРС - филиал ИЦиГ СО РАН,
ул. С-100, зд. 21, пос. Краснообск, Новосибирская область, Россия, 630501, E-mail: kapustj anchiksv@mail.ru. lihenko@mail.ru А. А. Данилова, д-р биол. наук, СибНИИЗиХ СФНЦА РАН,
пос. Краснообск, Новосибирская область, Россия, 630501. E-mail: danilova7alb@yandex.ru
Аннотация. В Институте цитологии и генетики СО РАН культивируется новая техническая культура - мискантус сорта Сорановский, внесенный в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию с 2013 г. Исследования данной культуры были проведены в лесостепи Новосибирского Приобья в 2015 г. на полях СибНИИРС - филиал ИЦиГ СО РАН на серых лесных почвах. Было изучено влияние разных норм посадки (1,4, 2,8, 4,2 и 5,6 т/га) корневищ мискантуса на морфологические показатели и продуктивность культуры, а также проведена сравнительная оценка дыхательной активности почвы под культурой и паром. Благодаря специфической организации фотосинтетической деятельности по С4-пути мискантус отличается высокой эффективностью использования воды и колоссальной продуктивностью -урожайность сухой биомассы достигает 40 т с гектара. Статистически доказано, что изменение нормы посадки корневищ отражается на густоте стояния растений первого года вегетации: чем выше норма посадки, тем больше величина стеблестоя на участке исследования. Связи норм посадки с высотой растений не наблюдается. По результатам исследований 2015 года выявлена оптимальная норма посадки корневищ мискантуса - 2,8 т/га. В благоприятных гидротермических условиях 2015 г урожайность мискантуса составила 4,0 т/га. Дыхательная активность слоя почвы 0-20 см. при этом была на 15% выше в сравнении с парующей почвой, что свидетельствует о значимом накоплении органического вещества в почве даже под однолетней культурой мискантуса. Представленные данные носят предварительный характер, и для количественных оценок исследования будут продолжены.
Ключевые слова: биоэнергетика, мискантус, норма посадки корневищ, продуктивность, дыхательная активность почвы.
Введение. В настоящее время в мире используются невосполнимые источники энергетического сырья: нефть, газ, уголь, торф. При постоянном потреблении они, в конечном итоге, будут исчерпаны. Поэтому приоритетным направлением является использование биоэнергетических ресурсов [1, 2, 3, 4]. Стимулом к использованию биоэнергии также является стремление различных стран к сокращению вредных выбросов в атмосферу. В связи с этим ведутся исследования и создаются энергоплантации как с целью эффективной редукции ими атмосферного углекислого газа, так и использования их биомассы для получе-
ния энергии (прямое сжигание, получение горюче-смазочных материалов и биогаза) [5]. Одной из перспективных биоэнергетических культур является мискантус, имеющий более высокую продуктивность по сравнению с другими видами многолетних трав, представляющий собой многолетнее травянистое корневищное растение. Благодаря специфической организации фотосинтетической деятельности по С4-пути мискантус отличается высокой эффективностью использования воды и колоссальной продуктивностью - урожайность сухой биомассы достигает 40 т с гектара [6, 7].
В Институте цитологии и генетики СО РАН проводится поиск альтернативных источников целлюлозосодержащего сырья среди видов, подходящих для выращивания в условиях Западной Сибири. В настоящее время культивируется новая техническая культура -мискантус сорта Сорановский, внесенный в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию с 2013 г. [8]. Методами фенотипирования и анализа ДНК новая техническая культура отнесена к виду Miscanthus sacchariflorus. Данный сорт в связи с морозостойкостью и высокой урожайностью сухой биомассы в Сибири часто рассматривается как новый сырьевой источник целлюлозы.
Значительное внимание в мире уделяется проблеме переработки биомассы с целью получения биотоплива. При этом остаются слабо изученными вопросы влияния энергетических культур на свойства почв. В частности, с экологической точки зрения, важна проблема накопления органического вещества в почве в результате произрастания данных культур. Эти данные необходимы для расчетов количества атмосферного углерода, связываемого плантацией. Актуальность проблемы сикве-стирования атмосферного углерода (закрепление углерода в составе сложных органических веществ почвы) существенно возрастает в связи с мероприятиями по снижению эмиссии парниковых газов в атмосферу [9].
Как известно, количество накопившегося за один вегетационный период углерода почвы сложно оценить прямыми методами [10]. Для сравнительных оценок возможно использование данных по продукции СО2 почвой (дыхание).
Цель работы: установить влияние нормы посадки корневищ на морфологические параметры и продуктивность мискантуса первого года вегетации и выявить влияние продуктивности на дыхательную активность почвы.
Данной цели соответствуют следующие задачи: оценить высоту, густоту стояния и продуктивность растений при разных нормах посадки корневищ мискантуса и выявить различия дыхательной активности почвы под мискантусом и паром.
Методика. Исследования проводились в условиях лесостепи Новосибирского Приобья в 2015 году на полях СибНИИРС - филиал ИЦиГ СО РАН с нормой посадки корневищ
1,4, 2,8, 4,2 и 5,6 т/га. Почва опытного поля -серая лесная. В пахотном слое содержание гумуса составляло 3,4 %, мощность гумусового горизонта 30-35 см. Обеспеченность почвы подвижным фосфором (Р205 - 39,1мг/100 г) -высокая, обменным калием (К2О5-11,4 мг/100 г почвы) - повышенная, подвижным азотом (3,3 мг/кг) - недостаточная. Реакция почвенного раствора (рН солевое) - 6,6. Данные почвенные характеристики являются оптимальными для выращивания мискантуса [5]. Посадка корневищ мискантуса осуществлялась весной 14 мая на глубину почвы 10-15 см при среднесуточной температуре воздуха 16 оС и влажности почвы 42 %. Данные метеостанции Огурцово по температуре воздуха и осадкам позволяют охарактеризовать вегетационный период 2015 года как умеренно увлажненный с ГТК по Селянинову 1,3. Для определения динамики накопления сухой массы и продуктивности культуры отбирали растительные образцы с 0,25 м2 по фазам развития культуры - всходы, кущение, цветение, отмирание побегов. Дыхательную активность почвы определяли в лабораторном опыте по методу И.Н. Шаркова [11]. Для предварительных оценок сравнивали показатели почвы после однолетней культуры мискантуса и после однолетнего пара. Образцы почвы были отобраны по слоям 0-10 и 10-20 см в сентябре 2015 г.
Результаты. 1. Продуктивность мискантуса первого года вегетации. Вегетационный период является одним из основных биологических признаков растений и имеет решающее значение для получения высокого урожая [12]. Начало появления всходов мискантуса отмечено 2 июня; 8 июня всхожесть достигла 77%. В течение вегетации для характеристики состояния посадок мискантуса проводили подсчет густоты стеблестоя. Максимальное количество растений отмечено на участках с нормой посадки 4,2 и 5,6 т/га - 63 и 75 шт./м2, причем имеются существенные различия с нормой посадки 1,4 и 2,8 т/га - 43 и 46 шт./м2 при стандартной ошибке 6,1 (п=5). Значения высоты растений мискантуса не имеют существенных различий на участках с разными нормами посадки корневищ при стандартной ошибке 5,3 (п=10) и составляют диапазон от 86,7 до 89,7 см. С начала всходов происходит постепенное накопление биомассы растений (рис. 1).
Рис. 1. Динамика накопления биомассы мискантуса первого года вегетации
(учет 10 растений с делянки)
При оценке 10 растений с каждого варианта отмечено, что существенных различий между вариантами не наблюдается - до фазы кущения происходит равномерное накопление биомассы между вариантами, в дальнейшем наблюдается несущественное повышение на варианте с нормой посадки 2,8 т/га. К фазе отмирания побегов наблюдается потеря сухого вещества за счет частичного опада листьев. В конце вегетации были отобраны пробные снопы для определения продуктивности культуры в первый год вегетации. Продуктивность биомассы мискантуса составила 2,8, 4,0, 4,2 и 3,0 т/га в соответствии с нормой посадки 1,4, 2,8, 4,2 и 5,6 т/га, т.е. при увеличении нормы посадки до 4,2 т/га продуктивность культуры не увеличивается. Обычно мискан-тус первого года выращивания не скашивают из-за низкого выхода биомассы, не превышающего обычно 1-2 т/га. В нашем исследовании благодаря благоприятным условиям вегетационного периода продуктивность
культуры была выше, чем отмечено в литературных источниках.
Таким образом, изменение нормы посадки корневищ отражается на густоте стояния растений - чем выше норма посадки, тем больше величина стеблестоя на участке и, соответственно, на продуктивности культуры -при превышении нормы посадки корневищ до 2,8 т/га не отмечается существенного прироста биомассы. Связи норм посадки с высотой растений не наблюдается. По результатам исследований 2015 года выявлена оптимальная норма посадки корневищ мискан-туса - 2,8 т/га.
2. Дыхательная активность почвы. Источником продукции СО2 являются прежде всего легкодоступные для микробной утилизации свежие содержащиеся в почве органические вещества, то есть оценивая этот показатель, мы можем судить о количестве последних. В первый год исследований сделали ориеитировочиые оценки (рис.2 и 3).
14 21
Дни после начала опыта
Рис. 2. Дыхательная активность почвы под мискантусом и паром (слой 0-20 см)
В начальный период опыта дыхательная активность почвы под мискантусом была достоверно выше, чем в почве без растений, что свидетельствует о более высоком содержании органического вещества в первом варианте. Следовательно, даже за один год произрастания культура мискантуса связывает в органическом веществе почвы значимое количество углерода. Однако, достаточно быстро (через 14 дней инкубации) показатели вариантов сравнялись, то есть накопленный углерод
0-10 см 10-20 см
Рис. 3. Дыхательная активность почвы в слое почвы 0-10 и 10-20 см
находился в доступной для микробной утилизации форме, и очень быстро разлагался.
Следующий шаг наших исследований заключался в уточнении слоя почвы, подверженного влиянию однолетней культуры мис-кантуса. Как видно из рис. 3, отмеченная выше закономерность наблюдалась в обоих изученных слоях, то есть при произрастании мис-кантуса обогащение органическим веществом происходило во всем слое 0-20 см.
Средние данные в целом по опыту показывают достоверное повышение дыхательной активности слоев почвы при произрастании мискантуса. Различия были достоверны в обоих слоях и составили 15%. Таким образом, произрастание мискантуса в течение одного вегетационного периода способствовало значимому повышению запасов органического вещества в почве.
Отметим, что представленные данные носят предварительный характер и для количественных оценок исследования будут продолжены.
Выводы. 1. Выявлено, что при благоприятных погодных условиях года оптимальная норма посадки корневищ мискантуса составила 2,8 т/га - эта величина превышает известный в литературе уровень продуктивности однолетней культуры мискантуса.
2. Отмечено повышение дыхательной активности слоя почвы 0-20 см при произрастании культуры в течение одного вегетационного периода на 15% в сравнении с парующей почвой, что свидетельствует о значимом накоплении органического вещества в почве даже под однолетней культурой мискантуса.
Литература
1. Панцхава Е. С., Шипилов М. М. Биоэнергетика в агропромышленном комплексе России // Энергия. Экономика. Техника. Экология. 2007. № 8. С. 30-34.
2. Логвинов И. И. Развитие биогазовой отрасли в Омской области // Инновации Технологии Решения. 2005. № 5. С. 22-23.
3. Осадчий Г. Б. Солнечная энергия, её производные и технологии их использования (Введение в энергетику ВИЭ). Омск : ИПК Макшеевой Е.А., 2010. 572 с.
4. Селин В. В. К вопросу о разработке концепции использования биотоплива в энергобалансе Калининградской области // Электрика. 2006. № 8. С. 9-12.
5. Клочков А. В., Кацер Д. В. Биоэнергетика в сельском хозяйстве : научно-методическое пособие. Горки : Белорусская государственная с.-х. академия, 2009. 64 с.
6. Clifton-Brown J.C., Lewandowski, I. Water use efficiency and biomass partitioning of three different Miscan-thus genotypes with limited and unlimited water supply // Annals of Botany. 2000. V. 86. P. 191-200.
7. Heaton E.A., Dohleman F.G., Long S.P. Meeting US biofuel goals with less land: the potential of Miscanthus // Global Change Biol. 2008. V. 14. P. 2000-2014.
8. Поиск возобновляемых источников целлюлозы для многоцелевого использования / Шумный В. К. [и др.] // Вестник ВОГиС. 2010. Т. 14. № 13. С. 569-578.
9. Семенов В. М., Когут Б. М. Почвенное органическое вещество. М. : Геос, 2015. 232 с.
10. Нечаева Е. Х., Марковская Г. К., Мельникова Н. А. Параметры оценки биологической активности почвы / Эпоха науки. 2015. № 4. С. 495-498.
11. Шарков И. Н. Совершенствование абсорбционного метода определения СО2 из почвы в полевых условиях // Почвоведение. 1987. №1. С. 127-138
12. Гущина В. А. Динамика роста и развития мискантуса гигантского первого года жизни // Сборник материалов Всерос. науч.-практич. конф . (Энергосберегающие технологии в ландшафтном земледелии). Пенза, 2016. С. 204-207.
PRODUCTIVITY OF MISCANTHUS SORANOVSKI VARIETY
OF THE FIRST YEAR OF VEGETATION AND SOIL RESPIRATORY ACTIVITY
S. Yu. Kapustyanchik, Cand. Bio.Sci.,
I. E. Lihenko, Dr. Agr. Sci.
Siberian Research Institute of Plant and Selection,
21, C-100 St., Krasnoobsk, Novosibirskaia oblast, 630501 Russia
E-mail: kapustjanchiksv@mail.ru, lihenko@mail.ru
A. A. Danilova, Dr.Bio.Sci.
Siberian Research Institute of Soil Management and Chemicalization of Agriculture, Krasnoobsk, Novosibirskaia oblast, 630501 Russia E-mail: danilova7alb@yandex.ru
ABSTRACT
Important objective today is the search and development of alternative sources of energy, including biomass plants. Bioenergy crops are the main. They reduce the greenhouse effect because of the large growth of biomass and hinder soil erosion due to the root system spreading. Miscanthus is a promising bioenergy crop. It has higher productivity as compared with other types of perennial grasses. Miscanthus of Soranovsky variety is cultivated as a new technical culture at the Institute of Cytology and Genetics. It is included in the State Register of Selection Achievements. Studies of culture were performed in the forest steppe of Novosibirsk, Priobie region in 2015 on the Siberian Research Institute's plant and selection fields on gray forest soils. Effect of various norms of planting Miscanthus rhizomes (1, 4, 2, 8, 4, 2 и 5, 6 t / ha) on morphological indicators and productivity of culture was studied. Comparative evaluation of the respiratory activity of the soil under the culture and fallow was conducted. Variation of norms of planting Miscanthus rhizomes affects the plant population of the first year of vegetation - the higher norms of rate of planting, the greater the of stalks in plantings. Links of norms of boarding with the plant height was not observed. Optimum rate of planting Miscanthus rhizomes was identified (2.8 t / ha). Miscanthus productivity was 4.0 t / ha in favorable hydrothermal conditions 2015. Carbon dioxide efflux from soil layer 0-20 cm was 15% higher in comparison with the fallow soil. This shows significant accumulation of organic matter in the soil even in the annual miscanthus. The data are preliminary and quantitative studies assessments will continue.
Key words: bioenergetics, miscanthus, rate of rhizomes planting, productivity, carbon dioxide efflux from soil, soil respiratory activity.
References
1. Panchava E. S., Shipilov M. M. Biojenergetika v agropromyshlennom komplekse Rossii (Bioenergy in Russia's agro-industry), Jenergija, Jekonomika, Tehnika, Jekologija, 2007, No. 8. S. 30-34.
2. Logvinov I. I. Razvitie biogazovoj otrasli v Omskoj oblasti (Development of oil and gas industry in Omskaya oblast), Innovacii Tehnologii Reshenija, 2005, No. 5, pp. 22-23.
3. Osadchij G. B. Solnechnaja jenergija, ejo proizvodnye i tehnologii ih ispol'zovanija (Vvedenie v jenergetiku VIJe) (Solar energy, its derivatives and their use technologies) (Introduction into energetics VIE), Omsk, IPK Maksheevoj E.A., 2010, 572 p.
4. Selin V. V. K voprosu o razrabotke koncepcii ispol'zovanija biotopliva v jenergobalanse Kaliningradskoj oblas-ti (To the issue of biofuel use concept development in energy-balance of Kalinigradskaya oblast), Jelektrika, 2006, No. 8, pp. 9-12.
5. Klochkov A. V., Kacer D. V. Biojenergetika v sel'skom hozjajstve (Bioenergy in agriculture), nauchno-metodicheskoe posobie, Gorki, Belorusskaja gosudarstvennaja s.-h. akademija, 2009, 64 p.
6. Clifton-Brown J.C., Lewandowski, I. Water use efficiency and biomass partitioning of three different Miscan-thus genotypes with limited and unlimited water supply, Annals of Botany, 2000, V. 86, P. 191-200.
7. Heaton E.A., Dohleman F.G., Long S.P. Meeting US biofuel goals with less land: the potential of Miscanthus, Global Change Biol, 2008, V. 14, P. 2000-2014.
8. Shumnyj V.K., Kolchanov N.A., Sakovich G.V., Parmon V.N., Veprev S.G., Nechiporenko N.N., Gorjach-kovskaja T.N., Brjanskaja A.V., Budaeva V.V., Zheleznov A.V., Zheleznova N.B., Zolotuhin V.N., Mitrofanov R.Ju., Roza-nov A.S., Sorokina K.N., Slyn'ko N.M., Jakovlev V.A., Pel'tek S.E. Poisk vozobnovljaemyh istochnikov celljulozy dlja mnogocelevogo ispol'zovanija (Search for renewable sources of cellulose for multi-purpose use), Vestnik VOGiS, 2010, T. 14, No. 13, pp. 569-578.
9. Semenov V. M., Kogut B. M. Pochvennoe organicheskoe veshhestvo (Soil organic matter), Moscow, Geos, 2015, 232 p.
10. Nechaeva E. H., Markovskaja G. K., Mel'nikova N. A. Parametry ocenki biologicheskoj aktivnosti pochvy (Parameters for evaluation of soil biological activities), Jepoha nauki, 2015, No. 4, S. 495-498.
11. Sharkov I. N. Sovershenstvovanie absorbcionnogo metoda opredelenija CO2 iz pochvy v polevyh uslovijah (Improvement of absorption method for determination of CO2 from soil in field conditions), Pochvovedenie, 1987, No. 1, pp. 127-138
12. Gushhina V. A. Dinamika rosta i razvitija miskantusa gigantskogo pervogo goda zhizni (Dynamics of growth and development of giant miscantus of the first year), Sbornik materialov Vseros. nauch.-praktich. konf . (Jenergosberega-jushhie tehnologii v landshaftnom zemledelii), Penza, 2016, pp. 204-207.
УДК 631.455.24:631.82:631.417
ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТИ И МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА СОДЕРЖАНИЕ, ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ И БАЛАНС ГУМУСА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ЕВРО-СЕВЕРО-ВОСТОКА
Н. Т. Чеботарев, д-р с.-х. наук, А. А. Юдин, канд. экон. наук, Н. В. Булатова,
ФГБНУ НИИСХ Республики Коми,
ул. Ручейная, 27, г. Сыктывкар, Россия, 167023
E-mail: audin@rambler.ru;
А. В. Облизов, канд. экон. наук,
ГОУ ВО КРАГСиУ,
ул. Коммунистическая, 11, г. Сыктывкар, Россия, 167982 E-mail: oblizov_a@mail.ru
Аннотация. В длительном полевом стационарном опыте на дерново-подзолистой слабо-окультуренной почве проведены исследования по влиянию извести (последействие 1983 года) и ежегодного внесения минеральных удобрений, рассчитанных по выносу NPK запланированным урожаем многолетних трав, на изменение свойств почвы, в том числе гумуса. В результате исследований установлено влияние последействия извести и минеральных удобрений на изменение содержания органического вещества в почве, а также групповой и фракционный состав гумуса. Определено, что минеральные удобрения и мелиоранты оказывали значительное влияние на изменение баланса гумуса, а также групповой и фракционный его состав. Наши исследования показали, что запасы гумуса в почве опытного участка составили 44,2-46,8 т/га. Объемы поступления в почву корнепожнивных остатков по вариантам опыта были 3,9-5,3 т/га, наибольшее их количество получено в вариантах применения NPK по известкованной почве -5,0-5,3 т/га и урожайность многолетних трав по указанным вариантам была наибольшей (4,54,8 т/га с.в.). В процессе гумификации и минерализации органического вещества корнепожнив-ных остатков количество новообразованного гумуса составило 0,7-0,95 т/га, естественно самое большое его количество также было в вариантах NPK и мелиорантов (0,90-0,95 т/га). Наибольший баланс гумуса получен также в вышеуказанных вариантах опыта. Использование извести и минеральных удобрений повышало в составе гумуса сумму гуминовых кислот с 21,8 до 27,7 %, в варианте без удобрений - 19,3 %. Особенно увеличилась (с 2,3 до 7,9 %) фракция ГК-2, свя-
