CC BY
82
УДК 633.2.263.631.82. 631.4
РАЙГРАС ОДНОЛЕТНИЙ КАК ИНДИКАТОР АГРОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ НА КОРМ И СЕМЕНА
© Н.А. Семенов, В.Н. Золотарев, А.Н. Снитко
Ключевые слова: райграс; урожайность; потери; инфильтрат; азот; кальций.
Дана оценка эффективности применения минеральных удобрений при возделывании райграса однолетнего сорта Рапид на семена и зеленую массу. Приведены результаты многолетних полевых и лизиметрических исследований по изучению роли и влиянию райграса в качестве предварительной и покровной культуры на экологические свойства почвы и в т. ч. - на миграцию нитратного азота, кальция за пределы почвенного профиля. Выявлено положительное влияние райграса на агрофизические и агрохимические свойства бедных дерново-подзолистых почв Нечерноземной зоны России, а также - на снижение потерь с инфильтрационным стоком биогенных элементов: азота, фосфора, калия, кальция. Определены оптимальные сроки посева райграса при за-лужении сеяных трав.
Райграс однолетний - раннеспелый рыхлокустовой злак верхового типа. Отличительная биологическая его особенность - непрерывный процесс корнеобразования в течение всего вегетационного периода. Мощное развитие корневой системы райграса оказывает положительное влияние на механические, физические и биологические свойства почвы. При этом улучшается структура почвы и повышается ее общая влагоемкость и нитрифицирующая способность, в связи с чем райграс является хорошим предшественником для многих культур [1].
МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования по изучению влияния применения ЫРК-удобрений на урожайность зеленой массы и семян райграса однолетнего тетраплоидного сорта Рапид проводили на опытном поле ВНИИ кормов им. В.Р. Виль-ямса.
Лизиметрические исследования проводили в лизиметрах с дерново-среднеподзолистой средне суглинистой почвой ненарушенного сложения, имеющей показатели: гумус - 2,08 %, рНсол. 5,8; гидролитическую кислотность 2,01 мг-экв./100 г почвы, общий азот 90,12 %, Р2О5 8,0 и К2О 17,5 мг/100 г. Плотность (в слое почвы 0-20 см) - 2,62; объемная масса (в н. в. - плотность) 1,28 г/см3; общая порозность - 53 и ППВ - 31,3 %; коэффициент фильтрации 6,28 см/сут. Изучалось влияние запашки вейника наземного, поросли ивы, мелколесья березы и осины на потери биогенных элементов на разновозрастной залежи.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Злаковые культуры весьма требовательны к условиям питания и отзывчивы на внесение в первую очередь азотных удобрений. Установлено, что на всех типах почв Центрального района РФ для получения высокой продуктивности злаковых трав низкий уро-
вень содержания азота в почве является первым фактором, лимитирующим урожай. Результаты исследований свидетельствуют, что азотные удобрения являются эффективным приемом повышения семенной продуктивности райграса однолетнего. С увеличением дозы азота с 30 до 120 кг/га отмечалось последовательное увеличение количества генеративных побегов с 774 до 920 шт./м2, числа колосков в соцветии с 13 до 15-16 штук, или на 15-23 %, длины соцветий на 2-4 см, или на 9-18 % по сравнению с контролем (табл. 1).
Вместе с тем более интенсивное развитие растений райграса при внесении азотных удобрений в дозах 90 и 120 кг/га в условиях достаточного увлажнения приводило к сильному полеганию травостоя. Так, степень полегания посевов, соответственно, составила: в фазу цветения 19 и 30 %, а в фазу налива семян 36-40 % против 6 % на контроле.
Оптимальной дозой азотных удобрений на фоне Р45К90, обеспечивающей вследствие низкой степени полегания травостоя наибольший сбор семян 1,31 т/га, или на 33 % выше по отношению к контролю, оказалась доза Увеличение дозы N до 90-120 кг/га д. в. не способствовало повышению биологической урожайности (> лишь на 29-55 кг/га), а в связи с полеганием ухудшало условия уборки.
Нерешенной экологической проблемой при использовании минеральных удобрений является их потеря в окружающую среду. В связи с этим в полевых и лизиметрических опытах изучалось влияние разных способов и сроков залужения сеяных трав с использованием райграса однолетнего в качестве как предварительной, так и покровной культуры на размеры потерь биогенных элементов за пределы почвенного профиля.
В качестве покровной культуры весной (или предварительной - при залужении сеяных трав в летний период) использован райграс однолетний как быстрорастущий злак и «отвлекающий на себя» в процессе роста нитраты, образующиеся в избытке при разложении дернины предыдущих лет. Выявлена прямая связь
Таблица 1
Влияние азотных удобрений на формирование структуры и урожайность семян райграса однолетнего сорта Рапид (в среднем за три года)
Доза удобрений, кг/га д. в. Полегание, % Кол-во генеративных побегов, шт./м2 Количество колосков в соцветии, шт. Урожайность семян Масса 1000 семян, г
всего в т. ч. зрелых биолог., г/м2 факт., т/га
Контроль(без удобрений) 6 740 660 12 120,3 0,80 4,94
Фон Р45К90 6 774 656 13 135,3 0,99 5,32
Фон + N30 7 816 710 15 152,4 1,14 6,44
Фон + N<50 12 841 718 15 161,9 1,31 6,54
Фон + №)0 35 875 735 15 164,8 1,29 6,93
Фон + N^0 40 920 736 16 167,4 1,26 6,54
НСР05 - 67 52 - 14,7 0,12 0,35
между размерами потерь N Са и величиной урожая. Максимум потерь Са с инфильтратом (до 300 кг/га) наблюдался при летнем сроке залужения по сравнению с весенним (65 кг) при Ы180РК с трехукосным использованием; по выносу N и К показатели близки. При создании бобово-злаковых травостоев (весенний срок залужения) потребление N и Са с урожаем увеличивается по сравнению с летним и, соответственно, составляет 169, 116 и 90, 105 кг/га. Больше всего в варианте (бобово-злаковые +РК) выносится с урожаем азота (135 кг), Са - 136 кг и Са с инфильтратом (121 кг/га) при летнем сроке залужения после уборки райграса на зеленый корм. На 2-й год потери N и Са снижались в связи с отсутствием внесения удобрений и созданием уравнительных посевов после весновспашки, хотя размеры вымывания Са с инфильтратом были высоки и достигали до 200 и более кг/га.
Выявлено, что в 1 -й год жизни трав нитраты накапливаются в инфильтрате в избытке при весеннем и особенно при летнем сроке залужения; если на варианте Ы180РК (весенний срок) в стоке было N-N03 8,5 мг/л, и вода была пригодна лишь для промышленных нужд, то при летнем сроке посева (после запашки райграса однолетнего как сидеральной культуры) содержание нитратов превышало ПДК и достигало 10-16 мг/л при Ыбо-ш соответственно. Проведенные исследования с внесением бесподстилочного навоза (эквивалентно-Ы300) в течение 5-ти лет показали, что такие дозы азота способствовали усиленному загрязнению грунтовых вод N-N0^ Безопасные уровни N в воде достигались на бобово-злаковом травостое на фоне РК. При летнем сроке посева даже на 2-й год жизни трав (при ^0-120) накапливаются нитраты до 11 мг/л, т. е. выше ПДК. Следовательно, ранее рекомендованный способ залу-жения многолетних трав под покров райграса однолетнего и посев трав в летние сроки после запашки, как сидерата - райграса или после его уборки на зеленый корм не гарантирует экологическую безопасность по уровню загрязнения грунтовых вод в год залужения, особенно на суглинистых почвах. На супесях допустимое содержание нитратов в воде достигается при весеннем сроке залужения под покров райграса однолетнего.
Изучение динамики объема вымывания нитратного азота за пределы почвенного профиля показало, что в первый год после залужения сеяных трав на всех типах и разновидностях почв отмечалась высокая концентра-
ция нитратов в инфильтрационном стоке, в т. ч. и без внесения азотных удобрений. Так, в инфильтрате с дерново-подзолистой супесчаной почвой содержание N-N0 превышало ПДК для питьевой воды в 8-10 раз, на суглинистой почве - в 2-4 раза, на торфяной (со степенью разложения 34 %) - в 4-6 раз. Это объясняется интенсивно происходящими в почвах процессами нитрификации после полной обработки почвы с последующим залужением трав или их перезалужением. В осенне-зимний периоды миграция нитратов особенно возрастает в торфяных и дерново-подзолистых суглинистых почвах. В ранне-весенний период миграция ^ NО3 снижается на суглинках в 2-3 раза, на супесях - в 8-10 раз, но его концентрация в инфильтрате превышает ПДК для питьевой воды в 1,4-4,0 раза. В торфяной почве концентрация N-NО3 в этот период часто достигает максимума - от 87 до 148 мг/л [2].
Исследования по оценке потерь азота и кальция в парующей почве и травяном звене севооборотов с различными травянистыми культурами показали, что под паром ежегодные потери азота достигали 140, а кальция - 122 кг/га. Концентрация (в парующей почве) кальция в инфильтрационном стоке варьировала по периодам года от 19 до 83 мг/л, составляя потери Са за три года 367 кг/га, а концентрация азота в стоке составила 95-98 мг/л при общих потерях за три года - 418 кг/га; под покровной культурой (райграс однолетний) содержание азота в инфильтрате уменьшалось и составляло 5-22, а содержание кальция - 14-40 мг/л. Вынос биогенных элементов под покровными культурами с дренажным стоком сократился по азоту в 11, а по кальцию в 3,4 раза по сравнению с парующей почвой. Инфильтрация в грунтовые воды под паром была на 43 % выше, чем под травами.
Таким образом, минимум загрязнения грунтовых вод нитратами наблюдается лишь при весеннем залу-жении злаковой и бобово-злаковой травосмесями под покров райграса. На суглинистой и супесчаной почвах содержание нитратов в инфильтрационном стоке во все периоды наблюдений (вегетационный, осенне-зимний и ранневесенний) не превышал ПДК для воды, пригодной для питья и поения скота. Годовые потери нитратного азота не превышали 3-6 кг/га.
При летнем сроке залужения после уборки райграса на зеленый корм из-за дополнительной обработки почвы и ускорения разложения корней предварительной культуры (райграса) создаются благоприятные условия
Таблица 2
Урожай травостоев с райграсом однолетним (г/м2 СВ)
Вариант 1-й год 2-й год 3-й год 4-й год Среднее
Дерново-подзолистая суглинистая почва
Без удобрений 390 420 617 526 488
Жидкий навоз + NPK 1095 930 1094 567 921
Райграс +жидкий навоз + NPK 1166 964 1089 698 979
Дерново-подзолистая супесчаная почва
Жидкий навоз + NPK 1123 767 675 451 754
Райграс + жидкий навоз + NPK 1131 807 765 473 794
для нитрификации и, следовательно, для увеличения загрязнения инфильтрационного стока нитратами. Со держание нитратов в инфильтрате на супеси при залу-жении злаковой травосмесью в летний период достигало 10 мг/л. В дальнейшем идет снижение концентрации азота нитратов, и на второй год жизни трав содержание нитратов не превышает ПДК для питьевой воды. Потери нитратного азота составляют 3-7 кг/га на суглинке и 8-16 кг/га на супеси.
Ранее высказанная научная гипотеза о целесообразности применения запашки однолетней культуры (райграса) как способа, способствующего иммобилизации азота и подавления (снижения), в результате этого процесса нитрификации экспериментально не подтвердилась. Этот прием на суглинистой и супесчаной почвах создавал, напротив, большую экологическую напряженность при залужении как злаковой, так и бобо-во-злаковой травосмесями. Содержание нитратов в инфильтрате часто превышало ПДК даже для воды, пригодной для промышленных нужд, и достигало > 10 мг/л. И даже на второй год жизни трав инфильтраци-онный сток нередко содержал высокую концентрацию нитратов - до 11 мг/л. Это обусловлено тем, что, кроме запашки дернины предыдущих лет, в почву дополнительно поступало до 25 кг/га азота, это усиливало нит-рификационные процессы в почве. При этом способе залужения отмечены самые высокие годовые потери азота - от 13 до 25 кг/га.
Исследования показали, что запашка сидерата (райграса) в сочетании с жидким навозом и NPK является эффективным приемом на суглинистых, но особенно эффективным - на легких - супесчаных почвах. Этот агроприем способствовал увеличению продуктивности злаковых и бобово-злаковых травостоев в 1,5-2,0 раза (табл. 2). Преимущество было на варианте с запашкой райграса однолетнего + жидкий навоз + где получен самый высокий урожай злаковых трав (7,94 и 9,79 т/га СВ).
Злаковый травостой был более отзывчив на орга-номинеральные удобрения, чем бобово-злаковый. Следует отметить, что дополнительная запашка сидерата (райграса) не оказала заметного влияния на потребление азота как агрофитоценозом, так и на баланс азота в почве в целом. Однако отмечено снижение потерь азота на 28 % за счет уменьшения инфильтрационного стока в супесчаной почве. По химическому составу сеяный травостой в основном не сбалансирован по содержанию фосфора и обеспечен калием и кальцием (табл. 3).
Таблица 3
Содержание Р, К, Са в сеяном травостое, % СВ на дерново-подзолистой почве
Вариант 1-й год 2-й год 3-й год 4-й год
Р 1 Са К | К К | Р Са | К
Суглинистая почва
Без удобрений 0,20 0,46 1,33 1,01 1,23 0,25 1,0 1,35
Жидкий навоз + NPK 0,22 0,54 2,51 1,73 2,18 0,29 0,63 1,68
Райграс + жидкий навоз + NPK 0,24 0,58 2,65 1,54 1,96 0,35 0,76 1,65
Супесчаная почва
Жидкий навоз + NPK 0,49 0,27 0,96 2,15 2,38 0,46 1,91 1,27
Райграс + жидкий навоз + NPK 0,26 0,46 2,57 2,37 2,61 0,43 0,75 2,34
При оценке концентрации азота в инфильтрацион-ном стоке применяли принятые (ГОСТ 1977) следующие критерии: при концентрации до 3 мг/л N-NО3 -вода чистая питьевая, до 6,8 мг/л - умеренно-загрязненная, пригодная для водопоя скота, до 9 мг/л -загрязненная, пригодная для промышленных нужд, а более 9 мг/л - недопустимо загрязненная, пригодная для использования только после очистки.
Для нитратного иона эти показатели составляют, соответственно, 13, 30, до 40 и более мг/л [3]. При весеннем посеве под покров райграса, урожайность которого по изучаемым вариантам изменялась от 150 до 283 г/м2 СВ, концентрация нитратов инфильтрацион-ного стока в течение вегетационного периода составила 1,2-8,5 мг/л.
Таким образом, экологическая безопасность создается при весеннем сроке залужения под покров райграса однолетнего. Технология создания сеяных сенокосов и пастбищ, включающая весеннее залужение посевом трав под покров райграса, перехватывающего N способствует снижению нитратов в инфильтрате в 1,3-2,4 раза [2, 4].
Особое внимание при окультуривании бедных по типологии почв - подзолистых следует обращать на интенсивное вымывание из почвы данного типа важнейших катионов Са++ и Мg.++ Эту актуальную проблему по связыванию кальция и магния в ППК необходимо решать в первую очередь при реставрации залежей (бывшей пашни) разного срока ее неиспользования. Максимум вымывания кальция приходится на пашню, а минимум - при запашке дернины старосеяного луга, интенсивно потребляемым Са райграсом однолетним по мере интенсификации минерализации дернины. Наиболее интенсивно «теряется» Са (229 кг/га за 2 г. , или 84 % от контроля) при запашке трудноминера-лизуемой биомассы поросли березы (табл. 4). Следовательно, по объему вымывания кальция и его потреблению с урожаем с учетом потенциальных его запасов в запаханной биомассе можно косвенно судить о степени минерализации запаханной в почву различной по видам растительной биомассы.
Таблица 4
Вынос кальция с инфильтратом при посеве райграса однолетнего в зависимости от типа запаханной биомассы
Тип запаханной 1-й год 2-й год за 2 года
биомассы кг/га % кг/га % кг/га %
Пашня-контроль 95 100 179 100 274 100
Дернина луга 37 39 47 26 84 31
Средневозрастная залежь с Вейником 49 52 135 75 184 67
Долголетняя залежь с
порослью: 57 60 128 72 185 68
ивы
осины 63 66 126 70 189 69
березы 86 91 143 80 229 84
ВЫВОДЫ
1. На дерново-подзолистых почвах оптимальной дозой азотных удобрений, обеспечивающей невысокую степень полегания травостоя и повышение урожайности семян на 33 % по сравнению с контролем, является ^о под предпосевную культивацию.
2. Миграция нитратов за пределы почвенного профиля возрастает в осеннее-зимний периоды и особенно - в торфяных и дерново-подзолистых суглинистых почвах. В ранне-весенний период миграция ^ N03 снижается на суглинках в 2-3 раза, на супесях - в 8-10 раз, но его концентрация в инфильтрационном стоке превышает ПДК для питьевой воды в 1,4-4,0 раза. В торфяной почве концентрация N-N03 в этот период достигает максимума - от 87 до 148 мг/л. Весенний срок залужения многолетних трав под покров райграса однолетнего позволяет снизить до уровня ПДК инфильтрацию N-N03 за пределы почвенного профиля.
3. При запашке в почву различных видов биомассы в процессе реставрации бывшей пашни (в н. в. залежи) минимум потерь Са с инфильтратом наблюдается при заделке не измельченной дернины луга, а максимум потерь - при заделке поросли березы. По мере процесса минерализации запаханной биомассы размеры потерь Са с инфильтрационным стоком снижаются.
ЛИТЕРАТУРА
1. Золотарев В.Н., Зотов А.А., Кошен Б.М. и др. Экологические и технологические основы возделывания райграса. Астана, 2008. 736 с.
2. Семенов Н.А., Муромцев Н.А., Сабитов Г.А., Короткое Б.И. Лизиметрические исследования в луговодстве. М.: Изд-во «Аверс Пресс», 2005. 498 с.
3. Ивлев А.М. Биохимия. М.: Высшая школа, 1986. 127 с.
4. Семенов Н.А., Ященко Н.И. и др. Патент. 2159026 RU. МКИ, 7Ф 01 В79/02. С.1-02. Способ снижения нитратного загрязнения грунтовых вод на осушаемых лугах - № 99106061. Заявлено 19.03.1999 г. Опубликовано 20.11.2000 г. Бюл. № 32. 7 с.
Поступила в редакцию 7 июля 2014 г.
Semenov N.A., Zolotarev V.N., Snitko A.N. ANNUAL RYEGRASS AS AN INDICATOR AGROGENIC IMPACT ON ECOLOGICAL PROPERTIES OF SOIL AT CULTIVATION FOR FODDER AND SEEDS
The article presents the assessment of the efficiency of using mineral fertilizers in cultivation of annual ryegrass varieties rapid on seeds and green mass. The results of long-term field and lysimetric studies on the role and impact of ryegrass as preliminary and cover crops on the ecological properties of soil and including migration of nitrate nitrogen, calcium outside the soil profile are given. Positive effect crops ryegrass on agrophysical and agrochemical properties of poor fertility of sod - podzolic soils of non-Chernozem Zone of Russia, as well as reduction of losses with water infiltration of a number of nutrients: nitrogen, phosphorus, potassium, calcium is disclosed. The optimal sowing date ryegrass with the formation of sowed grasses is considered.
Key words: ryegrass; yield; loss; infiltration; nitrogen; calcium.
Семенов Николай Афанасьевич, Всероссийский научно-исследовательский институт кормов им. В.Р. Вильямса, г. Лобня, Московская область, Российская Федерация, доктор биологических наук, руководитель группы лизиметрических исследований, e-mail: 8етепоу4040@таП.ги
Semenov Nikolay Afanasyevitch, All-Russian Scientific Research Institute of Feed named after V.R. Williams, Lobnya Moscow region, Russian Federation, Doctor of Biology, Head of Lysimetric Research Group, e-mail: semе[email protected]
Золотарев Владимир Николаевич, Всероссийский научно-исследовательский институт кормов им. В.Р. Вильямса, г. Лобня, Московская область, Российская Федерация, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, зав. отделом семеноводства и семеноведения кормовых культур, e-mail: [email protected]
Zolotarev Vladimir Nikolayevich, All-Russian Scientific Research Institute of Feed named after V.R. Williams, Lobnya Moscow region, Russian Federation, Candidate of Agriculture, Associate Professor, Head of Seed and Seed of Fodder Crops Department, e-mail: [email protected]
Снитко Анна Николаевна, Всероссийский научно-исследовательский институт кормов им. В.Р. Вильямса, г. Лобня, Московская область, Российская Федерация, аспирант, e-mail: semе[email protected]
Snitko Anna Nikolayevna, All-Russian Scientific Research Institute of Feed named after V.R. Williams, Lobnya Moscow region, Russian Federation, Post-graduate Student, e-mail: semе[email protected]
