CC BY
4Обзорная статья
УДК: 633.853.52:631.452:631.559(510) https://doi.org/10.24412/2949-2211-1-4-12-18
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ О ВЛИЯНИИ БЕССМЕННОГО ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СОИ НА ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ, УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО ЗЕРНА В КИТАЙСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКЕ
Вэй Жань1- 2, Ольга Александровна Селихова2
1Хэйхэйское отделение Хэйлунцзянской академии сельскохозяйственных наук, ул. Хуаньчэнсилу 345, г. Хэйхэ, КНР
Дальневосточный государственный аграрный университет, ул. Политехническая, 86, г. Благовещенск, Россия
Аннотация. В статье представлены исследования китайских учёных о негативном влиянии бессменного посева сои на формирование урожая и качество семян, поражение болезнями, вредителями, плодородие почвы и состояние микробоценоза. В зависимости от длительности возделывания урожайность сои в бессменных посевах ниже на 18,6...35,3 %, чем в севообороте. Снижение происходит за счёт уменьшения количества основных узлов стебля, бобов и семян с одного растения, а также массы 100 семян и ограничения поступления элементов питания в растения, вызванного их дисбалансом. Процессы по ухудшению физических (уменьшение количества механически устойчивых и водопрочных агрегатов) и физико-химических (снижение показателя рН) свойств, потеря гумуса со снижением его качества (количества гуминовых кислот в его составе) способствуют снижению почвенного плодородия. При этом популяция корневых микробов выделяет токсины, что приводит к снижению количества полезных бактерий и увеличению количества грибов. Интоксикация также способствует уменьшению количества клубеньковых бактерий, приводит к ослаблению симбиотической азотфиксации, содействуя появлению вредителей и болезней. Вредные вещества, выделяемые корнями сои, вступают в химические реакции с ионами металлов в почве, снижая поглотительную способность корневой системы сои, что вызывает дистрофию растений. Также снижается количество и активность клубеньковых бактерий, тормозится азотфиксирующая способность растений сои, увеличивается рост вредителей и возбудителей болезней в почвенной среде.
Ключевые слова: соя, бессменный посев, урожайность, плодородие почвы, болезнь, вредитель, микроорганизмы.
Для цитирования: Вэй Жань, Селихова О. А. Влияние бессменного возделывания сои на плодородие почвы, урожайность и качество зерна в Китае // Агронаука. 2023. Том 1. № 4. С. 12-18. https://doi.org/10.24412/2949-2211-1-4-12-18
Review article
THE INFLUENCE OF CONTINUOUS SOYBEAN CULTIVATION ON SOIL FERTILITY, YIELD AND GRAIN QUALITY IN CHINA
Wei Ran1- 2, Olga A. Selikhova2
1Heihei Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, st. Huan-chengsilu 345, Heihe, 164300, China
2Far Eastern State Agrarian University, 86, Politekhnicheskaya st., Blagoveshchensk, Russia
Abstract. The article presents research by Chinese scientists on the negative impact of continuous soybean sowing on crop formation and seed quality, damage by diseases, pests, soil fertility and the state of microbial communities. Depending on the duration of cultivation, the soybean yield in continuous crops is 18.6...35.3% lower than in crop rotation. The decrease occurs due to a decrease in the number of main nodes of the stem, beans and seeds per plant, as well as the weight of 100 seeds and a limitation in the supply of nutrients to the plants caused by their imbalance. Processes of deterioration of physical (decrease
© Вэй Жань, Селихова О. А., 2023
in the number of mechanically stable and water-resistant aggregates) and physico-chemical (pH decrease) properties, loss of humus with a decrease in its quality (amount of humic acids in its composition), contribute to a decrease in soil fertility. At the same time, the root microbes population releases toxins, which leads to a decrease the useful bacteria amount and an increase fungi amount. Intoxication also promotes to reduce nodule bacteria amount, weakening symbiotic nitrogen fixation, facilitating the emergence of pests and diseases. Harmful substances released by the roots enter into chemical reactions with metal ions in the soil, reducing the absorption capacity of the soybean root system, which causes plant dystrophy. The amount and activity of nodule bacteria also decreases, the nitrogen fixation ability of soybean plants is inhibited, and the growth of pests and pathogens in the soil environment increases.
Keywords: soybean, continuous sowing, productivity, soil fertility, disease, pest, microorganisms.
For citation: Wei Ran, Selikhova OA. Vliyanie bessmennogo vozdelyvaniya soi na plodorodie pochvy, urozhainost' i kachestvo zerna v Kitae [The influence of continuous soybean cultivation on soil fertility, yield and grain quality in China]. Agronauka. Agroscience. 2023;1:4:12—18 (in Chinese). https://doi.org/10.24412/2949-2211-1-4-12-18
Соя - одна из самых востребованных культур в Китае. Из-за относительно высокой рентабельности посевные площади её в последние годы непрерывно увеличиваются. Так, в 2020 году в Китае они составили 9,86 млн га, что на 11,4 % больше, чем в 2019 году. Провинция Хэйлунцзян является лидером по производству сои. На её территории размещено 43,1 % от всех посевов данной культуры в стране. При таких обстоятельствах в структуре размещения посевов неизбежно увеличивается доля монокультуры (бессменный посев).
Цель исследования - изучение опыта влияния возделывания сои в монокультуре на плодородие почвы, фитосанитарное состояние посевов и формирование урожайности в Китае.
В результате исследований Zhang Dejian, Zhao Jiuzhou, Sun Changyan (1996); Сюй Янь-ли, Лю Сяобин, Хань Сяоцзэн, Ли Чуньцзе, Лю Цзиньбо (1999, 2008); Лю Чжунтан, Ю Луншэн (2000); Zhu Y, Shi F, Tian J и др. (2013) определено негативное влияние бессменного возделывания сои на рост и развитие растений, снижение урожайности и качества зерна. Для обеспечения устойчивого производства сои необходимо внедрение рациональной системы севооборотов.
Влияние бессменного посева на урожайность и качество сои
Бессменное возделывание сои (монокультура) сопровождается замедлением роста листовой поверхности, снижением
показателя площади поверхности листьев с одновременным уменьшением чистой продуктивности фотосинтеза и количества накопления сухого вещества. Следует отметить, что чем длиннее период выращивания культуры вне севооборота, тем больше негативное воздействие. При сравнительной оценке формирования урожайности сои в севооборотах и монокультуре выявлено, что растения сои в бессменных посевах были ниже, причём разница была более очевидной после периода цветения. Величина биологической продуктивности и темпы накопления сухого вещества сои при бессменном посеве были ниже данных показателей в севообороте, с увеличением разницы по мере продолжения вегетационного периода сои. Возделывание сои в бессменных посевах также негативно сказалось на росте корневой системы этой культуры. Ускоряется её старение с одновременным уменьшением вновь образованных (молодых) корешков. Это приводит к остановке развития корневой системы и снижению веса корней, по показателю которого растения сои можно расположить в следующей очерёдности, согласно структуре посева: севооборот > повторный посев > бессменный посев в течение нескольких лет. В монокультуре отмечено и сокращение количества клубеньков на корнях. По сравнению с возделыванием сои в севооборотах, в бессменных посевах в течение двух и трёх лет оно сокращается соответственно на 13,4...20,5 и 18,9...23,2 штук/ куст [1]. Исследователь Чжан Дэцзянь выя-
вил, что бессменное возделывание сои влияет не только на рост, но и на развитие растения. Так, вероятность опадания цветов и бобов сои в бессменных посевах в течение двух и трёх лет значительно выше по сравнению с возделыванием в севооборотах [2].
Согласно исследованиям Сюй Яньли и других, урожайность сои в бессменных посевах ниже на 18,6...35,3 %, чем в севообороте, в зависимости от длительности возделывания. Снижение происходит за счёт уменьшения количества основных узлов на стебле, бобов и семян с одного растения, а также массы 100 семян. При этом вероятность образования пустых бобов увеличивается (таблица 1) [3].
В 1997 году Лю Чжунтан заложил опыты по изучению влияния структуры размещения посевов на урожайность сои в 5 районах провинции Хэйлунцзян с различными экологическими условиями. Установлено, что урожайность сои в бессменных посевах была ниже, чем в севооборотах. Размер снижения урожайности увеличивался по мере продления срока возделывания сои в монокультуре. Средняя урожайность сои в севооборотах составила 1984,5 кг/га, урожайность в бессменных посевах снизилась на 10,4 % за 2 года, на 14 % за 3 и на 19,3 % за 4 года (таблица 2) [4].
Величина снижения урожайности при возделывании сои в бессменном посеве зависела от почвенно-климатического района. Так, в западных районах с засушливым климатом снижение в зависимости от длительности возделывания составило от 13,6 до 23,6 % в восточных, с обильной влажно-
стью, и от 6,9 до 17,8 % в холодных северных районах.
Содержание белка и жира являются наиболее важными показателями оценки качества сои. Изменение в почвенной микросреде ризосферы почвы, вызванное бессменным посевом этой культуры, может оказать определённое влияние на содержание белка и жира. Однако в случае краткосрочного непрерывного возделывания сои этот эффект недостаточно велик, чтобы выявить существенное различие с сево оборотом. Определено, что при трёхлетнем бессменном возделывании сои содержание белка увеличивалось, а жира значительно снижалось. Это может указывать на то, что изменения в ризосфере, накапливаясь в течение ряда лет, могут существенно влиять на содержание белка и жира в семенах [5]. Вместе с тем Сюй Юнхуа и другие исследователи считают, что бессменный посев меньше влияет на биохимический состав сои, чем экологические условия и генетические факторы самого сорта [6].
Влияние бессменного посева сои на плодородие почвы
Плодородие - это способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания и воде, обеспечивать их корневые системы воздухом и теплом. Многочисленными исследованиями доказано, что возделывание сои в бессменных посевах приводит к снижению почвенного плодородия - ухудшению физических (уменьшение количества механически устойчивых и водопрочных агрегатов) и физико-химических (снижение показателя рН) свойств, а также
Таблица 1 - Влияние бессменного посева на структуру урожая сои [3]
Структура размещения посевов сои На одном растении Масса 100 семян, г Урожайность, кг/га
узлов, шт. бобов, шт. семян, шт. вероятность пустых бобов, %
Севооборот 18,1 32,3 71,4 3,3 19,4 2733,0
Повторный посев 17,0 26,0 62,7 2,6 19,5 2224,5
Бессменный трёхлетний 17,0 25,6 59,2 5,1 19,0 1767,0
Таблица 2 - Влияние структуры размещения посевов на урожайность сои в различных районах провинции Хэйлунцзян [4]
Экологический район Урожайность в севообороте, кг/га Снижение урожайности в бессменных посевах, %
однолетнем двухлетнем трёхлетнем
Восточный 2449,5 6,9 12,6 17,8
Южный 2209,5 9,9 13,4 17,4
Западный 1414,5 13,7 15,8 22,6
Центрально-западный 1768,5 13,6 16,7 23,6
Северный 2080,5 7,8 11,5 15,3
Среднее значение 1984,5 10,4 14,0 19,3
потере гумуса со снижением его качества (количество гуминовых кислот в его составе) [7]. В настоящее время существуют две разные точки зрения, объясняющие снижение показателя pH почвы. Swat PhD и другие авторы считают, что снижение показателя pH происходит из-за того, что соя, фиксируя азот из воздуха, ограничивает поглощение минерального азота. В связи с этим общее количество катионов, поглощённых корневой системой, превышает количество анионов, остающихся в почвенном растворе, что в результате и приводит к подкислению ризосферы [8]. В то же время Ю. Гу-ану и другие исследователи полагают, что увеличение кислотности происходит за счёт процессов выделения органических кислот корнями сои и микроорганизмами [9]. Показатели pH почвы имеют очевидную положительную корреляцию с ферментативной активностью почвенной уреазы, каталазы, фосфатазы и инвертазы. Непрерывное возделывание сои привело к постепенному снижению активности ферментов уреазы, каталазы, фосфатазы и инвертазы в почве, особенно после двух лет выращивания сои. После 4...5 лет возделывания сои в бессменных посевах отмечена тенденция к повышению активности ферментов и показателя pH почвы. Результатами анализа динамики содержания различных элементов в почве выявлено, что содержание валовых форм азота, фосфора и калия существенно не изменилось с увеличением срока непрерывного возделывания сои, тогда как количе-
ство гидролизованного азота и доступного калия значительно снизилось. Уменьшилось и содержание таких микроэлементов, как цинк, молибден и бор. К тому же следует отметить ограничение поступления элементов питания в растения, которое было вызвано их дисбалансом и привело к сокращению урожайности сои.
Почвенный гумус является основой органического вещества почвы. По разным способам связывания и плотности его можно разделить на четыре состояния: рыхлый, связанный, стабильный и плотный. Исследования Ван Ли и других авторов показали, что на фоне постепенно уменьшающегося общего количества гумуса, связанного с продолжительностью срока непрерывного возделывания сои, аналогичная тенденция (уменьшение) проявляется по содержанию связанного и плотного его состояния, в то время как количество гумуса рыхлого и стабильного состояния показывает обратную тенденцию (увеличение). Это указывает на то, что долгосрочный бессменный посев сои способствует усилению минерализации органического вещества и приводит к снижению плодородия почвы.
Влияние бессменного посева сои на болезни и вредителей
Бессменный посев сои может вызывать ухудшение фитосанитарного состояния посевов, повысив распространение различных заболеваний и вредителей. Возделывание сои в монокультуре способствует массовому накоплению вредных организмов, таких как
соевая нематода, корневая гниль и корневой минер. Бессменный посев сои приводит к снижению поступления питательных веществ в корни по мере увеличения продолжительности непрерывного выращивания. При таком возделывании культуры популяция корневых микробов выделяет токсины, что приводит к снижению количества полезных бактерий и увеличению количества грибов, то есть к увеличению вероятности появления грибковых заболеваниях и вредителей. Интоксикация также способствует уменьшению количества клубеньковых бактерий, что, в свою очередь, приводит к ослаблению симбиотической азотфиксации, содействуя появлению вредителей и болезней. Кроме этого, вредные вещества, выделяемые корнями сои, вступают в химические реакции с ионами металлов в почве, что снижает поглотительную способность корневой системы сои, вызывая дистрофию растений, и способствует росту вредителей и возбудителей болезней в почвенной среде.
В опыте Сюй Яньли при сравнительной оценке возделывания сои в севообороте с монокультурой установлено, что распространение соевой нематоды, соевой плодожорки, а также зараженность корневой гнилью и серой пятнистостью при бессменном посеве существенно выше, чем в севообороте [10]. В то же время благодаря исследованиям Вэй Вэй и других научных сотрудников обнаружено, что плотность популяции возбудителя корневой гнили Fusarium в почве при бессменном возделывании сои в течение 20 лет была значительно ниже, чем при трёхлетнем. Исследование, проведённое Пан Фэнцзюань, показало, что количество соевых нематод при бессменном посеве сои в течении двух лет значительно увеличилось, а после 7 и более лет начало снижаться и мало различалось их количеством при возделывании в севообороте. По видимому, при долгосрочном использовании монокультуры сои почвенная экологическая среда и виды микробов изменились, что замедлило развитие популяции соевых нематод.
Влияние бессменного посева сои на почвенные микроорганизмы
Клубеньковые бактерии сои играют важную роль в экосистеме сельскохозяйственных угодий. Они оказывают влияние на разложение органического вещества почвы, разложение и синтез экзогенного органического вещества, на круговорот питательных веществ в почве, а также появление вредителей и предотвращение болезней. Многочисленными исследованиями доказало, что бессменное выращивание сои снижает разнообразие и нарушает баланс микробоценоза почвы, что приводит к уменьшению количества почвенных бактерий и увеличению количества грибов в ризосфере сои. Среди грибов снижается доля полезных, таких как Gliocladium и Trichoderma, выполняющих функции биологического контроля, и повышается доля вредных - Penicillium и Fusarium, способствующих появлению болезней.
Из-за сложных и разнообразных взаимосвязей между возбудителями болезней и большинством сапрофитных микробных популяций, при длительном бессменном возделывании сои в почве накапливаются факторы, тормозящие размножение соевой нематоды. Эти факторы могут быть тесно связаны с Paecilomyces spp., Verticillium spp., Streptomyces sp., Rhizobium sp., Trichoderma harzianum, Pochonia chlamydosporia, Paeci-lomyceslilacinus, Pseudomonas fluorescen., Hirsutella rhossiliensis, Hirsutella minnesotensis и Fusarium spp. [11]. В то же время бессменный посев сои приводит к уменьшению количества полезных бактерий. Исследования Хэ Чжихун показали, что непрерывное выращивание сои приводит к значительному снижению количества и активности клубеньковых бактерий, тормозит азотфик-сирующую способность растений данной культуры.
Выводы
Бессменное возделывание сои негативно сказывается на росте и развитии растений, снижая урожайность и качество зер-
на. Наряду с этим возделывание сои по сое более трёх лет приводит к подкислению почвенной среды, уменьшению количества механически устойчивых и водопрочных агрегатов почвы, снижению содержания и поступления в растения элементов питания, усилению минерализации гумуса, тем самым снижая его запасы и качество. При возделывании сои вне севооборота увеличивается вероятность появления почвенных вредных организмов, уменьшается количество полезных почвенных бактерий в ризосфере сои и увеличивается количество возбудителей грибных заболеваний. Не-
прерывное выращивание сои в монокультуре приводит к значительному снижению количества и активности симбиотических азотфиксирующих бактерий, тормозит азот-фиксирующую способность культуры сои. В долгосрочных бессменных посевах сои (более 7 лет) отмечено замедление развития соевых нематод, что требует дальнейшего изучения. Проведённый анализ позволяет утверждать необходимость внедрения рациональной системы севооборотов для обеспечения устойчивого производства сои в Китае.
Список источников
1. Сюй Яньли, Ли Чжаолинь, Хань Сяоцзэн и др. Прогресс исследований препятствий бессменного посева сои 1, вред бессменного посева сои // Soybean Bulletin. 2000. № 4. С. 11-12.
2. Zhang Dejian, Zhao Jiuzhou, Sun Changyan и др. Влияние бессменного посева на рост и развитие сои // Soybean Science. 1996. № 4. С. 326-331.
3. Сюй Яньли, Лю Сяобин, Хань Сяоцзэн. Влияние непрерывного выращивания сои на динамику роста и урожайность // Китайские сельскохозяйственные науки. 1999. Т. 32 № S1. С. 64-68.
4. Лю Чжунтан, Ю Луншэн. Исследование влияния непрерывного возделывания сои на их урожайность и качество // Soybean Science. 2000. Т. 19. № 3. С. 229-237.
5. Ян Цинкай, Нин Хайлун, Чжоу Юйчжун. Влияние бессменного посева в различных экологических условиях на химическое качество сои // Soybean Science. 2001. Т. 20. № 3. С. 187-189.
6. Xu Yonghua, He Zhihong, Liu Zhongtang и др. Влияние непрерывного выращивания на химическое качество сои // Soybean Science. 1997. Т. 16. № 4. С. 319-326.
7. Ли Сен, Яо Цинь, Лю Цзюньцзе и др. Прогресс исследований в области непрерывного выращивания сои // Soybean Science. 2020. Т. 39. № 2. С. 317-324.
8. Swart PHD, Diest A. V. The rock-phosphate solubilizing capacity of Pueraria javanica as affected by soil pH superphosphate priming effect and symbiotic N2 fixation // Plant and Soil. 1987. Т. 100. № 1/3. Р. 135-147.
9. Юй Гуанву, Сюй Яньли, Ван Гуанхуа и др. Прогресс исследований по проблеме непрерывного возделывания сои и снижения урожайности // Soybean Bulletin. 1993. № 1. С. 16-17.
10. Сюй Яньли, Ли Чуньцзе, Лю Цзиньбо. Влияние непрерывного возделывания сельскохозяйственных культур на появление болезней и вредителей сои в чернозёмных регионах Северо-Восточного Китая // Наука о сое. 2008. Т. 27. № 3. С. 471-474.
11. Zhu Y, Shi F, Tian J. et al. Effect of soybean monoculture on the bacterial communities associated with cysts of Heterodera glycines // Journal of Nematology. 2013. Т. 45. № 3. Р. 228-235.
References
1. Syui Yan'li, Li Chzhaolin', Khan' Syaotszen et al. Progress issledovanii prepyatstvii bessmennogo poseva soi 1, vred bessmennogo poseva soi [Research progress on the obstacles of continuous soybean planting 1, the harm of continuous soybean planting]. Soybean Bulletin. 2000;4:11-12. (in Chinese).
2. Zhang Dejian, Zhao Jiuzhou, Sun Changyan et al. Vliyanie bessmennogo poseva na rost i razvitie soi [The influence of continuous sowing on the growth and development of soybeans]. Soybean Science. 1996;4:326-331. (in Russ.).
3. Syui Yan'li, Lyu Syaobin, Khan' Syaotszen. Vliyanie nepreryvnogo vyrashchivaniya soi na dinamiku rosta i urozhainost' [The influence of continuous soybean cultivation on growth dynamics and yield]. Kitaiskie sel'skokhozyaistvennye nauki. Chinese agricultural sciences. 1999;32(S1):64-68. (in Chinese).
4. Lyu Chzhuntan, Yu Lunshen. Issledovanie vliyaniya nepreryvnogo vozdelyvaniya soi na ikh urozhainost' i kachestvo [Research on the effect of continuous cultivation of soybeans on their yield and quality]. Soybean Science. 2000;19(3):229-237. (in Chinese).
5. Yan Tsinkai, Nin Khailun, Chzhou Yuichzhun. Vliyanie bessmennogo poseva v razlichnykh ekologicheskikh usloviyakh na khimicheskoe kachestvo soi [The influence of continuous sowing under different environmental conditions on the chemical quality of soybeans]. Soybean Science. 2001;20:3:187-189. (in Chinese).
6. Xu Yonghua, He Zhihong, Liu Zhongtang et al. Vliyanie nepreryvnogo vyrashchivaniya na khimicheskoe kachestvo soi [Effect of continuous cultivation on the chemical quality of soybeans]. Soybean Science. 1997;16:4:319-326 (in Chinese).
7. Li Sen, Yao Tsin', Lyu Tszyun'tsze et al. Progress issledovanii v oblasti nepreryvnogo vyrashchivaniya soi [Research progress in continuous soybean cultivation]. Soybean Science. 2020;39:2:317-324. (in Chinese).
8. Swart PHD, Diest AV. The rock-phosphate solubilizing capacity of Pueraria javanica as affected by soil pH superphosphate priming effect and symbiotic N2 fixation. Plant and Soil. 1987;100:1/3:135-147.
9. Yui Guanvu, Syui Yan'li, Van Guankhua et al. Progress issledovanii po probleme nepreryvnogo vozdelyvaniya soi i snizheniya urozhainosti [Research progress on the problem of continuous soybean cultivation and yield reduction]. Soybean Bulletin. 1993;1:16-17. (in Chinese).
10. Syui Yan'li, Li Chun'tsze, Lyu Tszin'bo. Vliyanie nepreryvnogo vozdelyvaniya sel'skokhozyaistvennykh kul'tur na poyavlenie boleznei i vreditelei soi v cher-nozemnykh regionakh Severo-Vostochnogo Kitaya [The influence of continuous cultivation of agricultural crops on the emergence of soybean diseases and pests in the black soil regions of Northeast China]. Nauka o soe. Soybean Science. 2008;27(3):471-474. (in Chinese).
11. Zhu Y, Shi F, Tian J. et al. Effect of soybean monoculture on the bacterial communities associated with cysts of Heterodera glycines. Journal of Nematology. 2013;45(3):228-235.
Информация об авторах
Вэй Жань - мл. науч. сотр;
О. А. Селихова - канд. с.-х. наук, доцент, декан факультета агрономии и экологии
Статья поступила в редакцию 20.10.2023; одобрена после рецензирования 26.10.2023; принята к публикации 07.11.2023
Information about the authors
Wei Ran - Junior Researcher;
O. A. Selikhova - Cand. Agr. Sci., Associate Professor, Dean of the Faculty of Agronomy and Ecology
The article was submitted 20.10.2023; approved aftee reviewing 26.10.2023; accepted for publication 07.11.2023
