Действие сидератов на агрохимические свойства почвы в посевах озимой пшеницы, урожайность и качество зерна

Полный текст

Один из ключевых способов регулирования баланса гумуса в агроценозах – повышение содержания азота в почве, сокращение непродуктивных потерь питательных элементов и улучшение физических свойств почвы. Многие исследователи и специалисты в области сельского хозяйства считают, что этого можно достигнуть, применяя сидераты как самостоятельно, так и в сочетании с соломой. [3, 6, 10–12]

Ключевой фактор, определяющий средний уровень урожая – степень обеспеченности растений азотом. Особенно значимая роль у азота в агроценозах при возделывании сельскохозяйственных культур, которые отличаются по химическому составу, скорости разложения биомассы и технологии возделывания. [5, 7, 9] Постепенное накопление азота в почвах помогает развивать почвенное плодородие. Потребность растений в азоте сильнее, чем в других питательных элементах.

Азотный и биологический потенциал почвы во многом определяется количеством свежего растительного материала, его химическим составом и характером накопления в течение времени. Существенный вклад в увеличение содержания азота в почве вносят сидеральные культуры, пожнивные посевы, запашка соломы и других послеуборочных остатков, а также включение в севооборот однолетних и многолетних бобовых. [2]

Когда сидерат в севообороте, его действие всегда налагается на последействие других органических и минеральных удобрений. Сидерацию следует рассматривать не как альтернативу другим видам удобрений, а как дополнительный источник биологического азота и эффективное средство для увеличения содержания органических веществ.

Соотношение углерода к азоту в растениях сидеральных культур – важный показатель в оценке влияния сидерации на процессы минерализации и гумусонакопления. При узком соотношении углерода к азоту растительной массы сидератов органическое вещество более интенсивно подвергается микробиологическому распаду, а при широком – замедляются процессы минерализации. [1]

Для разработки эффективных методов использования сидератов в качестве накопителей гумуса и регулирования процесса гумификации–минерализации важно обладать информацией о составе и свойствах почвы, гидротермическом режиме, биологической активности, а также химическом составе сидеральных культур и соотношении в них углерода к азоту. [4, 8] Его можно регулировать путем изменения времени роста и вегетации сидератов, их видовым составом.

Цель работы – изучить влияние сидерации на агрохимические свойства почвы, урожайность и качество зерна озимой пшеницы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследования проводили в 2019–2023 годах. Севооборот: сидеральный пар – озимая пшеница – кукуруза на зерно – ячмень. Территория экспериментального участка входит в предгорную континентальную зону умеренно-теплого климата с умеренным увлажнением Кабардино-Балкарской Республики. Сумма положительных температур за активную вегетацию растений составляет 3057°С. Среднегодовая сумма осадков – 484 мм, большая часть (около 363 мм) выпадает за активную вегетацию (максимальное в мае-июне). Почва – чернозем обыкновенный среднемощный слабосмытый глинистый на карбонатных глинах. Содержание гумуса – 4,6%. Все сидеральные культуры (горох, яровая вика, горчица белая, суданская трава) запахивали в фазе цветения.

Объект изучения – районированный для Северо-Кавказского региона среднеспелый сорт озимой пшеницы Алексеич. Учет и наблюдения в опыте осуществляли по методике Б.А. Доспехова. Агротехника возделывания сельскохозяйственных культур общепринятая. Площадь делянки общая – 105 м², учетная – 34 м². Повторность четырехкратная. Расположение делянок систематическое. В почвенных образцах определяли нитратный азот (N-NO3) по ГОСТ Р 53219-2008, подвижный фосфор (Р2О5) и обменный калий (К2О) по Мачигину.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Разложение биомассы сидеральных культур представляет собой окислительно-восстановительный процесс, в результате которого освобождаются различные химические элементы. Интенсивность этого процесса в значительной степени зависит от качественного состава биомассы, прежде всего от соотношения углерода к азоту. Анализ надземной части сидеральных растений выявил, что растительная масса горчицы белой характеризуется более узким соотношением этих элементов в опыте, что приводит к повышению биологической активности почвы под агроценозом озимой пшеницы и минерализации органических веществ. [1] Содержание углерода в горохе максимально высокое, но повышенное содержание азота в надземной части растений обеспечило узкое соотношение C:N. Широкое соотношение C:N у суданской травы.

Таблица 1.

Качественная характеристика биомассы сидеральных растений, 2019 год

Вариант	Надземная часть			Корни
	содержание, %		соотношение C:N	содержание, %		соотношение C:N
	C	N		C	N
Горох	48	4,16	12:1	41	2,63	16:1
Горчица белая	42	3,84	11:1	45	2,28	20:1
Яровая вика	44	3,51	13:1	41	2,44	17:1
Суданская трава	46	2,43	19:1	38	1,76	22:1

 

Более узкое соотношение C:N приводит к минерализации азотных соединений, то есть качественный (элементный) и количественный состав биомассы горчицы белой, гороха и яровой вики способствует ускорению минерализации свежего органического вещества при запашке этих культур. Слишком большое содержание углерода в сидератах с широким соотношением C:N усиливает процессы иммобилизации азота, способствует быстрому размножению микроорганизмов и усвоению значительной части минерального азота. Важно отметить, что биомасса сидеральных культур не успевает полностью разложиться ко времени посева озимой культуры, что приводит к недостаточному высвобождению азота (табл. 1). Корреляционный анализ зависимости урожайности озимой пшеницы и качественного состава сидеральных культур выявил обратную корреляционную связь между урожайностью озимой пшеницы и соотношением C:N в биомассе сидеральных культур (r = –0,91785). Чем шире C:N в растительной массе сидеральных культур, поступающих в почву, тем ниже уровень азотного питания и урожайности в первый год сидерации.

 

Таблица 2.

Агрохимическая характеристика почвы агроценоза озимой пшеницы Алексеич в слое 0…40 см, 2019–2022 годы

Вариант	N-NO3, мг/кг почвы				P2O5, мг/100 г почвы				K2O, мг/100 г почвы
	посев	ВВВ	уборка	среднее за вегетацию	посев	ВВВ	уборка	среднее за вегетацию	посев	ВВВ	уборка	среднее за вегетацию
Контроль	18,6	19,2	10,4	16,1	2,1	2,7	2,4	2,4	21,3	21,8	22,7	21,9
Горох	21,4	22,5	12,5	18,8	3,2	4,1	3,7	3,7	26,4	26,7	32,5	28,5
Горчица белая	22,6	21,9	12,1	18,9	2,8	3,2	2,5	2,8	24,9	24,5	29,4	26,3
Яровая вика	21,6	17,3	11,7	16,7	3,1	3,8	3,3	3,4	27,3	27,1	28,6	27,7
Суданская трава	20,8	17,0	11,3	16,4	3,0	3,6	3,0	3,2	22,1	23,4	22,8	22,8

 

Из данных таблицы 2 видно, что содержание нитратных форм азота осенью перед посевом озимой пшеницы меньше в варианте сидерации суданской травой. При осеннем определении азотный режим был лучшим с горчицей белой. Обеспеченность почвы азотом в вариантах с горохом и яровой викой была близкой между собой. При определении содержания в почве нитратного азота весной наблюдали повышение его в варианте сидерации горохом и уменьшение с горчицей белой. Наиболее благоприятным азотным режимом чернозема обыкновенного за вегетационный период сорта Алексеич характеризовались варианты с горохом и горчицей белой. Азотный режим в варианте сидерации суданской травой был худшим.

Кроме азота, заделываемая биомасса сидеральных культур обеспечивает калием и фосфором в легкодоступной для сельскохозяйственных растений форме, что делает их эффективнее минеральных удобрений уже в первый год использования. Темпы образования доступных форм фосфора и калия в почве при запашке сидеральной массы превышают скорость, с которой эти элементы поглощаются растениями озимой пшеницы, что приводит к их накоплению в почве (табл. 2). По количественному содержанию фосфора и калия в почве агроценоза озимой пшеницы за вегетацию выделяются варианты сидерации горохом и яровой викой. В варианте с горохом содержание фосфора в почве в среднем превышало контроль на 54%, с яровой викой – 42%. В вариантах сидерации горохом и яровой викой превышение содержания калия в контрольном варианте составило 30,1 и 26,5% соответственно. Сидерация горчицей белой лишь на 4,2% увеличивала количество фосфора в почве относительно контроля, что обусловлено меньшим поступлением этого элемента с растительной массой. Из-за более медленного процесса минерализации растительных остатков горчицы белой и суданской травы по содержанию калия в почве эти варианты уступали гороху и яровой вике.

Как отмечают А.А. Завалин, О.А. Соколов условия питания растений влияют не только на количество, но и качество продукции растениеводства. Содержание белков в урожае – важнейший показатель для зерновых, зернобобовых и крупяных культур. Эффективный синтез и накопление белков в растениях зависят от множества факторов, но главный – объем и качество азотистой пищи, поступающей через корни. [5] Уменьшение использования минеральных удобрений в сельскохозяйственном производстве стимулирует поиск новых дополнительных источников азотного питания для растений. Запашка сидеральных культур увеличивает объем доступного растениям озимой пшеницы азота, который в последующем применяют при реутилизации азота из листьев в формирующееся семя, что способствует улучшению качества зерна.

 

Таблица 3.

Урожайность и качество зерна озимой пшеницы сорта Алексеич в зависимости от сидеральной культуры, 2020–2022 годы

Вариант	Урожайность, т/га	Прибавка		Содержание в зерне, %			Выход белка, т/га
		т/га	%	N	P2O5	K2O
Контроль	5,32	–	100	2,41	0,76	0,54	0,63
Горох	5,82	0,50	109	2,60	0,78	0,52	0,74
Яровая вика	5,69	0,37	107	2,55	0,81	0,53	0,71
Горчица белая	6,61	1,29	124	2,51	0,84	0,58	0,81
Суданская трава	5,30	-0,02	99,6	2,46	0,80	0,54	0,64
НСР05	0,26
Ошибка опыта, %	1,46

 

По результатам наших исследований, действие сидератов было эффективным в повышении урожайности озимой пшеницы. В среднем за три года урожайность сорта Алексеич в варианте сидерации горчицей белой увеличилась на 1,29 т/га (24%), горохом и яровой викой – 9 и 6% соответственно относительно контроля (табл. 3). Сидерация суданской травой приводила к снижению урожайности сорта Алексеич на 0,02 т/га. В вариантах сидерации содержание азота в зерне увеличилось на 2…8%, с горчицей белой был максимальный выход белка с урожаем, превысивший контрольные значения на 29%.

Выводы. В биологизированном севообороте обеспеченность культуры основными элементами питания зависит от объема и состава поступающего в почву свежего органического вещества. Эффективность действия сидератов определяется соотношением C:N в растительной массе сидеральных культур. Чем шире C:N, тем ниже уровень азотного питания и урожайности в первый год сидерации. Урожайность озимой пшеницы в среднем за три года в варианте с горчицей белой увеличилась на 24%, горохом и яровой викой – 9 и 6% соответственно относительно контроля. Выход белка с урожаем в варианте сидерации горчицей белой превысил контрольные значения на 29%.

Об авторах

Алим Юрьевич Кишев

«Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В.М. Кокова»

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.kish@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2838-6876
Scopus Author ID: 57221335709

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Россия, г. Нальчик, Кабардино-Балкарская Республика

Хачим Ахмедович Битов

«Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В.М. Кокова»

Email: a.kish@mail.ru

аспирант

Россия, г. Нальчик, Кабардино-Балкарская Республика

Владимир Сафарбиевич Бжеумыхов

«Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В.М. Кокова»

Email: a.kish@mail.ru
ORCID iD: 0009-0005-3047-8122

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Россия, г. Нальчик, Кабардино-Балкарская Республика

Список литературы

Дополнительные файлы