Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

При получении продукции садоводства из агроэкосистемы с урожаем плодовых культур изымается до 80 % всей созданной фотосинтезом биомассы, включая основную и побочную продукцию. По мнению многих исследователей, побочная продукция из отчуждаемой биомассы может и должна вернуться обратно в агроэкосистему в виде органических остатков [1, с. 4]. Именно тот факт, что из агрономических экосистем выносятся значительные количества элементов питания с полученной продукцией, отрицательно влияет на продуктивность всей системы в будущем [2, с. 24].

Получение любых уровней урожайности сельскохозяйственных культур и стремление к получению максимального, генетически обусловленного урожая, даже на высокоокультуренных почвах, возможно при соблюдении основного закона земледелия – закона возврата источников энергии и вещества, когда в полной мере удовлетворяется потребность растений в питательных веществах, при своевременном и качественном проведении агротехнических мероприятий для возделываемой культуры [3, с. 47].

Еще в начале века было определено, что для повышения адаптационного потенциала различных агроэкосистем необходимо разработать системы удобрений, включающие в себя максимально рациональное использование побочной продукции и пожнивно-корневых остатков [4, с. 15]. С биомассой разных культур, по данным Г.В. Добровольского и др., от общего количества в урожае в почву возвращается 27…60,5 % азота, 18,5…51,7 % фосфора, 16,7…48,1 % калия и 27,6…54 % кальция. С каждой тонной соломы в почву возвращается 8,5 кг азота, 3,8 кг фосфора, 13 кг калия, 4,2 кг кальция, 0,7 кг магния и ряд микроэлементов, которые накапливаются в соломе в большей степени, чем в зерне (железа от 10 до 30 г/т, марганца от 15 до 70 г/т, меди от 2 до 5 г/т, цинка от 20 до 50 г/т, молибдена от 0,2 до 0,4 г/т, бора от 2 до 5 г/т) [5, с. 20].

Дефицит органического вещества и ухудшение его качества способствует падению не только агрохимических и агрофизических, но и биологических свойств почвы, что в свою очередь ухудшает экологическое состояние и снижает почвенное плодородие [6, с. 220]. Биомасса органического вещества, поступающая в почву после той или иной культуры, влияет на процесс гумусообразования, фитосанитарное состояние почвы, а элементы питания, выделенные в процессе разложения растительных остатков, могут использоваться сельскохозяйственными культурами эффективнее, чем из минеральных удобрений [7, с. 37]. Д.Н. Прянишников в середине прошлого века писал о том, что от качества и количества растительного материала, энергии и характера его разложения зависят агрофизические свойства почв, но в большой мере изменяется режим минерального питания последующих культур [8, с. 278]. Эти положения подчеркивал В.И. Кирюшин [9, с. 297–298].

В настоящее время в Южной Осетии задачи интенсификации использования возобновляемых биоресурсов, поддерживающих механизмы саморегуляции и круговорот биофильных элементов в агроэкосистемах, приобретают все большую актуальность, а биомасса растительных остатков сельскохозяйственных культур составляет важную приходную часть баланса органического вещества почвы и обеспечивает устойчивость агробиоценозов.

Цели и задачи исследований

Оптимизация круговорота органоминеральных веществ в агроэкосистемах явилась движущим фактором проведения наших исследований с целью разработки системы сидерации в плодовом саду и винограднике как агротехнического приема. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) подобрать сидеральные культуры и систему сидеральных посевов для климатических условий Южной Осетии, агротехники плодовых садов и виноградников;

2) определить качественный и количественный состав зеленой массы выбранных сидеральных культур;

3) изучить последовательность разложения органической массы сидератов и накопление питательных веществ в почве в различные моменты вегетационного периода;

4) определить влияние сидератов на динамику биологической активности почвы;

5) определить влияние различных сидератов на урожайность, рост и развитие плодовых культур и винограда.

Место и условия проведения исследований

Опыты проводили в течение четырех лет в 2012–2015 гг. в условиях предгорной зоны Южной Осетии. Опытные участки яблоневого сада (0,6 га) и виноградника (0,3 га) прилегали друг к другу и находились в пос. Знаур на склоновых землях с уклонами менее 5 °. Яблоневый сад представлен 6–9-летними деревьями поздних сортов (Флорина, Орфей, Марго и Гранатовое), на участке виноградника возделывалось 2 сорта (Ркацители и Саперави Северный) такого же возраста.

Климат территории переходный от степного к умеренно влажному с жарким летом. Среднегодовая температура воздуха колеблется в пределах 9,5–10,3 °С. Наиболее высокая степень нарастания температур воздуха наблюдается в мае. Сумма активных температур колеблется в пределах 3500–3700 °С. Безморозный период свыше 250 дней, период с активными температурами составляет 185 дней. Годовая сумма осадков варьирует в пределах 481–600 мм с минимумами в декабре и августе, максимум осадков приходится на май и составляет 70–90 мм.

Почвы участков темно-коричневые лесные черноземовидные, мощность горизонта (А + В) составляла 0,6 м. Профиль до 1,5 м хорошо дифференцирован, структура зернисто-мелкокомковатая. Подстилающие породы – глинистые толщи и лессовидные суглинки, местами сильно обогащенные известью. Содержание гумуса 2,0…3,5 %. Общего азота 0,15…0,27 %, гидролизуемого азота 41–64 мг/100 г почвы. Содержание подвижных форм фосфора очень низкое (2…7 мг/100 г почвы), обеспеченность калием средняя (30 мг/100 г почвы К2О). Содержание поглощенного кальция составляет 44,5…52,0 мг-экв./100 г почвы, магния 5,1…7,8 мг-экв./100 г почвы. Соотношение Caк Mg > 9. Наличие высокого содержания кальция обеспечивает прочность структуры черноземовидных почв и благоприятные агрофизические свойства.

Гранулометрический (механический) состав почв участков глинистый, местами тяжело суглинистый. В целом почвы имеют благоприятный микроагрегатный и агрегатный состав, обладают положительными водно-воздушными свойствами, поскольку в них преобладают агрономически ценные частицы (менее 1 мм). Почва имеет высокие показатели скважности, водопроницаемости, достаточно аэрирована. Реакция среды в верхних горизонтах нейтральная (рН 7,0), в нижних – слабощелочная (рН 7,4).

Годы исследований по температурно-влажностным характеристикам распределялись следующим образом: 2012 – влажный (ГТК = 1,4); 2013 – засушливый (ГТК = 0,7); 2014 – слабозасушливый (ГТК = 1,0); 2015 – засушливый (ГТК = 0,7).

Методика проведения исследований

На основе имеющихся данных было отобрано для исследований 9 сидеральных культур, которые высевались в междурядьях сада и виноградника. Площадь учетной делянки составляла 200 м2, повторность трехкратная. Полевой опыт двухфакторный: 1 фактор – вид сидерата, 2 фактор – сроки высева и запашки сидератов (табл. 1). Контроль – чистый пар. На всех вариантах давался фоновый уровень расчетной дозой минеральных удобрений N90P110K40.

Люцерна выращивалась в поукосных посевах. Содержание легкогидролизуемого азота в почве определяли по Тюрину и Кононовой, нитратного азота – дисульфофеноловым методом, подвижного фосфора – по Мачигину, подвижного калия – по Кирсанову. Определение количества углекислоты, выделяемой из почвы, проводилось с помощью стеклянного домика по методике Б.Н. Макарова. Данные урожайности яблони и винограда – поделяночные. Обработку данных проводили по Б.А. Доспехову [10, с. 83].

Особенности технологии возделывания плодового сада и виноградника с сидерацией междурядий

Схема посадки сада и виноградника 3,5×2,0 м на шпалере. Полив осуществлялся микродождеванием с насадками производительностью 560 л/ч, которые располагались в междурядьях через 1 ряд на расстоянии 12 м друг от друга. Поливная норма для сада и виноградника составляла 600 м3/га. Поливы назначали при снижении влажности почвы в слое 1 м до 80 % НВ. Сидеральные травы перед запашкой дисковали легкими дисковыми боронами БДМ, а затем запахивали отвальным плугом на глубину 18…20 см.

Результаты исследования и их обсуждение

Состав органического вещества сидератов значительно варьирует в зависимости от вида растений, их возраста и условий произрастания. Количество вносимой в почву сидеральной массы не может быть оторвано от ее физико-химических свойств. Поэтому, стремясь к выращиванию наибольшей массы зеленого удобрения, следует обеспечивать ее высокие удобрительные качества. При оценке зеленого удобрения, как источника питания, необходимо знать, насколько элементы питания из него доступны для усвоения растениями и как протекает процесс его разложения в почве.

Высокие урожаи сидератов, которые мы получали ежегодно в наших опытах, позволили отчетливо проследить за разложением органического вещества в почве (табл. 2). Данные таблицы показывают, что вместе с запахиваемой зеленой массой сидератов в почву поступало значительное количество питательных веществ. Так, наибольшее количество азота и фосфора поступало в почву вместе с бобовыми сидератами, а из них – вместе с чечевицей (N147 и P2O5 60 кг/га). Меньше оставалось азота и фосфора при запахивании фацелии и вигны (N 232…147 и P2O5 93…60 кг/га соответственно).

Озимая вика и озимая рожь наращивали значительно меньше зеленой массы, поэтому при их запахивании поступало в почву соответственно меньше азота и фосфора, хотя по процентному содержанию в них количество питательных веществ не уступает другим бобовым сидератам. Небобовые сидераты накапливали значительно больше калия, чем бобовые, при запахивании которых в почву вносилось К от 53 до 60 кг/га. Среди бобовых сидеральных культур по накоплению питательных веществ выделились чечевица, люцерна, чина и амарант.

Одним из важнейших показателей качества зеленого удобрения является отношение в нем углерода к азоту. Чем меньше соотношение этих элементов, тем быстрее идет процесс минерализации органического вещества. Как отмечали Ф.Ю. Гельцер и В.А. Шапиро [11, с. 43], интенсивность разложения зеленой массы хорошо прослеживается по выделению углекислоты, количество которой является показателем для характеристики процесса разложения.

Разложение органической массы протекает в известной последовательности [12, с. 38]. При наличии благоприятных условий (влажность, температура) в первый период идет бурное выделение СО2 и значительное выделение аммиака, которое постепенно уменьшается. Увеличение содержания нитратов обнаруживается при уменьшении интенсивности выделения углекислоты и соответственно понижении количества аммиака в почве. Влияние сидеральной культуры на динамику биологической активности почвы представлено в табл. 3. По объемам выделенного количества диоксида углерода динамика различалась в зависимости от сроков отбора образца. Так, наибольший процент выделяемого СО2 отмечался в июле и составлял от 1,20 до 6,86 % на варианте с фацелией.

Если сравнивать полученные результаты по дыханию почвы, то можно провести сравнительную характеристику с контрольным вариантом, без применения сидеральных культур, на контроле процент выделяемого СО2 был отмечен в мае и июне и составил 1,10 и 0,93 % соответственно. Показатели дыхания в контрольном варианте были на 60–70 % ниже показателей с возделыванием сидеральных культур. По результатам вышеотмеченного можно констатировать, что количество СО2 по вариантам опыта будет зависеть от скорости разложения культур. При запашке бобовых культур разложение сидератов будет происходить быстрее, чем небобовых, но в некоторых случаях небобовые культуры по концентрации СО2 в почвенном растворе могут показывать наилучшие результаты вследствие сложившихся климатических условий, соотношения температур и количества выпавших осадков. Выделение углекислоты при разложении растительной массы небобовых и бобовых сидеральных культур протекает в более замедленном темпе и носит длительный характер (рисунок).

При широком отношении С:N в разлагающейся растительной массе азот в первую очередь потребляется микроорганизмами. По данным современных исследователей, накопление аммиака в почве будет происходить лишь при условии, если отношение между углеродом и азотом превысит 25:1. При меньшем отношении аммиак не накапливается, так как их используют микроорганизмы для построения своего тела [13, с. 58; 14, с. 40]. Азот, подвергшийся биологическому связыванию, лишь временно становится недоступным для растений. После отмирания микроорганизмов азотистые соединения микробных тел подвергаются вновь процессам аммонификации и нитрификации, то есть минерализуются с образованием доступного для растений аммиачного и нитратного азота.

Таким образом, связывание аммиака микробами при разложении органической массы небобовых и бобовых сидератов является положительным явлением для питания плодовых деревьев молодого сада.

В наших исследованиях, согласно данным табл. 3 и рисунка, доказано, что при посеве сидеральных культур во второй половине лета в сочетании с чистым парованием в первой половине вегетационного периода создаются оптимальные условия для молодого сада. Во второй половине лета почва находится под покровом сидератов, что уменьшает поступление азота к молодым растущим побегам деревьев. В связи с этим приостанавливается их рост, ускоряется созревание древесины, и в результате повышается зимостойкость дерева. При сочетании чистого пара в первую половину лета и зеленого удобрения во вторую плодовые культуры хорошо обеспечиваются питательными веществами и влагой в период завязывания и формирования плодов, в то же время почва междурядий самоочищается от сорняков. При запашке озимой вики и ржи в весенний период максимум накопления нитратов наблюдался в августе, что отрицательно сказывалось на перезимовке молодых яблоневых деревьев и виноградных лоз.

Система удобрения в междурядьях молодых садов и виноградников при применении сидеральных культур должна быть направлена на улучшение состояния растений, ускоренное плодоношение и получение высоких и устойчивых урожаев. Оценка урожайности и длины приростов различных сортов яблони и винограда в зависимости от сидеральной культуры приведена в табл. 4.

Наиболее высокая урожайность яблоневого сада и виноградника была на вариантах с фацелией, чечевицей, чиной и амарантом. При этом яблоневые деревья дали свыше 16 т/га плодов, а виноградные растения – свыше 8 т/га винограда, что превышает контроль на 2-4 т/га. В этих же вариантах были получены наиболее высокие приросты однолетней древесины на плодовых деревьях и виноградных лозах.

Выводы

На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы.

1. Наибольшее количество органического вещества вносится в почву при запашке фацелии. В течение трех лет в междурядья сада было заделано 6,3 т/га зеленой массы. На вариантах с другими сидеральными культурами растительной массы вносилось меньше на 45–50 %.

2. Выделение углекислоты из почвы по черному пару нарастает от весны к лету, а затем постепенно снижается. В первой половине вегетационного периода концентрация СО2 в почве по бобовому сидерату более высокая, чем на варианте с озимой рожью, а к осени заметно уменьшается и приближается к контролю.

3. Газовый режим на делянках с небобовыми сидеральными культурами принципиально отличается от такового на бобовых сидератах. Разложение органической массы происходит замедленно и характеризуется стабильным выделением СО2 в течение всего периода года.

4. При высевании сидератов во второй половине вегетации и запашке их в конце октября в плодовом саду и на винограднике обеспечивался благоприятный режим обеспеченности азотом.

5. Наиболее высокая урожайность яблони (18,2 т/га) и винограда (9,7 т/га) обеспечивалась при посеве сидеральной культуры фацелии.

На основании полученных выводов можно рекомендовать производству использовать широкий ряд сидератов для выращивания в междурядьях плодовых садов и виноградников с посевом в разработанные сроки.