Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Экологическое значение сидеральных культур
1.1 Экологическое значение сидерации 9
1.2 Исторические аспекты применения зеленого удобрения 12
1.3 Особенности применения промежуточных культур 14
1.4. Сидерация - как фактор экологизации земледелия 20
1.5 Влияние сидеральных культур на микробиоценоз почвы 29
Глава II. Условия проведения, методика исследований. характеристика культур
2.1 Почвенно-климатические условия района исследований 34
2.2 Агрометеорологические условия 35
2.3 Методика исследований 40
2.3.1 Полевые исследования 40
2.3.2 Лабораторные исследования 43
2.4 Характеристика опытных культур 45
Глава III Агроэкологическая оценка культур
3.1 Фенологические и биометрические наблюдения за культурами 56
3.2 Продуктивность культур 59
3.3 Удобрительная ценность сидеральных культур 62
3.4 Влияние биомассы опытных культур на состояние почвенного микробиоценоза
3.4.1. Биологическая активность почвы
3.4.2 Интенсивность дыхания почвы 71
3.4.3 Структура почвенного микробиоценоза 74
3.5 Влияние различной обеспеченности среды фосфором на прирост биомассы и показатели корневого дыхания горчицы белой 79
3.5.1 Влияние обеспеченности среды фосфором на биометрические показатели 79
3.5.2 Изменение интенсивности дыхания корней горчицы при различной обеспеченности питательного раствора фосфором 82
3.6 Влияние сидеральных культур на засоренность посевов яровой культуры 85
3.7 Динамика содержания элементов питания в почве при использовании опытных культур на сидеральные цели 88
3.8 Влияние сидеральных культур на баланс элементов питания почвы 92
Глава IV Влияние культур на урожайность ячменя ярового 96
Глава V Энергетическая эффективность применения культур на сидеральные цели 99
Выводы 101
Предложения производству 103
Список литературы 104
Приложения .116
- Особенности применения промежуточных культур
- Влияние сидеральных культур на микробиоценоз почвы
- Изменение интенсивности дыхания корней горчицы при различной обеспеченности питательного раствора фосфором
- Влияние сидеральных культур на баланс элементов питания почвы
Введение к работе
Эффективность сельскохозяйственного производства в. значительной степени зависит от уровня плодородия1 почвы. Резкое сокращение объемов применения органических и минеральных удобрений в последние десятилетия- привело к существенному снижению- показателей почвенного плодородия [Лошаков; 1999; Кружков, 2007]. Отмечается снижение запасов органического-вещества, доступных форм питательных элементов, усиление фито-патогенной> и энтомологической- напряженности в агроценозах, в целом ухудшение эдафических свойств почвы, что является, причиной снижения урожайности и валовых сборов продукции в растениеводстве; Сегодняв России 56' млн. га пашни (45%) характеризуется низким содержанием гумуса, 28 млн. га (23%) - недостатком фосфора и 11,5 млн. га (9%) - калия. Среднегодовой; дефицит гумуса в пахотном слое* за последние годы в среднем по России составляет 0,52 т/га, по отдельным регионам изменяется от 0,25 до 0,72 т/га [Концепция федеральной целевой программы "Сохранение и восстановление плодородия почв* земель сельскохозяйственного назначениями агроландшафтов как национального достояния Россиина 2006 - 201-0 годы"].
В настоящее время объемы внесения;органических удобрений в.хозяйствах Нечерноземной зоны не могут обеспечить стабилизацию и повышение показателей почвенного плодородия. Для исправления сложнейшей ситуации в Российском земледелии- очень важно вести научный поиск и разработку необходимых элементов стратегии в агросфере с позиции экологического благополучия, [Минеев, 1993; Беляк, Зеленин, Чернышев, 2005; Еськов, Новиков, Мерзлая, 2001].
Внедрение севооборотов, основанных на биологизации продукционных процессов - использовании биологического азота бобовых растений, возделывании сидератов, применения биопрепаратов и др., в. настоящее время, .. і .. -:.,>'..-.. -% - - « ? v ---.. -.і. ..".. .*»-г.; .."і-* * является важным условием воспроизводства и поддержания'почвенного плодородия в отечественном земледелии.
В Нечерноземной зоне возделываемые сельскохозяйственные культуры, за исключением многолетних трав'.и озимых, занимают поле от 3 до 5 месяцев; остальное время оно свободно от посевов. В это время-преобладают процессы разрушения-структуры почвы. Тогда как зеленое удобрение за короткий период вегетации способно повысить биологическую активность появі улучшить физические свойства почвы, значительно снизить засоренность посевов и п целом способствовать- повышению урожайности после- дующих культур [Лошаков, 1999]. В связи: с- этим.: использование' традици-онных сидеральных культур, а-также поиск и-подбор новых, нетрадиционных для- использования; в качестве зеленого удобрения культур^является-: актуальным и важным этапом экологизации земледелия.-.
Следует отметить, что-проблемы воспроизводствашлодородия земельи, биологизация отечественного земледелия в Нечерноземной1 зоне должны. быть решены.по совокупности с: позиции- общего и экологического земледе-- .-.' лия, сущность которых должна.заключаться не только-Bt сочетании-тради-ционных приемов и методов, но и в поиске (в связи с существенными изме- : нениями погодных условий) и изучении свойств растений. - интродуцентов, \ и их влияния на показатели плодородия'и.продуктивность основной культуры. Таким образом, нетрадиционные растения для условий Нечерноземной' зоны, которые обладают свойствами- культур-фитомелиорантов, сидератов;. <: должны расширить возможности использования сидерации, и одновременно усилить функциональную целостность агроценозов, которая частично-определяет эффективный потенциал почвенного плодородия. Цель и задачи исследований
Целью исследований являлось проведение сравнительной агроэкологи-ческой оценки горчицы белой, люпина узколистного и интродуцента — саф- лора, при использовании на сидеральные цели в условиях Центрального района Нечерноземной зоны.
Для её достижения решались следующие задачи по изучению и определению:. - особенностей роста и развития горчицы белой, люпина узколистного и саф лора; содержания основных элементов питания в надземной и корневой массе опытных культур; влияния опытных культур на засоренность посевов яровой культуры; влияния культур на биологическую активность почвы; динамики основных показателей почвенного плодородия до и после использования опытных культур на сидеральные цели; сравнительной оценки эффективности использования опытных культур на ячмене яровом; энергетической эффективности применения изучаемых культур на сидеральные цели.
Научная новизна
В условиях модельных опытов проведены исследования по изучению интенсивности корневого дыхания горчицы белой при имитации экологического стресса (фосфорный голод).
Впервые показана возможность возделывания сафлора как перспективной культуры в условиях Московской области Нечерноземной зоны.
Впервые проведены полевые исследования по сравнительному изучению и агроэкологической оценке горчицы белой, люпина узколистного и сафлора при возделывании в качестве зеленого удобрения.
Проведена сравнительная оценка последействия сидерации при различных вариантах использования опытных растений на засоренность посевов и урожайность ярового ячменя.
Изучено воздействие культур (горчица белая, люпин узколистный и саф-лор) на биологическую активность и интенсивность дыхания почвенного микробиоценоза.
Практическая значимость результатов исследований Установлено, что применение сафлора на сидеральные цели повышает урожайность ярового ячменя. Расширение ассортимента сидеральных культур в Нечерноземной-зоне является важным аспектом в практическом вопросе решения проблемы сохранения и восстановления интенсивных агроцено-зов в условиях вариабельности погодных условий. В арсенале земледельцев должны быть как традиционные приемы биологизации, но с использованием новых перспективных культур со свойствами эврибионтов, адаптированных к существенному изменению погодных условий за вегетационный период.
Проведенные исследования дополняют и расширяют имеющиеся научные результаты по использованию биопотенциала культуры сафлор, его влиянию на продуктивность яровой- культуры, а также по* использованию горчицы белой и люпина-узколистного при решении стратегической задачи по сохранению и воспроизводству функциональной целостности и стабильности интенсивных агроценозов. Апробация и публикация результатов исследований
Результаты исследований докладывались на V международном симпозиуме "Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования" (г. Пушино, 2003), а также на расширенной научной конференции факультета агрохимии, почвоведения и экологии РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева (Москва, 2010) и на итоговом отчетном собрании Центра сохранения, поддержания и изучения генофонда (Михнево, 2010).
Всего опубликовано 10 работ, в том числе 4 в изданиях рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Автор признателен в оказании методической помощи профессору В.Н. Жёлкевичу, старшему научному сотруднику Института Физиологии растений
РАН им. К.А.Тимирязева О.Ф.Монаховой, кандидату биол. наук А.Г.Дустмаматову, зав. отделом агрохимии ГНУ ВСТИСП Россельхозакаде- мии кандидату биол. наук С.И.Коновалову, старшему научному сотруднику ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии кандидату биол. наук Д.Д.Дсбеловой, научному сотруднику Центра сохранения поддержания и изучения генофон да ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии Н.Н.Горшковой, а также студентам факультета агрохимии, почвоведения и экологии РГАУ-МСХА им. К.А. Ти мирязева С.В.Северьянинову, С.А.Журавлеву, Н.А.Мартынову,
С.Ю.Мацапура.
Особую благодарность автор выражает научному руководителю и консультантам - доктору с.-х. наук, проф. Д.А.Постникову, доктору биол. наук, проф. С.К.Темирбековой, доктору с.-х. наук, проф. В.Г.Лошакову, доктору с.-х. наук, проф. А.И.Постникову, кандидату биол. наук, зав. каф. микробиологии А.А.Ваньковой, кандидату экон. наук Ю.В.Годову, доктору с.-х. наук, проф. Н.С.Матюк, доктору с.-х. наук, проф. Ь.А.Сушеница, а также всему педагогическому коллективу кафедры экологии РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева. « -. _ї. ...v. -..*.".; .-'*ВЛ* -'.і' *> .'Ч ії^.-Е.
Особенности применения промежуточных культур
История применения сидерации в, сельском хозяйстве берет свое начало со времен расцвета древнего Рима и Греции [Кант, 1982].
Впервые термин «сидерация» был использован в ХГХ веке французским ученым Ж. Вилем. Это название происходит от латинского слова «siderius», что значит «звездный», относящийся к небесным светилам, в самом названии подчеркивается роль солнечного света в производстве зеленой массы удобрения: Термин «сидерация» широко используется в трудах классиков отечественного земледелия - Д.Н. Прянишникова (1923), В.Р. Вильямса (1949) и других. К.А. Тимирязев (1936), считая термин «сидерация» неудачным, предложил пользоваться только определением «зеленое удобрение».
В современной литературе «сидерация» и «зеленое удобрение» понимаются как синонимы, а культуры, запахиваемые в почву, именуются сидератами [Дов-бан,1990]:
Родиной зеленого удобрения считаются страны древней земледельческой культуры - Китай и Индия, где возделывание сидеральних культур было освоено ещё 3000 лет назад, причем причина популярности сидерации в те времена, со-стояла в слабом развитии животноводства и снижении продуктивности возделываемых культур [АлексеевД940].
В тот период времени использовался в основном люпин белый (Lupinus al-bus). Теофраст (320-286 г.г. до н.э.) упоминает его в своей «Истории растений», а Палладий пишет о люпине: «Будучи запахан в зеленом виде, он оказывает влияние на почву, подобно навозу, и повышает ее плодородие, однако с его запашкой нельзя медлить до созревания». О люпине, как. о зеленом удобрении пишут также Колумелла, Варрон-, последний, дает советы по его хранению и обезгоречи-ванию [Барбацкий; 1959].
Еще Плиний. (79 г. н. э.) писал: «Все согласны в том, что нег полезнее люпина, если его до образования бобов заделать в почву плугом или двузубой мотыгой, или пучки люпина, срезанные у поверхности почвы, закопать близ корней плодовых деревьев и кустов винограда. Это такое же хорошее удобрение, как и навоз» [Кант, 1982J.B Европе зеленое удобрение стало распространяться в 16-м веке, вначале в Италии, затем во Франции и.Испании, где люпин запахивали преимущественно на виноірадниках. ВТерманию; Польшу люпин.попал в середине 18 века -в качестве сидерата здесь уже запахивается наряду с белым и желтый люпин (Lupinus luteus) [Майсурян и-др., 1974]. Именно в Германии культура многолетнего люпина получила широкое распространение в конце 19-го - начале 20-го веков. Этот сидерат использовали в основном при облесении бросовых земель и пустырей. Участки, занятые многолетним люпином служили также пастбищем для домашних животных [Прянишников, 1923; Барбацкий, 1959].
Первые серьезные опыты в России: с сидеральным люпином проводились профессором П.В. Будриным на опытном поле на бедных песках Ново-Александрийского сельскохозяйственного института (Польша) с 1881 по 1905 гг. и профессором СМ. Богдановым в 1888 году на почвах бывшего Радомысльского уезда. Резу. пугэты этих исследовании получили высокую оценку, что способствовало внедрению люпина, как основной сидеральной культуры в России [Барбац-КИЙД959].
В тридцатых годах XX века началось испытание зеленого удобрения в Новгородской области (опытное поле Тимирязевской сельскохозяйственной академии), во Владимирской области - Судогорское опытное поле. Ивановской, Кировской, Ленинградской и Вологодской- областях [Франков-ский,1948; Соловьев, Соловьева, 1956; Вячеславов, 1957; Торгушников, 1959].
Глубокие исследования по использованию зеленого удобрения были проведены в Предуралье. По инициативе Д. Н. Прянишникова в 1924 г. были заложены опыты в Центральном Предуралье на тяжелых по механическому составу почвах Менделеевского опытного поля. В 1929 году были начаты опыты с многолетним люпином на песчаных почвах Соликамской опытной станции в Северном Предуралье, В результате проведенных исследований была доказана высокая удобрительная ценность многолетнего люпина [Прокошев, 1941; Гуренев, 1969; 1970; Кашина, 1970] .Вопросам применения люпина в роли зеленого удобрения на легких песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почвах посвящены также работы таких авторов как: Е.К. Алексеев, (1959, 1970); Н:И. Шарапов (1949); С. Барбацкий, (1959); В. Поджаров, (1967); А.А. Духанин, (1968, 1977); Е.С. Рубанов, (1965); К.И. Довбан, (1984); Н. Д. Черенков, (1987).
Таким образом, традиции изучения сидеральных культур, заложенные еще в начале прошлого века, сохраняются и развиваются и в наше время.
Особенности применения промежуточных культур Особый интерес у исследователей-растениеводов вызывают культуры семейства капустных, как наиболее пригодные для возделывания в условиях нашей страны и за рубежом, особенно в промежуточных посевах. Они в наибольшей мере отвечают основным требованиям, предъявляемым к промежуточным культурам, благодаря холодостойкости, короткому вегетационному периоду, способности интенсивно наращивать зеленую массу, богатую протеином, сравнительно низким затратам на их возделывание, высокому коэффициенту размножения семян. Все это позволяет возделывать их в поукосных и пожнивных посевах в различных регионах [Шапкина, 1990; Никифоров, 1999; Румянцев 2000];,
В Нечерноземной зоне рядом исследователей проведены всестороннее изучение [Воробьев; 1982; Лошаков, 1995, 1999] выращивания на зеленое удобрение в промежуточных посевах горчицы белой. Имеется ряд научных работ, в которых помимо горчицы для промежуточных сидеральных посевов рекомендуются для возделывашзярапс яровой, рапс озимый; пелюшка фацелия, люцерна, клевер, козлятник [Воробьев и др. 1986; Неворотов, Казанцев; 1982, Тужилин, 1995, Хуснидинов,1999]. Данные по продуктивности ряда сидеральных культур при возделывании в условиях Московской области, позволяют говорить о высоком: по-тенциале крестоцветных культур (табл; 1).
Влияние сидеральных культур на микробиоценоз почвы
Движущие силы формирования эффективного плодородия почвы, обусловленного интенсивностью поступления в экосистему доступных для растений элементов питания, теснейшим образом связаны с активизацией биологической активности почвы и увеличением объема микробной биомассы. Все агротехнические мероприятия, способствующие увеличению этих показателей, будут работать на стабилизацию эффективного плодородия почвы и получение биологически чистой- сельскохозяйственной продукции вследствие обеспечения растений элементами,питания, формирующимися в процессе биологического круговорота, а не за счет внесение минеральных удобрений [Паринкина, Клюева, Петрова, 1993].
Как было отмеченоранее, экологическое значение зеленого удобрения проявляется в активизации биологической активности почвы, бурном развитии сапрофитной микрофлоры, среди которой много антогонистов возбудителей болезней картофеля, ячменя, озимой пшеницы. Под влиянием пожнивной-сидерации в почвенной микрофлоре увеличивается численность ак-тиномицетов, цитофагов, цельвибрио- антогонистов возбудителей ризокто-ниоза и парши картофеля. По данным В Г. Лошакова (1980) применение зеленого удобрения уменьшало поражаемость ячменя в бессменных посевах корневыми гнилями в 1,5-2,0 раза, а запашка зеленой «массы пожнивной горчицы снижала пораженность картофеля ризоктониозом и паршой в 2-3 раза. Многочисленными наблюдениями, проведенными в Кировской области [Мосолов В. П:, 1953], Ивановской области [Ватагин А. В., 1963] показали, что лучшая перезимовка озимой ржи и более слабое поражение ее снежной сенью и склеротинией отмечалось после хорошо удобренных сидеральних паров.
При изучении.влияния различных видов паров на пораженность озимой пшеницы корневыми гнилями отечественными учеными установлено, что лучшие фитосанитарные условия складывались в чистом и сидеральном парах. Так, поражаемость всходов озимой пшеницы, высеянной по чистому неудобренному пару, была на 7 4% выше; чем в варианте с чистым удобренным и на 6,0% - чем в сидеральном. На озимых зерновых культурах, кроме корневых гнилей, проявляется и ряд других болезней. Среди них выделяется снежная плесень и склеротиния. В.среднем за годы исследований озимая-гппе-ница, высеянная по чистому неунавоженному пару, поражалась снежной плесенью на 13% и склеротинией на 7,5% больше, чем варианте, где предшественником выступал люпиновый пар [Заикин и др.,1996].
По данным ряда исследователей в почве после бобовых культур активно метаболирует микрофлора трансформирующая азотсодержащие органические соединения. Это обусловлено тем, что многолетние бобовые травы оставляют в почве большое количество корней со значительным содержанием азота. Запахивание многолетних бобовых (2 года), сформировавших обширную-корневую массу, или остатков растений после укоса их зеленой массы, способствует более интенсивной их гумификации вследствие большего относительного количества в корнях клетчатки и других труднодоступных для микроорганизмов соединений. Зеленая же масса бобовых трав интенсивно минерализуется микроорганизмами. В процессе разложения органического материала бобовых увеличивается и биомасса микроорганизмов, возрастает ее процентное содержание в.органическом углероде почвы [Паринкина, Клюева, Петрова, 1993].
Обогащение почвы органическим веществом в черном унавоженном и сидеральном люпиновом парах обеспечивало лучшие фитосанитарные условия для .развития второй культуры (ячменя), снижая в среднем за годы исследований распространенность возбудителей корневых гнилей в 2,5 и в 2,3-раза по сравнению с чистым неудобренным паром соответственно. Распространенность и вредоносность патогенных грибов зависит во многом от активности почвенной микрофлоры. Повышение микробиологической деятельности снижает пораженность культурных растений корневыми гнилями [Заикин и-др., 1996 Лошаков, 1995].
Таким образом, для правильного планирования использования зеленого удобрения- как фитосанитарного мероприятия необходимо знать фитопато-генный потенциал сидеральной культуры, а также наличие семян сорнойрас-тительности или возбудителей болезней основной культуры в обрабатываемом слое почвы.
В. Р; Вильяме (1946), придавая важное значение деятельности микроорганизмов почвы, отмечал, чтоагрохимические процессы, протекающие в почве, следует рассматривать как переход одной формы- вещества в другую под влиянием микроорганизмов, с деятельностью которых связано образование продуктов, доступных для питания растений. Поэтому микробиологическими процессами необходимо управлять. В-исследованиях К. И. Довбана (1990) запашка всей растительной массы многолетнего люпина положительно влияла на увеличение активности почвенных микроорганизмов. Общая численность бактерий-увеличилась по сравнению с контролем в 2-3 раза, аммо-нификаторов - почти в 2 раза, актиномицетов в 1,8-2,2 раза.
Обогащение почвы зелеными- удобрениями способствует активизации целлюлозоразлагающей группы почвенной микрофлоры. По результатам исследований влияния сидерации на биологическую активность почвы рядом исследователей установлено, что под озимой пшеницей, посеянной по сидеральному люпиновому пару, активность микробного ценоза почвы увеличивалась по сравнению с удобренным чистым паром в целом по пахотному слою (0-30 см) на 6,6% [Румянцев, Строкин, 1996].
В работах В.Г. Лошакова (1995), Н;К. Кружкова (2007) отмечается, что пожнивная сидерация усиливает активность ряда1 почвенных ферментов: уреазы - на 52%, протеазы- - на 45%, инвертазы - на 27-50%, каталазы -на17%, полифенолоксидазы на 15-33%. Отмечается повышение в несколько раз активности почвенных сапрофитных микроорганизмов, и в целом усиление обменных процессов в почве.
По данным Л. В. Ильиной (1988),полученным на серых лесных тяжелосуглинистых почвах, внесение соломы озимой пшеницы и зеленой массы пожнивного рапса в качестве органических удобрений способствовало увеличению количества аммонификаторов, нитрификаторов, актиномицетов и грибов по.сравнению с контролем (чистый пар без удобрений) на 69-75%.
По результатам исследований, проведенных во Всероссийском, научно исследовательском институте кормов, использование крестоцветных культур в качестве сидеральных также оказывает положительное влияние на биологическую активность почвы, повышая ее на 10-15% [Новоселов, Рудо-ман, 1988]. Рядом авторов отмечено возрастание активности почвы после применениясидерации на 11,9—34,8 %. Более энергичная деятельность микроорганизмов отмечается при запашке редьки масличной [Салова, Велюха-нова, 1987].
Следует отметить, что скорость разложения растительной массы зависит от соотношения в ней углерода и азота. Зеленая масса пожнивной горчицы с узким соотношением С : N (в пределах 12:1) служит хорошим почвенным субстратом для почвенной микрофлоры [Беляк, Зеленин, Чернышев, 2005]. Наибольшее количество нитратного и аммиачного азота после пожнивной сидерации-накапливается в почве в весенний период, когда в почве под действием нарастающей температуры интенсивно разлагается растительная масса [Воробьев, Лошаков, Крупенина, 1986]. Анализ литературных данных позволяет заключить, что сидеральные культуры являются мощным фактором положительной биодинамики почвы,
В условиях интенсивного земледелия они формируют агрономически полноценные микробные ценозы, способные осуществлять быструю деградацию поступающих в почву пестицидов, ограничивать или подавлять развитие токсинообразователей и фитопатогенных видов микроорганизмов. Все эти изменения положительно сказываются на урожайности последующих культур и в целом на состоянии природной среды.
Изменение интенсивности дыхания корней горчицы при различной обеспеченности питательного раствора фосфором
В фосфорном питании большую роль играет степень разветвленности корневой системы, поглощающая поверхность, которая у большинства полевых культур имеет огромные величины за счет развития корневых волос- . ков. Так как развитие корневой системы осуществляется согласно явлению хемотропизма - корень растет и продвигается в сторону с большой концентрации питательных элементов, то при отсутствии легкодоступного фосфора растение осваивает новые и новые участки, корни вступают в контакт с новыми количествами питательных веществ, «ищут» фосфор, столь необходимый в фазе цветения. При развитии корневой системы в условиях водной культуры корневые волоски, достигшие участков раствора с частичками фосмуки, начинают активно выделять корневые экссудаты: органические кислоты, аминокислоты, ряд ферментов, витаминов, летучих органических веществ.
Установлено, что за счет подкисления органическими кислотами ризо-сферной зоны горчица белая расгворяет и усваивает нерастворимые фосфаты. Отсюда и более мощное развитие наземной массы растений, выращенных при введении фосмуки в питательную среду, так как потери энергии на синтетические процессы, процессы распада Сахаров, выделение органических кислот и транспорт ионов полностью востанавливаются поступающим в растение фосфором (табл. 17).
Фактически в этом опыте в условиях водной культуры было экспериментально подтверждено, что растения горчицы белой способны использовать нерастворимый фосфор, который в данном случае поступал в питательный раствор в виде нерастворимого фосфата кальция.
Дальнейшие опыты этой части эксперимента-только подтвердили-огромную роль корневых выделений и участие их в мобилизации прочносвя-занных фосфатов.
Изменение интенсивности дыхания корней горчицы при различной обеспеченности питательного раствора фосфором В 2004 г. в условиях модельного эксперимента нами была изучена интенсивность дыхания корней с целью выяснения ответной реакции горчицы белой как эталонного растения на недостаток (дефицит) доступного фосфора И определение в связи с этим параметров эколого-физиологической реакции растений горчицы белой на стрессовые условия. Известно, что горчица белая способна растворять прочносвязанный почвенный фосфор, а наш эксперимент, проведенный в Институте физиологии растений РАН, позволил связать, проблему расфосфачивания почв при помощи растений в интенсивных агроцеиозах и фактическую реакцию в изменении характеристик дыхания корневой системы горчицы белой. Лабораторные опыты с горчицей, были направлены на выявление и изучение интенсивности дыхания корней растений при имитации стресса (при отсутствии в среде доступных форм фосфора) с целью экологического обоснования применения белой горчицы как сиде-ральной и фитомелиоративной культуры на дерново-подзолистных почвах с низкой и средней обеспеченностью доступными формами фосфором. В опыте использовали 3 варианта: 1 вариант-контроль -растения, выращенные на полном питательном растворе (среда Кнопа), 2 вариант- растения, выращенные на растворе без фосфорнокислого калия, 3 вариант- растения, выращенные на растворе без фосфорнокислого калия- с добавлением 1 г фосфоритной муки.
Интенсивность дыхания корней опытных растений горчицы белой, выращенных при разном уровне обеспеченности фосфором, определяли путем оценки интенсивности поглощения кислорода корнями. Так как фосфор является центральным звеном, обеспечивающим нормальное протекание важнейших процессов обмена веществ, то его содержание в питательной среде и доступность растению оказывает существенное влияние на интенсивность дыхания.
В результате проведенных исследований, установлено, что при фосфорном стрессе, т.е. при полном отсутствии фосфора в питательной среде (после 2 недель питания на среде Кнопа), интенсивность поглощения кислорода корнями горчицы белой составила 484,3 мкл/мг ч, что на 33% ниже интенсивности дыхания корней контрольных растений (выращенных на полной питательной среде Кнопа), интенсивность поглощения в контрольном варианте составила - 562,3 мкл/мг ч. Интенсивность дыхания корней растений, выращенных на среде лишенной легкодоступного фосфора, но при наличии в питательной среде 1 г фосмуки составила 280,9 мкл/кг ч, что на 50% ниже интенсивности дыхания корней контрольных растений, таким образом дыханиє ингибировалось в большей степени (рис.19, см.прил.9-11 ).
Для лучшего понимания замеченного явления следует обратиться к циклу Кребса. В итоге полного окисления молекулы глюкозы до СОг и Н20образуется энергия, соответствующая 38 высокоэнергетическим связям АТР [Головко, 1992].
Интенсивность поглощения Оз корнями горчицы белой при раз ном уровне фосфорного питания, мкл/ мг ч Таким образом, недостаток фосфора или его отсутствие в питательной среде ведет к нарушению энергобаланса в клетках растений, а кислоты, которые образуются в процессе дыхания - яблочная, янтарная, лимонная, гли-оксилевая, возможно также фумаровая, щавелевая, уксусная, полностью не проходят цикл и в связи с дефицитом фосфора используются клетками для других процессов. Вероятно, эти кислоты в результате активного выделения и продуцируются корнями горчицы белой, благодаря чему она и обладает подкисляющим действием в условиях фосфорного стресса [Постников, 2009]. Этот механизм носит приспособительный характер. Растение старается ликвидировать недостаток фосфора путем усвоения труднодоступных форм фосфора (которые имитированы фосфоритной мукой). Следовательно, в вариантах с фосмукой дыхание ослаблено, и промежуточные продукты выделяются в окружающую среду, тогда как при оптимальном уровне питания дыхание осуществляется активнее.
Таким образом, в результате проведенных исследований выявлено, что горчица белая обладает мощным биопотенциалом и фитомелиоративнымн свойствами, которые могут быть использованы для решения проблемы воспроизводства почвенного плодородия, позволяющим повысить содержание доступного фосфора в почве за счет мобилизации труднорастворимых фосфатов, при использовании в качестве сидеральной культуры.
Влияние сидеральных культур на баланс элементов питания почвы
Как было отмечено ранее, различная урожайность биомассы сидеральных культур, а также соотношение1 основных элементов в растительной массе, оказывают различное воздействие на основные показатели плодородия дерново-подзолистой почвы. Результаты наших агрохимических исследований по изучению этих показателей, подтверждают нашу научную гипотезу о том, что в современных системах земледелия сидерация не должна основываться на одной культуре, поскольку функциональная целостность интенсивных агроэко-систем определяется набором культивируемых видов, которые должны принадлежать различным семействам и соответственно обладать разносторонним воздействием на показатели почвенного плодородия. Расширение ассортимента сидеральных культур - в наших исследованиях за счет интродуцента сафлора - способствует повышению потенциала эффективного плодородия почвы. Подтверждением этого являются проведенные нами балансовые расчеты по определению запасов доступных форм основных элементов питания (азота, фосфора и калия) в почве до сидерации и после нее (табл.20). Расчет выноса с основной- продукцией ячменя был проведен исходя из средней урожайности по вариантам предшественников (ш.прил.17).
В наших исследованиях мы отдаем приоритет оценке потенциала сидеральных культур без использования минеральных удобрений, что позволяет нам выявить изменение агрохимических показателей за счет применения зеленого удобрения. Установлено, что баланс фосфора и калия по всем вариантам сидерации, а также при размещении ячменя по чистому пару- положительный, при чем величина баланса по фосфору во всех вариантах практически не отличалась как между культурами (разном их использовании- как на корм так и на зеленое удобрение), так и между чистым паром с одной стороны и культурами с другой стороны. Положительный баланс в варианте с чистым паром можно объяснить за счет более низкой урожайности ячменя при-размещении на пару и соответственно малым выносом элементов питания из пахотного слоя почвы. Следует отметить также, что урожайность ячменя ярового после применения зеленой-массы сафлора и люпина узколистного превышает аналогичный показатель по всем-исследуемым вариантам, что указывает на хорошую результативность культур при сидерации.
Баланс по азоту при всех рассматриваемых вариантах применения сиде-ральных культур отрицательный: Наибольший дефицит азота отмечен в варианте с чистым паром; Наиболее предпочтительным является-вариант с использованием, как зеленой массы, так и поукосно-корневых остатков»люпина узколистного. Таким образом, использование-люпина как сидерата, оптимизирует результативность приема сидерации за счет снижения отрицательных значений по балансу азота в пахотном слое почвы.
На основе полученных результатов следует заключить, что функционирование рассматриваемых агроценозов, направленное на сохранение почвенного. плодородия, повышение степени-окультурениости дерново-подзолистой почвы, возможно только при-применении горчицы белой, люпина узколистного сафлора на зеленое удобрение.
Применение ендеральных паров с исследуемыми культурами обеспечивает стабильно положительный баланс по-фосфору и калию. Все три исследуемых культуры не имеют общих вредителей, патогенов, поскольку принадлежат к различным семействам, но горчица белая в силу своих мощных фитоса-нитарных свойств должна использоваться как фитопротектор в интенсивных агроценозах. Затем в. севооборот можно включить представители бобовых культур с .целью достижения оптимального баланса по азоту, фосфору и калию.
Кроме того в качестве перспективного фитомелиоранта на дерново-подзолистой почве в условиях Центральной части Нечерноземной зоны может быть рекомендован сафлор.
С учетом всего вышеизложенного следует заключить, что только учитывая микробиологическую активность и агрохимическую характеристику пахотного слоя почвы и пользуясь расширенным ассортиментом сидеральных культур, можно достичь необходимого результата по управлению эффективным потенциалом почвенного плодородия и усилить экологическую парадигму в общей концепции стратегии развития отечественного земледелия.
На величину урожайности сельскохозяйственных культур большое влияние оказывают технологические приемы их возделывания, обеспечивающие создание благоприятных условий для роста и развития растений, поддержание и повышение уровня; плодородия почвы. Применение различных вариантов сидерации с использованием горчицы-белой; люпина узколистного и сафлора позволило выявить интересные закономерности по влиянию зеленого удобрения как фактора биологизациш на урожайность ярового ячменя.
Результаты учета урожайности, ячменя ярового высеянного по разным предшественникам представлены в; табл.. 2 Г (см; прил. 18). Данные по урожайности полученные в 2010г. несколько ниже результатов полученных в 2009 г. за счет неблагоприятныхусловий увлажнения/сложившихся в 2010 г. Среднее число продуктивных стеблей; ярового ячменя по чистому пару было наименьшими составило 476 ШтУм? (табл. 21). Урожайность ячменя в этом варианте также имела наименьший показатель, что в среднем по данным 2009-2010 гг. составило 2,75 т/га. При запашке надземной-массыи поукосных остатковторчицы белой нами не отмечено увеличениетаких показателей как густота стояния и число продуктивных стеблей. Но за счет возрастания массы зерна в колосе, а это произошло, благодаря повышенному по сравнению с контролем содержанию основных элементов питания-из которых существенную роль выполняли азот и подвижный фосфор, урожайность в вариантах с этими предшественниками выше контроля. Увеличение выхода зерна ячменя при использовании горчицы в качестве предшественника по сравнению с вариантом,, где предшественником служил чистый пар, составило 6 и 8%, или 0,17 т/га и 0,22 т/га при полной сидерации.
