Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 15
1.1 Из истории изучения приемов возделывания люпина в России 15
1.2 Сорта люпина 22
1.3 Технология выращивания люпина в одновидовых посевах 26
1.3.1 Размещение в севообороте 29
1.3.2 Минеральное питание и удобрение люпина 34
1.3.3 Подготовка почвы и агротехнические меры борьбы с сорняками 38
1.3.3.1 Система основной обработки почвы 39
1.3.3.2 Полупаровая обработка почвы 41
1.3.3.3 Предпосевная подготовка почвы 41
1.3.4 Сроки посева люпинов 43
1.3.5 Нормы и способы посева люпина — важный прием оптимизации плотности агроценоза 46
1.3.6 Биологический азот и устойчивость жизни 49
1.3.6.1 Из истории открытия биологического азота 52
1.3.6.2 Азотфиксация — важнейший процесс синтеза биологического азота в биосфере 53
1.3.6.3 Азотфиксация и почва 57
1.3.7 Технология возделывания люпина в смешанных посевах - эффективный путь производства зерна и кормового белка 58
1.3.7.1 Минеральное питание в смешанных посевах 63
1.3.7.2 Сев, сроки, способы и нормы посева смешанных агрофитоценозов...69
1.3.8 Меры борьбы с сорной растительностью и болезнями в посевах люпина 70
1.3.8.1 Вредоносность сорных растений в посевах люпина 70
1.3.8.2 Отношение к влаге 70
1.3.8.3 Отношение к элементам питания 71
1.3.8.4 Отношение к свету 74
1.3.8.5 Устойчивость к полеганию 76
1.3.8.6 Обработка почвы и сорняки 77
1.3.8.7 Семена и сорняки 77
1.3.8.8 Качество продукции и сорняки 78
1.3.8.9 Сорняки и вредители люпина 78
1.3.8.10 Сорняки и болезни люпина 79
1.3.8.1 Сорняков и люпин 79
1.3.9 Химические меры борьбы с сорняками 80
1.3.10 Экологическая безопасность применения гербицидов в посевах люпина 87
1.3.11 Борьба с болезнями в посевах люпина 90
2 Условия, объекты и методы исследований 92
3 Биоклиматические условия и модель потенциальной продуктивности люпина 102
3.1 Биоклиматические условия, ареал распространения и урожайность люпина 102
3.1.1 Климат 103
3.1.2 Почвенные условия 104
3.2 Фазы развития и модель потенциальной продуктивности люпина 106
4 Технология выращивания люпина в одновидовых посевах 119
4.1 Площадь питания растений люпина 119
4.2 Норма высева семян люпина 127
4.3 Способ посева 136
5 Подготовка семян к посеву и приемы повышения азотфиксации люпина 150
5.1 Симбиотическая азотфиксация люпина 150
5.2 Сравнительная эффективность азотфиксации люпина и других бобовых культур 159
5.2.1 Полевые бобовые культуры и биологический азот 159
5.3 Предпосевная подготовка семян и приемы повышения азотфиксации в смешанном агрофитоценозе 166
6 Технология возделывания люпина в смешанных посевах - эффективный путь производства зерна и кормового белка 170
6.1 Корреляционные взаимосвязи элементов продуктивности, ростовые и биологические особенности растений при совместном выращивании в люпино-злаковых агроценозах 170
6.2 Минеральное питание в смешанных посевах 178
6.3 Влияние смешанных посевов на качество зерна 191
6.4 Выращивание одновидовых и люпино-злаковых посевов на зеленую массу 195
7 Фитосанитарный мониторинг сорной растительности в посевах люпина 201
7.1 Пути накопления и распространения сорных растений в посевах люпина 204
7.2 Влияние сорняков на условия минерального питания люпина 210
7.3 Влияние числа сорняков на урожай зерна, устойчивость люпина к сорнякам и экономически безопасный порог вредоносности (ЭПВ)... 211
7.4 Двухзвенная система применения гербицидов в посевах люпина 218
7.5 Агроэтоксикологический индекс безопасного применения гербицидов в посевах люпина 228
8 Борьба с болезнями люпина 230
9 Уборка 236
9.1 Послеуборочная обработка, сушка и хранение семян 237
10 Энергетическая и экономическая эффективность возделывания люпина в одновидовых и смешанных посевах 241
Выводы и предложения производству 248
Литература 258
- Из истории изучения приемов возделывания люпина в России
- Нормы и способы посева люпина — важный прием оптимизации плотности агроценоза
- Фазы развития и модель потенциальной продуктивности люпина
- Площадь питания растений люпина
Введение к работе
В последнее десятилетие в ведущих странах мира наметилась устойчивая тенденция к пересмотру принципов ведения сельскохозяйственного производства, сопровождающаяся усиленным вниманием к разработке научных основ устойчивого, восстанавливающегося или экологически сбалансированного сельского хозяйства (Sustainable agriculture). Расчеты академика А.А.Жученко показывают, что для повсеместного распространения евро-американской модели сельскохозяйственного производства потребовалось бы
направлять в агропромышленный комплекс почти 80% мирового производства
энергии, в то время как сейчас эти затраты не превышают 5% [64].
Функционирующие в мире преимущественно химико-техногенные и альтернативные технологии выращивания кормовых культур не обеспечивают реального выхода кормового белка близкого к генетическому потенциалу растений, как в промышленно развитых, так и развивающихся странах.
Для сельского хозяйства Российской Федерации, специализирующегося
% главным образом в районах Нечерноземной зоны на производстве продукции
животноводства решение проблемы кормового белка имеет исключительно важное значение. Однако в силу ряда причин пока проблема белка в кормах в Российской Федерации еще не решена. Это вызывает необходимость поиска принципиально новых научных решений.
По расчетам специалистов сегодня в России дефицит растительного белка составляет 1,4 млн тонн, из них половина пищевого и половина кормового. Источником дешевого растительного белка является зерно и зеленая масса люпина. Зерно и сухое вещество зеленой массы различных видов люпина, представляющие собой природные растительные концентраты содержат 36...45% и 18...23% соответственно хорошо перевариваемого практически равного по качеству соевому белка, половину которого составляют незаменимые аминокислоты. По этому показателю люпин в 2,5...5 раз
^ превосходит все зерновые культуры, а также зернобобовые - горох, вику,
^ кормовые бобы.
Известно, что на производство растительного белка требуется в 13 раз
меньше энергии и в 4 раза пахотной земли, чем на производство животного
белка. Выход белка с урожаем зерна у люпина может составлять 12...14 ц/га, а с
вегетативной массой этот показатель достигает 13... 16 ц/га и более [192]. Курс
на расширение посевов люпина, как одной из самых высокобелковых культур,
w является вполне оправданным.
'% Народнохозяйственное значение люпина общеизвестно. Его используют в
земледелии, животноводстве, лесоводстве, садоводстве, цветоводстве, почвозащитном деле, медицине, парфюмерии, лакокрасочной и пищевой промышленности.
Благодаря уникальной биологической способности фиксировать атмосферный азот с помощью клубеньковых бактерий и способности оставлять после себя на поле значительное количество растительной массы люпин в полеводстве является отличным предшественником для любых других не -бобовых культур, накапливая в своей биомассе от 200 до 300 кг/га и более экологически безопасного азота. При сидеральном использовании в почву запахивается 40...50 т/га зеленой массы, равноценной органическому удобрению.
Белок люпина является хорошим компонентом пищевых продуктов. Его
используют при приготовлении безглютеинового печенья, пирожных и других
Щ кондитерских изделий. Он обладает диетическими и лечебно-
профилактическими свойствами и может быть включен в питание школьников. Экстракты из семян люпина могут найти широкое применение при изготовлении медицинских препаратов, снижающих артериальное давление, регулирующих биоэнергетическую активность сердца, моторную и психическую активность студентов, спортсменов и космонавтов [193].
Люпин является культурой больших возможностей. Однако высокие хозяйственные и экономические возможности современных видов люпина до настоящего времени полностью не используются.
Основными причинами этого является значительное сокращение посевных площадей, возникшее из-за отсутствия в свое время устойчивых к болезням сортов, и научно обоснованной технологии возделывания люпина. Появление в начале последнего десятилетия XX века и быстрое распространение новой болезни - антракноза, наносящего в эпифитотийные годы значительный ущерб желтому, белому и узколистному люпину способствовало значительному сокращению посевных площадей в России.
Созданные за последнее время новые сорта желтого, узколистного и белого люпинов проявляют высокую устойчивость к фузариозу. Современные сорта разных направлений использования (зернового, силосного, сидерального), различных морфотипов, в т.ч. детерминантные имеют короткий вегетационный период, что позволяет им уходить от поражения антракнозом.
Появление генетически усовершенствованных сортов люпина в условиях распространения новых болезней на культивируемых видах люпина и создание более эффективных средств защиты посевов от сорняков и болезней требуют пересмотра ряда концепций и рекомендованных ранее технологических приемов его возделывания. Поэтому создание научно обоснованной концепции современной технологии возделывания люпина и разработка на ее основе для культивируемых видов и сортов адаптивных, высокоэффективных технологических приемов производства зерна и зеленой массы в настоящее время является актуальным направлением в решении проблемы кормового растительного белка, повышения плодородия почвы.
Решению вышеуказанных проблем, имеющих большое народнохозяйственное значение, среди которых важнейшей является проблема повышения урожайности и выхода белка люпина посвящена настоящая работа.
Цель и задачи исследований. Целью многолетних исследований, явилась теоретическое обоснование, и выработка концептуальных предложений по научному совершенствованию технологий возделывания люпина в Европейской части России для комплексного решения проблемы увеличения производства белка в полеводстве на основе конструирования адаптивных высокопродуктивных одновидовых и гетерогенных люпино-злаковых агро-фитоценозов и обеспечения животноводства России дешевым растительным белком.
В задачи исследований входило:
- обосновать и разработать теоретическую модель потенциальной продуктивности люпина с учетом ее многофункционального использования в различных регионах люпиносеяния России и уточнить на основе концептуальных предложений возможные ареалы культивируемых видов люпина и зоны их гарантированного возделывания;
— обосновать систему факторов оптимизации формирования
высокопродуктивных одновидовых агрофитоценозов желтого, узколистного и
белого люпина, позволяющую управлять за счет агротехнических и
химических приемов продолжительностью вегетации, плотностью ценозов,
ботаническим составом сорной растительности, уровнем минерального
питания, распространением болезней, активностью люпино-ризобиального
симбиоза, качеством и стабильностью урожаев, и разработать современную
техногенную их схему для интенсивного производства зерна и зеленой массы в
условиях Нечерноземной зоны;
— концептуально обосновать систему возделывания люпино-злаковых
агроценозов с учетом максимального использования в смешанных посевах
биологических ресурсов аллелопатии и разработать теоретические основы
конструирования энергоресурсосберегающих гетерогенных люпино-злаковых
агрофитоценозов, в том числе: а) способы пасынкования моноподиального
ветвления у люпина и производства высокобелкового зернофуража; б) способы
повышения люпино-ризобиального симбиоза; в) способы повышения содержания белка и клейковины в зерне культуры-компонента; г) способ интегрированной защиты люпина от болезней.
провести фитосанитарный мониторинг люпиносеющей зоны России и разработать систему агротехнических и химических мер борьбы с сорной растительностью в посевах люпина;
разработать новые эффективные средства и химические вещества для химической прополки люпина;
-провести комплексную, энергетическую и экономическую оценку возделывания люпина в одновидовых и гетерогенных люпино-злаковых агрофитоценозах в сравнении с другими бобовыми и злаковыми кормовыми культурами.
Научная новизна. Научная новизна состоит в том, что впервые на основе многолетних исследований теоретически обоснована концепция создания современной технологии устойчивого, производства кормового люпина в России.
* Впервые разработана с учетом биоклиматического потенциала ареала возделывания и научно обоснована теоретическая модель потенциальной продуктивности люпинового агроценоза и уточнены ареалы возможного оптимального возделывания культивируемых видов и сортов в России.
* Разработана методика определения неравномерности (дружности) и скорости полевых всходов люпина и предложены новые параметры приемов технологии, обеспечивающие прогнозируемое и гарантированно-высокое производство зерна люпина различных видов в одновидовых агроцегнозах.
* Впервые разработаны новые высокоэффективные способы выращивания люпино-злаковых агроценозов. Экспериментально доказана высокая эффективность предложенных способов выращивания стабилизировать урожайность зерна по годам, повышать зерновую продуктивность и сбор белка, белковость зерна и клейковину пшеницы,
i$r улучшать посевные качества выращиваемых семян люпина, получать щ сбалансированный по сахаропротеиновому соотношению зернофураж и
зеленую массу непосредственно в поле, что имеет мировой приоритет (А. С. №
1790835, патенты Л/№ 2058696, Д/№ 2081541).
* Впервые разработан новый способ повышения активности люпино-
ризобиального симбиоза в одновидовых и люпино-злаковых посевах
основанный на применении эффективных штаммов Rhizobium lupini в
' сочетании с ассоциативными микробионтами ризосферы люпина. На способ
| получен патент i?/№2146448.
* Впервые создан новый способ выращивания люпина, позволяющий за
счет использования явления аллелопатии индуцировать полевой
фитоиммунитет у растений люпина и повысить в 2-8 раз эффективность
защиты посевов от комплекса болезней. Патент R U № 2160525.
* Впервые созданы и запатентованы новые химические вещества,
имеющие высокую гербицидную активность (патенты RU № 2108037 и RU
№2147802). Разработаны способы их применения, повышающие урожайность,
а также впервые на люпине исследованы и разрешены к применению ряд
новых высокоэффективных до- и послевсходовых гербицидов.
* На основе фитосанитарного мониторинга установлен ботанический
состав сорной растительности люпиносеющеи зоны и впервые в России
разработана для защиты посевов люпина двухзвенная система химических
приемов борьбы с сорняками в посевах желтого, узколистного и белого
~ люпина.
Основные положения, выносимые на защиту:
* Агробиологическая модель потенциальной продуктивности различных
видов люпина и обоснование зонального культивирования возделываемых
видов и сортов в Российской Федерации.
* Методика исследований плотности люпинового агроценоза и новые
параметры приемов технологии, обеспечивающие системное управление
факторами формирования продуктивности одновидовых агрофитоценозов желтого, узколистного и белого люпина и схема интенсивного производства зерна и зеленой массы в условиях Нечерноземной зоны Российской Федерации;
* концептуальное обоснование и теоретические основы системы возделывания люпино-злаковых агроценозов с учетом максимального использования в смешанных посевах биологических ресурсов аллелопатии;
* Новые способы конструирования гетерогенных люпино-злаковых
агрофитоценозов и приемы, стабилизирующие урожайность, повышающие
продуктивность и сбор белка, улучшающие посевные качества
выращиваемых семян люпина, белковость и качество зерна культур-
компонентов, обеспечивающие получение без применения минеральных
азотных удобрений продовольственного зерна яровой пшеницы,
зернофуражных и зеленых кормов, сбалансированных по
сахаропротеиновому соотношению непосредственно в поле;
* Новый способ повышения активности люпино-ризобиального симбиоза
в одновидовых и люпино-злаковых посевах, основанный на применении
эффективных штаммов Rhizobium lupini в сочетании с ассоциативными
микробионтами ризосферы люпина;
* Новый способ выращивания люпина, позволяющий за счет
использования явления аллелопатии индуцировать полевой фитоиммунитет у
растений люпина и защитить его посевы от комплекса болезней;
* Создание новых химических веществ, имеющих высокую гербицидную
активность, а также исследование новых высокоэффективных до- и
послевсходовых гербицидов и разработка способов их применения на
посевах люпина;
* Фитосанитарный мониторинг ботанического состава сорной
растительности люпиносеющей зоны России и двухзвенная система
11 применения химических препаратов и агротехнических мер для борьбы с сорняками в посевах желтого, узколистного и белого люпина;
* Комплексная энергетическая и экономическая оценка возделывания люпина в одновидовых и гетерогенных люпино-злаковых агрофитоценозах в сравнении с другими бобовыми и злаковыми кормовыми культурами.
Практическая значимость и реализация результатов исследований.
- Разработана и рекомендована производству энергосберегающая технология возделывания желтого, узколистного и белого люпина в одновидовых посевах, позволяющая получать урожай зерна 30...50 ц/га, сбор белка 13...18 ц/га, зеленой массы 550...750 ц/га.
- Обосновано расширение зоны товарного производства зерна и семян
белого люпина, что позволяет выращивать белый люпин в среднем на
100... 150 км севернее ранее существовавшей границы. Это позволит в
сочетании с новыми, скороспелыми сортами, значительно расширить
посевные площади этого нового вида люпина на зерно в Центральном регионе
России.
- Обоснованы и рекомендованы зональные технологии включающие
новые приемы формирования высокопродуктивных люпино-злаковых
агрофитоценозов, позволяющие без затрат на азотные удобрения повысить
сбор белка с единицы площади в 2,5...4 раза по сравнению с другими
полевыми кормовыми культурами, повысить на 15...20% активность
симбиотической азофиксации и накопление симбиотического азота в почве на
1 га посева, а также в биомассе люпина. Увеличить белковость и качество
зерна злакового компонента в 1,4 раза, снизить энергозатраты на производство
1 ц сырого белка в 1,8...2,2 раза по сравнению со средним сбором белка у
культур-компонентов, выращенных в одновидовых посевах, получать
яровую пшеницу с содержанием клейковины 26...28% без внесения
минерального азота и продовольственную муку с хлебопекарной силой не
ниже II класса, а также сбалансировать зернофураж и зеленую массу люпина по сахаропротеиновому соотношению непосредственно в поле в соотношении 0,9:1.
- Основные результаты исследований направлены на практическое решение вопросов расширения посевных площадей и увеличения урожайности и производства зерна, а также других видов кормов из люпина в Нечерноземной зоне РФ. Они включены: в «Рекомендации Госагропрома СССР по внедрению достижений науки и практики в производство» (1989); в Методические указания ВАСХНИЛ «Разработка экологически чистых систем получения кормового белка» (1991); в «Рекомендации по возделыванию и использованию люпина» (1993), в «Методические указания по первичному семеноводству люпина» (1996), в Практические рекомендации по «Возделыванию и использованию кормового узколистного люпина» (2001); в «Рекомендации по региональному применению гербицидов в Российской Федерации» (1998, 2001); в монографию автора «Люпин: технология возделывания в России» (2003).
При личном участии автора разработанные технологии внедряются в пяти областях Российской Федерации (Брянской; Смоленской, Калужской, Владимирской и Псковской) на площади более 15 тыс. га.
Ускоренное размножение новых сортов узколистного и других видов люпина и освоение разработанных нами технологий возделывания и использования будет способствовать, по нашим расчетам, расширению посевных площадей люпина в Нечерноземной зоне на зерно и семена до 100 тыс. га и на кормовые и сидеральные цели - 350...400 тыс. га, что позволит получить дополнительно около 350 тыс. тонн кормового растительного белка и привлечь в земледелие зоны до 100 тыс. тонн биологического азота.
Апробация работы. Основные научные положения и разработки по технологии возделывания люпина были представлены на Международных конференциях люпиновой ассоциации ILA (в Испании, 1990; Португалии,
1993; США, 1996; Германии, 1999; Польше, 2002; Исландия, 2002); на Международной конференции «Люпин в сельском хозяйстве» (Польша, 1997); на Всесоюзных совещаниях: по селекции и семеноводству люпина (Москва, 1987, 1989, 1990; Брянск, 1991, 1993); по перспективным экологически чистым технологиям возделывания с.-х. культур (Ленинград, 1990, 1998); на Всероссийских научно-производственных совещаниях: по люпину (Брянск, 1993, 2001); по совершенствованию защиты посевов люпина от сорной растительности (Пущино, 1995, 1998, Голицыне, 2001); на Международной научно-практической конференции «Наука и образование возрождению с.-х. России в XXI веке» (Брянск, 2000); на Международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития люпиносеяния в XXI веке» (Брянск 2001); на Межрегиональных научно-практических конференциях (Брянск, 1995, 1997, 1999, 2002); на научно-производственном семинаре по производству люпина в Северо-Западной зоне РФ (В. Луки, 1996); на заседаниях Ученого Совета Всероссийского научно-исследовательского института люпина ежегодно с 1988 года; на агрономических совещаниях и съездах Брянской области - ежегодно.
Публикации. Общее количество печатных работ автора - 98. В том числе в - 80 освещены основные положения диссертации. Приоритет основных положений диссертации защищен авторским свидетельством № 1790835 «Способ выращивания бобовых культур» (1993) и семью патентами RU № 2058696 «Способ выращивания зернофуражных культур» (1996), патент RU№ 2081541 «Способ выращивания яровой пшеницы» (1997), патент RU №2146448 на «Штамм мицелиального гриба-продуцента веществ, стимулирующих рост и развитие люпина» (2000), патент RU № 2160525 «Способ повышения полевого иммунитета у растений люпина» (2000), патенты RU № 2108037 «Гербицидный состав» (1998) и RU №2147802 «Гербицидный состав» (2000). Общий объем опубликованных работ свыше
42 печ. листов, в том числе монография «Люпин: технология возделывания в России» (13,3 п.л.). В иностранных изданиях опубликовано 21 статья.
В диссертационной работе обобщены результаты многолетних полевых и лабораторных опытов за период с 1984 по 2003 гг., выполненных под научным руководством автора, на Витебской Государственной опытной областной сельскохозяйственной станции в 1984-1987 гг. по проблеме О.Ц.032 «Кормовой белок», номер госрегистрации 0182.031529. Затем продолжены во Всероссийском научно-исследовательском институте люпина в 1988-2003 годах соответствии с планами научных исследований по Программе фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК Российской Федерации, а также проекта «Кормовой белок» Федеральной НТП Миннауки РФ «Перспективные процессы производства продукции сельского хозяйства», номер государственной регистрации 0075993.
Исследования выполнены лично автором, или под его научным и методическим руководством, как заместителя, а затем заведующего отделом технологии Всероссийского ННИ люпина.
Автор выражает искреннюю глубокую благодарность и признательность за ценные советы ученым БелНИИЗиК Н.А. Морозу, Витебской ГОСХОС Е.П.Демьяновичу, Г.С.Протасене, ВНИИ люпина М.Л.Бернацкой, О.Г. Саловой, Брянской ГСХА Б.С.Лихачеву, а также другим сотрудникам и техникам, оказывавшим помощь при проведении исследований.
За период исследований с 1984 по 2003 год проведено более 50 научных и производственных опытов продолжительностью от 3 до 5 лет. Доля личного участия автора в планировании, научно-методическом руководстве и проведении исследований составляет по разным разделам, представленным в диссертационной работе от 50 до 100%.
Из истории изучения приемов возделывания люпина в России
Растения из рода Lupinus известны человеку около 4000 лет. Дикорастущие люпины, а их около 850 тыс. видов, занимают огромные пространства обоих полушарий планеты. В странах Средиземноморья, которые являются одним из геноцентров происхождения люпинов - Египте, Древней Греции, Древнем Риме - семена белого люпина (Lupinus albus) использовали в пищу, вымачивая их в проточной воде, а также после соления и варки. Воины Александра Македонского обеспеченный белый люпин сушили на солнце и брали в военные походы как высококалорийную пищу. Но не только пищевые достоинства этой удивительной и красивой культуры привлекали к себе внимание человека. Мощное развитие растений люпина на бедных малоплодородных почвах сделало его объектом пристального внимания многих поколений ученых и писателей Древнего мира, а также современных исследователей, биологов и растениеводов, на целые столетия вперед. Примером этого служит тот факт, что древние римские ученые Катон, Варрон, Колумелла еще в III-I веках до н.э., а позже Плиний Старший в своих трактатах по сельскому хозяйству рекомендовали земледельцам повышать плодородие своих земельных участков с помощью люпина. Правильность их рекомендаций в последующее время была подтверждена рядом открытий о необычных возможностях растений люпина. Так, с открытием клубеньков в 1866 году русским ученым М.С. Ворониным, а затем у бобовых процесса симбиотической азотфиксации в 1886 году Гельригелем и Вильфартом, стало понятно, почему почва после посева люпина не становится беднее, а наоборот, прибавляет урожаи посеянных после него культур. Но на это ушло около 2 тысяч лет после первых упоминаний в древних трактатах о люпине. Только в XX веке нашей эры Д.Н. Прянишников установил, что люпин способен растворять в почве трудно растворимые соли фосфора и калия и переводить их в доступные для других растений соединения, и этим обогащать почву.
На протяжении тысячелетий земледелец убеждался в несомненной пользе, получаемой от люпина. Желание выращивать люпин приводило его к мысли о необходимости знаний о том, как получить хороший урожай семян и зеленой массы. Первые сведения об агротехнике горьких люпинов встречаются у Плиния Старшего (23-79 год н.э.). Он указывал, что люпин следует сеять весной. На один югер (2,523 м ) средней земли советовал высевать десять модиев (1 модий = 8,733 л) семян. Колумелла для удаления влаги из семян советовал их раскладывать в помещении. Последующие сведения об использовании и агротехнике люпина встречаются только через 1300 лет у Петруса де Кресчентинса (1305 год). Еще позже во французской литературе у Оливье де Серр (1608 год). Это в основном были сведения об использовании люпина в качестве удобрения на виноградниках и агротехнике выращивания, почерпнутые у старых авторов.
Взлеты и падения интереса к люпину в истории были периодическими. В период средневекового застоя были утрачены опыт и знания по выращиванию люпина, накопленные в древности.
Первая попытка ввести люпин в культуру была предпринята Фридрихом II в 1781 году в Германии. Однако результаты были малоутешительны из-за утраты знаний о приемах возделывания и позднего созревания белого люпина. Более успешным был опыт крестьянина Борхарда, который спустя 60 лет стал высевать более скороспелый вид - желтый люпин. Получив хорошие результаты на песчаных почвах, удвоившие за 10...12 лет урожаи картофеля и ржи, он стал инициатором возрождения интереса к культуре люпина. По сведениям Н.А.Майсуряна, к 1881 году посевы люпина в Германии превысили 400 тысяч гектаров.
Первое в России упоминание о люпине встречается в работах А.Т.Болотова. В 1784 году он в статье «О люпинах или волчьих бобах» писал, что люпин происходит из Италии, а в России рекомендовал высевать его как цветочную культуру в горшках и для удобрения деревьев в садах. Позднее, в конце XIX века профессора П.В. Будрин и СМ. Богданов стали первыми в России энтузиастами люпиносеяния, проводившими fet систематические исследования по люпину. На опытном поле Ново Александрийского сельскохозяйственного института профессор П.В. Будрин в 1881-1905 годах проводит серию опытов с люпином, викой, изучая влияние сидеральной культуры люпина на урожай последующих посевов других полевых растений. Это было главное направление исследований, имевшее приоритетное значение на протяжении полувека, до появления сладких кормовых люпинов. Тем не менее, для реализации идеи сидерации малоплодородных легких почв необходимы были семена люпина. Профессор Ч П.В. Будрин приводит первые в России сведения по агротехнике выращивания горьких узколистного и желтого люпинов. При выращивании на зеленое удобрение он рекомендовал сеять люпин в разброс с нормой 12...15 пудов (180...225 кг/га) узколистного и 10...12 пудов (150...180 кг/га) желтого люпина. Для получения семян он предлагал люпин сеять рядами через 20...30 см. На одном гектаре высевать 8... 12 пудов (120... 180 кг/га) узколистного и 6...9 пудов (90...130 кг/га) желтого люпина. Сроки сева определялись после посева овса и гороха. На рядовых посевах для уменьшения засоренности против сорных трав предлагалось проводить мотыженье. Поскольку узколистный и желтый люпин осыпался при своем созревании, то убирать на семена рекомендовалось утром или под вечер, когда выпадет роса. Подсушивался срезанный люпин в копнах. Свозился на телегах, усланных плотной тканью, и обмолачивался хлебными молотилками. Урожаи зерна составляли в опытах при такой примитивной технологии по 70...150 пудов (12...22 ц/га) узколистного и 55...120 пудов (8...18 ц/га) желтого люпина. Интерес к люпину возрастал. В 1913 году около г.Лида (Белоруссия) открывается Беняконская опытная сельскохозяйственная станция. Затем в 1914-1915 годах Полесская возле ст. Ирша (Украина), а в 1916-1919 годах Новозыбковская (Россия), главной задачей которых было изучение и пропаганда люпина. Люпин стал распространяться в России, Украине и Белоруссии. С 1918 по 1928 год площади сева люпина выросли с НО га до 5200 гектаров. Хотя урожайность зерна была 8... 11 ц/га, но в 1924-1926 годах семена горького люпина, полученные в Остерецком районе Черниговской области, продавались в Германию. Систематическая опытная работа по изучению сидерации, агротехники получения семян и селекции люпина проводилась на Новозыбковской опытной сельскохозяйственной станции под руководством первого директора академика Е.К.Алексеева, внесшего огромный вклад в изучение и пропаганду культуры люпина в СССР.
Нормы и способы посева люпина — важный прием оптимизации плотности агроценоза
Вряд ли название, какого либо химического элемента настолько противоположно его сущности, как у азота. Азот - означает безжизненный. Азот в переводе с греческого означает "не жизнь", "отрицающий жизнь". Удивительно, что так названо вещество, без которого не может существовать ни одно растение и ни одно животное. Азот - необходимый элемент в составе белка главной части живой плазмы. Человек - это белковая машина, использующая ежедневно 50 граммов белков, то есть 8 граммов азота [140].
Откуда же взялось это слово, которым пользовались алхимики? Оно искусственно построено так: "альфа" - первая буква всех тогдашних алфавитов, на которых писались научные произведения (греческого, латинского и еврейского), "зет" - последняя буква латинского алфавита, "омега" - греческого и "тов" - последняя буква еврейского алфавита. Из сочетания этих букв и получается слово «Azof». Это вариант на мотив из Апокалипсиса: "Аз есть альфа и омега, начало и конец"; словом "азот" обозначали то неизвестное "начало всех начал", тот философский камень, этот чудодейственный "фермент", способный превращать металлы в золото, то вообще какой-то таинственный ключ красоты, здоровья и богатства.
Азот - один из самых инертных в атмосфере он не входит в соединения с другими элементами и существует целой массой в неизменяемом состоянии. Наибольшую часть атмосферных газов составляет молекулярный азот — 78,09% по объему или 75,6% по массе. Над каждым квадратным километром земной поверхности, в воздухе содержится около 8 млн.тонн азота. Мы вдыхаем и выдыхаем с воздухом азот, он необходим нашему организму, но он нами не усваивается из воздуха, и мы должны получать его из других источников. Но, все живые организмы планеты, будучи окружены огромными запасами молекулярного азота, испытывают острую нужду в этом элементе.
Открыт азот в 1772 шотландским ученым Д. Резерфордом в составе продуктов сжигания угля, серы и фосфора, как газ, непригодный для дыхания и горения («удушливый воздух»). Вскоре французский химик А. Л. Лавуазье пришел к выводу, что «удушливый» газ входит в состав атмосферного воздуха, и предложил для него название «azote» (от греч. azoos — безжизненный). В 1784 английский физик и химик Г. Кавендиш установил присутствие азота в селитре.
Элемент, который выдающиеся химики считали безжизненным, на самом деле оказался одним из самых жизнеутверждающих. И его правильнее было бы назвать "жизненно необходимым". Азот является одним из четырех элементов, на которые приходятся около 98% массы живой клетки. Это — один из главных биофильных элементов. Азот обязательный компонент белков и нуклеиновых кислот, определяющих важнейшие свойства всего живого на земле. Он входит в состав основных полимеров любой живой клетки — структурных белков и белков-ферментов, нуклеиновых и аденозинфосфорных кислот - основы жизни на Земле. Его превращения в биосфере определяют работу главного звена биологического цикла — образование первичной растительной продукции. По словам известного советского микробиолога ВЛ.Омелянского, «азот более драгоценен с общебиологической точки зрения, чем самые редкие из благородных металлов».
Большие запасы азота на нашей планете представлены его восстановленными и окисленными газообразными формами (N2, NH3, N20, NO, N02), которые входят в состав атмосферы Земли и содержатся в почвенном воздухе. Азот дает соединения то окисленные, то восстановленные, то кислотного, то щелочного характера. Казалось бы - парадокс, ведь живые существа буквально окружены этим элементом. Часто именно азот, является фактором, лимитирующим развитие живых № организмов. Д.Н.Прянишников считал, что усвояемый азот почвы, в настоящее время является на Земле главным ограничивающим фактором жизни. Он писал, что эпохи в развитии земледелия и отвечающие им уровни урожайности определяются количеством доступного растениям азота в почве. Животным доступен азот в форме органических соединений. И несмотря на то, что в почве иммобилизовано азота в гумусе и биомассе микроорганизмов в три раза больше, чем в растениях и животных, вместе ,Ц взятых азот в почве часто бывает, в первом минимуме с точки зрения обеспечения питания растений, так как основная масса почвенного азота заключена в недоступных растениям сложных органических соединениях, которые минерализуются очень медленно. Это обстоятельство приводит к необходимости подкармливать растения вносимыми в почву азотными удобрениями. В конце XIX века выяснилось приближающиеся истощение запасов чилийской селитры (NaNCb), с чем связывалась «близкая» гибель человечества, из-за невозможности дальнейшего подъема урожаев зерна при росте населения. Из почвы с урожаем, как показывают расчеты, происходит постоянный вынос азота, превышающий 100 млн т/год. Производство минеральных азотных удобрений, исчисляемое 60...70 млн т/год (по азоту), требует больших энергозатрат, которые составляют в ряде развитых стран 40% и более от общего объема энергопотребления в сельском хозяйстве. На связывание тонны молекулярного азота требуется количество энергии, освобождаемое при сжигании 2...3 тонн каменного угля. С экономической стороны также азот является то самым дорогим элементом, если речь идет о минеральных удобрениях, то самым дешевым, если иметь в виду использование азота бобовых. В то же время коэффициент их использования растениями не превышает 50%.
В результате роста цен на энергоресурсы протекающего в условиях общественного кризиса, мы стали перед лицом кризиса азотного в сельском хозяйстве. И чтобы сегодня повысить продуктивность растениеводства, в первую очередь необходимо решить проблему дефицита азота. В настоящее время в России, проблема азота превратилась в глобальную социальную проблему. От ее правильного решения зависит не только урожайность полей, сохранение почвенного плодородия, но и устойчивость жизни биосферы.
Фазы развития и модель потенциальной продуктивности люпина
Урожай люпина зависит от наследственно обусловленных потенциальных возможностей растений, их устойчивости к неблагоприятным условиям среды, а также от почвенно-климатических, биологических и агротехнических факторов. Поскольку одним из главных требований к растениеводческой продукции является ритмичность ее производства, исключительно важным показателем продуктивной урожайности люпина будет являться устойчивый ее рост в неблагоприятных условиях внешней среды. Как отмечают А.А. Жученко и соавт., Ceapoiu N., около 50...80% общей вариансы продуктивности зависит от условий внешней среды [61,62,234]. При этом показатель стабильности выхода хозяйственно ценной продукции с единицы площади обусловлен сохранением устойчивых значений одних элементов продуктивности (например, число зерен на растении, средняя масса одного зерна и т. д.) и большей пластичностью других (кустистость злаковых, число колосьев на единицу площади и т. д.) [63]. По данным Коровина А.И. и соавт., в зависимости от погодных условий урожайность сельскохозяйственных культур в районах достаточного увлажнения изменяется в 2...3 раза [99]. Исследования Тульской опытной станции показали, что семенная продуктивность сортов желтого люпина при выпадении от 100 до 175 мм осадков составляла 5,6...7,8 г/растение. При 326...400 мм осадков увеличивалась в 2...3 раза и составляла 14,3...19,0 г/растение, а у белого люпина увеличивалась с 14,8 до 34,9 г/растение, или более чем в 2 раза [80]. Исследования вариабельности урожайности сортов и видов люпина показали, что, например, у узколистного люпина Кристалл за последние 5 лет, в зависимости от количества осадков и суммы температур, коэффициент вариации урожайности достигал 25...30%. В годы с достаточным увлажнением урожайность зерна узколистного и белого люпина была в 2 раза выше, чем в засушливые годы.
Стабильность урожайности по годам для культуры люпина — главное условие интенсивного увеличения площадей сева в Российской Федерации. Учитывая вышеизложенное для преодоления негативных последствий факторов среды требуется уточнить концепция размещения видов и сортов по зонам выращивания, перейти к стабилизирующим урожайность технологиям выращивания Осадки в течение года выпадают относительно равномерно, отсутствует длительное переувлажнение и систематические засухи.
Сумма осадков составляет min 130...160, max 550...600 мм и более за вегетационный период (апрель-сентябрь), гидротермический коэффициент 1,3...1,6, сумма активных температур от 1800 до 2300С. Однако в отдельные месяцы возможны как засушливые условия, так и избыточно увлажненные, что отрицательно сказывается на формировании семян люпина. Метеорологические условия вегетационного периода во многом определяют ареал выращивания видов люпина на зерно и зеленую массу. Северная граница, обеспечивающая наступление хозяйственной спелости семян узколистного люпина, проходит через Новгород, Вологду, Киров и Пермь. Для желтого люпина - Опочка, Торопец, Ярославль, Кострома, Ижевск. Созревание семян этих видов люпина возможно при накоплении суммы положительных температур за период «всходы -полная спелость»: для узколистного - 1800...1950С, желтого 1900...2100С. Учитывая, что урожай зерна желтого и узколистного люпина, равный 10 ц/га, можно получить при минимуме осадков (130...160 мм для узколистного и 170... 190 мм для желтого), южную границу ареала люпиносеяния этих видов следует провести по линии Кишинев, Харьков, Пенза, Казань [56].
Районы наиболее высоких урожаев зерна узколистного люпина характеризуются средней температурой воздуха плюс 15,0...17,0С и суммой осадков 220...270 мм за период «всходы - полная спелость». Для желтого кормового люпина — температура +16,0...18,0С и сумма осадков 220...350 мм. Северная граница устойчивых урожаев белого люпина проходит по данным В.Н.Дюбина (1978) через Курск, Тамбов, Самару, а южная - через Краснодар, Ставрополь. Для созревания семян требуется сумма температур от 2050 до 2400С [56].
Достаточная продолжительность солнечного сияния для выращивания видов люпина наблюдается от 60 до 52 северной широты в районах Европейской части Нечерноземной зоны России. Интенсивность освещения составляет 7200...14400 люксов [28].
Из всех бобовых культур люпин менее требователен к почвенному плодородию. Основными типами почв, на которых он хорошо растет и дает высокие урожаи зеленой массы и зерна, являются дерново-подзолистые почвы - легкие и средние по механическому составу (рис.1). На тяжелых глинистых почвах люпин плохо удается. Для выращивания люпина подходят серые лесные почвы лесостепной зоны (рис.1).
Площадь питания растений люпина
Климатические условия сильно влияют на рост и высоту стебля. В фазе 3...6 настоящих листочков желтый люпин может находиться в течение 16...22 дней. Засушливая или прохладная погода в фазу розетки задерживает развитие растений люпина. Узколистный и белый люпин отличаются от желтого более быстрым прохождением ранних фаз развития. У детерминированных сортов узколистного и белого люпина фаза розетки скоротечна и сразу переходит в фазу стеблевания. Однако засушливая погода в первой и второй декадах мая вызывает снижение высоты стебля у всех видов и сортов на 30...35%. Продолжительное нахождение в фазе розетки из-за засухи отрицательно влияет на формирование урожайности. Снижение урожайности связано с ухудшением условий для азотфиксации, так как растения люпина не могут при запасах влаги менее 10...12 мм в 10-ти сантиметровом слое почвы активно образовывать клубеньки на корнях. При длительном отсутствии клубеньков на корнях растения люпина переходят на автотрофное питание азотом, что значительно замедляет рост стебля растений, особенно на бедных с низким содержанием гумуса почвах.
В фазы стеблевания ... бутонизации ... цветения оптимальная среднесуточная температура воздуха для люпинов, благоприятно влияющая на формирование генеративных органов, составляет +20...25С. Повышение температур до +30С в этот период отрицательно сказывается на величине урожая. Во время закладки генеративных органов наблюдается второй критический период у люпина по потреблению влаги. При недостатке в почве свободной влаги у растений люпина резко ограничивается закладка цветков. Отрицательные последствия истощения запасов влаги для люпина могут сказаться как немедленно, так и впоследствии.
Люпин по своей биологии относится к влаголюбивым культурам. Коэффициент транспирации у него составляет 600...700 [176]. При недостатке влаги в почве происходит осыпание у люпина завязей бобов на 80...90% [28, 149]. При засухе снижаются товарные качества зерна, увеличивается в 1,5...2,0 раза алкалоидность семян, особенно узколистного и белого люпина. Урожайность зерна и зеленой массы резко понижается [195].
По своей биологии люпин относится к светолюбивым культурам [4]. Коэффициент использования солнечной энергии у люпина самый высокий среди полевых культур - 4,79, в то время как у пшеницы он равен - 2,68, у ржи -2,42, у клевера -2,18, у вики - 1,98 [8]. Люпин мирится со слабым затенением на ранних этапах роста и плохо переносит недостаток освещенности в фазе стеблевания. В опытах А.В.Мироненко с желтым люпином установлено, что при уменьшении интенсивности солнечного освещения на 25% растения люпина вытягивались, отмечалось слабое развитие корневой системы. Дальнейшее уменьшение освещенности до 50% от полного на начальных стадиях развития желтого люпина не вызывало заметного угнетающего действия, однако к фазе цветения число листьев при 25% затенении было в 2,5 раза, а урожай зеленой массы в 4 раза ниже, чем при полном освещении [132]. По данным С.Барбацкого, затенение способствует повышенному накоплению алкалоидов в растениях люпина в 1,8...2,5 раза, что может у некоторых сортов снижать товарные качества продукции [10].
Поскольку важнейшим критерием продуктивности люпинового агроценоза является эффективность утилизации солнечной энергии растениями, первостепенное значение приобретает формирование высокопроизводительной фотосинтезирующей поверхности посева. Решение этой центральной задачи может быть обеспечено за счет оптимизации конструкции агроценоза (увеличения плотности ценоза, оптимизации схемы их размещения, использования многокомпонентных посевов и т. д.), в котором важную и специфичную роль в обеспечении высокой продуктивности и экологической устойчивости агроценоза играет характер отношений растений (конкурентные, симбиотические, паразитические, нейтральные). В целом считается, что за счет снятия лимитирующего фотосинтез действия внешних и внутренних факторов КПД запасания солнечной энергии в посевах сельскохозяйственных культур, в том числе люпина, может быть увеличен до 2 и даже 5%.
Формирование эффективной фотосинтезирующей поверхности люпинового агроценоза за счет целенаправленного его конструирования во многом связано с величиной индекса листовой поверхности на протяжении большей части вегетации. Так, величина этого показателя у пшеницы, ячменя и картофеля, как указывает Watson D.J., превышает единицу лишь в течение 70...84 дней всего вегетационного периода [265]. У узколистного люпина, несмотря на сравнительно продолжительный вегетационный период, интенсивного накопления сухого вещества не наблюдалось, поскольку в течение 3/4 периода между посевом и сбором урожая зерна индекс листовой поверхности не превышал единицы и, следовательно, КПД фотосинтеза оставался низким. Не случайно поэтому, в условиях Неченоземной зоны РФ весьма эффективными оказываются ранние, а не поздние сроки посева люпина, оптимальные, а не загущенные посевы, позволяющие обеспечить более высокий уровень индекса листовой поверхности в течение летнего периода. Таким образом, синхронизация этапов формирования наибольшей листовой поверхности посева с наиболее благоприятными для фотосинтеза условиями внешней среды специфична для каждого вида люпина и почвенно-климатических условий. Достигается она за счет агротехники - сроков и норм посева, доз и соотношений удобрений, применения пестицидов, регуляторов роста, клубеньковых бактерий и других приемов, которые являются решающим фактором роста урожайности растений. Проанализировав некоторые аспекты конструирования агроценозов, которые были рассмотрены в работах Сукачева, Раменского, Шенникова, Камышева, Вильямса, Ничипоровича и соавт. и других исследователей, академик А.А. Жученко пришел к выводу, что эта проблема продолжает оставаться одной из наиболее сложных и наименее изученных в растениеводстве [63].
