Фитомелиоранты для засоленных и солонцеватых почв Причерноморья

“Мелитопольский государственный университет”, Россия, 272312, Мелитополь, пр-т Богдана Хмельницкого, 18, , , e-mail:

18 prosp. Bogdana Khmel'nitskogo, Melitopol' 272312, Russian Federation, , e-mail:

Применение зеленых удобрений актуально для уменьшения антропогенной нагрузки на почву, предотвращения деградации и повышения плодородия почв, увеличения урожайности сельскохозяйственных культур. Мелиорация засоленных земель, основанная на внесении химических мелиорантов часто приводит к возникновению экологических проблем, поэтому перспективны биологические методы мелиорации, в том числе фитомелиорация. Засоление почв распространено в степных условиях, для которых характерен засушливый климат. Степная зона является основной для выращивания озимой пшеницы. В условиях засоления почв урожайность озимой пшеницы значительно снижается. Зеленые удобрения – важнейший источник возобновления плодородия почвы и обогащения ее экологически безопасными органогенными элементами, а также могут выполнять роль фитомелиоранта. Классификация растений, используемых в качестве зеленых удобрений, недостаточно изучена, в разных источниках можно найти только отдельные элементы, поэтому нашей задачей является составление более полной классификации, выделение признаков, по которым можно подбирать фитомелиоранты для засоленных почв. В мире используется несколько понятий для зеленого удобрения. В нашей стране термин сидераты и зеленые удобрения считаются синонимами (Борисова, 2015; Приходько и др., 2020; Стрельников и др., 2018). В других странах используют термин зеленое удобрение (green fertilizer), либо зеленый навоз (green manure) и покровная культура (cover crop). А в странах с жарким климатом используют понятие теневые культуры (shade crops), которые обеспечивают снижение температуры почвы и в дальнейшем выполняют роль зеленого удобрения (Adrian et al., 1927; Eichler-Löbermann et al., 2008; Siwek et al., 2024; Arazmjoo et al., 2022). Термин “покровная культура” был впервые использован профессором L.H. Bailey для обозначения культуры, специально посаженной для укрытия земли зимой и служащей защитой для корней деревьев. В США термин “покровная культура”, как правило, вытесняет термин “сидеральная культура”, так что эти два термина в значительной степени стали синонимами. “Промежуточная культура” (catch crop) может также использоваться в качестве сидеральной культуры, и действительно, значительная часть сидерального удобрения производится с помощью промежуточных культур (Adrian et al., 1927; Eichler-Löbermann et al., 2008).

Классификация зеленых удобрений основывается на их роли в севообороте, а также на методах их обработки и применения в качестве удобрений. Сидераты могут быть распределены по различным категориям в зависимости от того, какую функцию они выполняют в агрономической практике и как их использование влияет на состояние почвы. Разные виды зеленых удобрений имеют свои особенности возделывания, которые определяются климатическими условиями, типом почвы и конкретными агрономическими задачами. Эффективность их применения заключается в способности улучшать структуру почвы, увеличивать содержание органических веществ и обогащать ее питательными элементами. Таким образом, правильный выбор и использование зеленых удобрений не только способствует повышению плодородия почвы, но и помогает обеспечить устойчивость агроэкосистем к негативным факторам внешней среды.

В нашем исследовании мы хотели установить с помощью какого критерия в классификации зеленых удобрений следует подбирать фитомелиоранты для засоленных почв Херсонской и Запорожской областей России.

ОБЪЕКТЫ

По данными FAO, засоленные почвы занимают около 17.4% всех сельскохозяйственных земель. По данным 118 стран, 4.4% верхнего слоя почвы и более 8,7% (слой почвы 30 – 100 см) от общей площади суши подвержены воздействию соли. Эти площади расширяются из-за изменения климата, что усиливает накопление солей в почвах в силу увеличения площади засушливых земель, нерационального их использования и дефицита воды. Засоление является стрессовым фактором, который приводит к потерям сельскохозяйственной продукции (Global, 2021).

Площадь сельскохозяйственных угодий в России (включая Крым) составляет 197.8 млн га, из них деградации подвержены 53.3%, в том числе засолению и солонцовому процессу – 18.2% (Панкова и др., 2020). Наибольшие площади из 22.9 млн га засоленных почв России находятся в лесостепной, степной и полупустынной зонах (Панкова и др., 2019).

На период 2022–2024 гг. информация о площади засоленных земель в Херсонской и Запорожской областях Российской Федерации отсутствует. В Херсонской области в 2016 г. 46.16% пахотных земель были засолены (Регіональна…, 2017).

В 2019 г. в Запорожской области в Мелитопольском районе площадь незасоленных орошаемых земель составляла 15 410 га, слабосолонцеватых – 7 695 га, среднесолонцеватых – 149 га, а в Акимовском районе площадь несолонцеватых земель составляла 1 668 га, слабосолонцеватых – 40 187 га, среднесолонцеватых – 7 950 га, сильносолонцеватых – 805 га (Гришко и др., 2019).

Значительные колебания уровня минерализованных подпочвенных вод в Запорожской области, которые залегают на глубине 2–2.5 м и засолены хлоридами и сульфатами, а также капиллярная связь их с поверхностью почвы, промывка паводковыми водами привели к тому, что черноземно-луговые почвы Запорожской области имеют все признаки и свойства солонцеватых и солончаковых. Солонцеватые почвы характеризуются содержанием натрия более 5% от суммы обменных катионов (Гришко и др., 2021).

Земельные ресурсы Херсонской области представлены в основном черноземами южными и темно-каштановыми почвами. Встречаются разные типы засоления, но преобладает сульфатный и смешанный. Одним из источников засоления в Херсонской и Запорожской областях является эоловое распространение солей с Азовского и Черного морей. Воды Азовского моря имеют сульфатный тип засоления, поэтому на почвах, находящихся вблизи моря, преобладает сульфатный тип засоления.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЗЕЛЕНЫХ УДОБРЕНИЙ

В качестве зеленых удобрений используют в основном травянистые растения.

Впервые упоминание о классификации зеленых удобрений отмечено в работе “Фосфориты и сидерация” русского ученого А.Н. Энгельгардта. Он определил возможные варианты сидерации в севооборотах на тяжелых подзолистых почвах Смоленской губернии: клеверосеяние с запашкой на удобрение послеукосных остатков бобовой культуры – “неполная сидераци”, запашка дикой травяной растительности – “естественная сидерация” и запашка посевов гороха – “полная сидерация” (Коваленко, 2014). В современной классификации данные понятия практически не используются.

В основу классификации зеленых удобрений можно положить задачи, которые они выполняют: защищают почву от эрозии, вызванной водными потоками и ветром; уменьшают потери питательных веществ, вызванные вымыванием; вносят в почву органические вещества и биологический азот; перераспределяют питательные элементы из глубинных слоев в плодородный верхний слой почвы; освобождают трудноусвояемые формы фосфора, калия, кальция и магния, заключенные в почве, и вводят их в биологический цикл; улучшают физические, биологические и биохимические характеристики почвы; выступают в роли фитомелиорантов на загрязненных землях; сдерживают рост и развитие сорняков; снижают количество фитопатогенов и энтомологическую нагрузку на культивируемые растения; являются важным ресурсом для кормопроизводства. Прежде всего нужно подобрать зеле- ное удобрение согласно цели его использования, определить его вид, продолжительность жизни, и только после этого подбирать способ выращивания.

Опыт сельского хозяйства в нашей стране показывает, что с увеличением уровня окультуривания почв и внедрением специализированных севооборотов целесообразно применять промежуточные зеленые удобрения, не нарушая последовательность культур в севообороте, и заменять черный пар сидеральным. Использование сидеральных паров как самостоятельного вида зеленого удобрения оказывается более актуальным на малоокультуренных, бедных органическим веществом и засоленных почвах. Поэтому в Херсонской и Запорожской областях на засоленных почвах более эффективны сидеральные пары, где зеленое удобрение будет выполнять фитомелиоративную функцию.

Зеленые удобрения относятся к двум классам биомелиорантов.

Биомелиоранты – это вещества и организмы, повышающие плодородие почвы и обеспечивающие производство высококачественной экологически безопасной растениеводческой продукции. В классификации биомелиорантов зеленые удобрения присутствуют как в классе органических удобрений (зеленые удобрения), так и в классе фитомелиорантов (Рабинович и др., 2021).

Биомелиоративное воздействие зеленых удобрений заключается в том, что они способствуют накоплению гумуса в почве. При их длительном использовании наблюдается улучшение различных характеристик почвы: увеличивается запас питательных веществ, понижается уровень кислотности, возрастает содержание обменных катионов, а также увеличивается поглотительная способность и буферность, влагоемкость, пористость и водопроницаемость. Почва также обогащается микрофлорой, что приводит к возрастанию ее биологической активности, улучшению агрегатного состава и уменьшению степени уплотнения.

Фитомелиоранты по влиянию на почву делятся на культуры, регулирующие: водный режим, солевой режим, тепловой режим, органическое вещество, санитарное состояние, агрегатный состав.

Мы предлагаем классификацию зеленых удобрений по действию на почву: улучшающие, очищающие и защищающие.

Улучшающие . Способствуют повышению плодородия почвы за счет ее обогащения азотом и другими питательными веществами, улучшению структуры и водоудерживающей способности. К улучшающим зеленым удобрениям относятся бобовые и злаковые культуры.

Очищающие . Способствуют устранению нежелательных элементов из почвы, таких как тяжелые металлы, радионуклиды, соли, кислоты, семена сорной растительности. Очищающие сидераты хорошо подходят для загрязненных и засоленных почв. К ним относятся горчица, ячмень, рапс, редька масличная, сурепица и другие культуры (Макарова, 2021).

Защищающие зеленые удобрения способствуют предотвращению развития болезней и вредителей растений, а также защите почвы от эрозии и пересыхания. Защищающие сидераты хорошо подходят для любых почв. К ним относятся фацелия, календула, ромашка, кореопсис, астра.

Обогащение органическим веществом происходит при выращивании всех видов зеленых удобрений. При использовании бобовых культур происходит обогащение почвы биологическим азотом.

Применение зеленых удобрений способствует улучшению физико-химических свойств почвы и ее структуры. Снижается переувлажнение, предотвращаются водная и ветровая эрозия, вымывание элементов питания за пределы корнеобитаемого слоя.

Благодаря мощным корням зеленые удобрения добывают из нижних почвенных слоев энергетически ценные соединения, которые поступают в почву после заделки. Таким образом увеличивается масса корней в плодородном слое почвы.

По семейству, к которому относятся растения, зеленые удобрения делятся на:

- Бобовые или Мотыльковые (Fabáceae, или Leguminósae) многолетние (донник белый и желтый, клевер ползучий и луговой, люцерна посевная, эспарцет, козлятник или галега восточная, лядвенец рогатый, астрагал длиннолистный и эспар-цетовый, сенна) и однолетние (вика озимая, посевная и мохнатая, горох посевной, люпин, сераделла, маш (вигна лучи- стая), чина, пажитник, клевер персидский и александрийский, циамопсис (гуар), муку́на жгу́чая, канавалия, вязель пестрый);

• -    Злаковые или Мятликовые (Gramíneae, или Poáceae) многолетние (райграс многолетний, английский или пастбищный, суданское сорго, рожь многолетняя, житняк, миска_́нтус, или ве_́ерник) и однолетние (пшеница, ячмень, рожь, тритикале, овес, тимофеевка, райграс, фестулолум, лисохвост луговой, мятлик луговой, овсяница луговая, костер безостый);

• -    Капустные или Крестоцветные (Brassicáceae, или Crucíferae) многолетние (клоповник крупковидный, рыжик озимый) и однолетние (редька масличная, рапс, сурепица, горчица, перко, дайкон, дескурайния Софии, гулявник Лезеля);

• -    Водолистниковые или Гидрофильные (Hydrophyllaceae) – фацелия;

• -    Астровые или Сложноцветные (Compósitae): подсолнечник, календула, сафлор, титония, сильфия пронзеннолистная;

• -    Гречишные или Спорышевые (Polygonáceae) – гречиха;

• -    Амарантовые или Щирицевые (Amarantháceae) – амарант.

По длительности жизненного цикла растения, которые используются в качестве зеленых удобрений, делятся на однолетние и многолетние.

У однолетних растений жизненный цикл проходит в течение одного вегетационного периода, то есть за один сезон растение прорастает, цветет, размножается и погибает. К однолетним зеленым удобрениям относятся: райграс однолетний, сорго суданское, вика посевная, люпин желтый, сераделла, вигна лучистая, чина, пажитник, рапс яровой, сурепица яровая, овес посевной, яровая пшеница, яровой ячмень, амарант, гречиха обыкновенная, горох полевой, клевер александрийский, редька масличная, фацелия.

Двулетние – растения, жизненный цикл которых, проходит за два сезона, причем, в первом не происходит цветение и размножение (редька масличная, белый и желтый донники выступают как однолетние сидераты). К двулетним зеленым удобрениям относятся: календула, дайкон, астрагал, донник лекарственный и другие.

Многолетние – это растения, способные жить несколько лет;

при этом проходя каждый год стадии развития и размножения. К многолетним зеленым удобрениям относятся: люцерна посевная, козлятник, лядвенец рогатый, мискантус, клевер луговой, житняк, клоповник крупковидный ( Lepidium draba ), тимофеевка луговая.

Озимые зеленые удобрения – это однолетние растения, жизненный цикл которых требует перезимовки (от одного до нескольких месяцев) в условиях пониженных температур. К озимым зеленым удобрениям относятся: ячмень, рапс, пшеница, рожь, горох, вика, сурепица, рыжик и другие культуры.

По способу выращивания выделяют несколько видов зеленых удобрений:

• -    самостоятельные – культуры, которые занимают поле севооборота весь вегетационный период (оно может быть запахано как под озимые, так и под яровые посевы);

• -    промежуточные, если сидерат высевают между уборкой урожая одной культуры и посевом другой;

• -    уплотненные зеленые удобрения, которые выращиваются на так называемых смешанных площадках, по соседству с основными культурами или другим сидератом;

• -    укосные – скашивание и заделка трав на том же поле, или перевоз скошенной биомассы на другое поле;

• -    отавные – используют для запашки после отрастания рано скошенных однолетних, или многолетних трав.

Промежуточные зеленые удобрения делятся по срокам посева на пожнивные, осенний посев, посев под зиму.

Пожнивные сидераты – это посевы различных культурных растений, которые высеваются после рано убираемых с поля озимых или даже яровых зерновых культур. В пожнивных посевах зеленых удобрений возможно использование максимального числа быстро развивающихся бобовых, зерновых, капустных и прочих видов растений. Распространены такие пожнивные зеленые удобрения, как узколистный люпин, горох посевной, горох полевой, вика яровая, кормовые бобы, рапс яровой, редька масличная, горчица белая, фацелия.

Осенние зеленые удобрения – это растения, которые высевают осенью, рекомендованы для районов с влажным, затяжным и теплым осенним периодом и заделываются в почву в тот же сезон.

Посев под зиму – это метод посева сидератов поздней осенью с заделкой ранней весной. Он часто используется в субтропических районах с влажным климатом и мягкой зимой. В степных районах России часто используют озимые зерновые, либо редьку масличную (Колодяжный и др., 2021; Eilittä et al., 2004). Зимние зеленые удобрения могут эффективно расти весной и за период перед посевом основных сельскохозяйственных культур увеличивать зеленую массу до 20 т на га и даже больше. В качестве озимого зеленого удобрения часто используются: вика озимая, рапс озимый, сурепица озимая, озимая рожь.

Уплотненные зеленые удобрения делятся на подсевные и кулисные.

Кулисные сидераты высевают, формируя грядки в виде полос, которые могут иметь различную ширину. Скошенную зеленую часть растений при этом рекомендуется использовать для удобрения соседней полосы-гряды. Поэтому в последние годы в ряде стран (Англия, Германия, США и др.) используют кулисные сидераты (Гасанова и др., 2020; Семененко и др., 2017). В кулисном сидеральном пару стерня и кулисы из горчицы больше влияют на задержание снега и поглощение талой воды. Кукуруза положительно влияет на водный режим и накопление продуктивной влаги. В метровом слое почвы накопление продуктивной влаги увеличилось на 16.0–40.4 мм в среднем за 12 лет (Абрамов, 2020).

Подсевные зеленые удобрения – это метод, когда под покров основной культуры высевают сидераты. Различают два типа высева: подсев под яровую культуру многолетних трав, и посев озимых культур одновременно с подсевом яровой культуры. При наступлении отрицательных температур яровые культуры погибают, затем разлагаются, а питательные вещества при возобновлении вегетации поглощаются озимыми культурами (Новоселов и др., 2022; Новоселов и др., 2017).

Укосное зеленое удобрение производят в выводных полях, а затем транспортируют на участки севооборота и заделывают в почву. Для этой цели используют в основном многолетние сидеральные культуры. Подходит для данных целей и многолетний люпин, который также имеет преимущество в том, что может да- вать семена даже в условиях северных районов Нечерноземной зоны.

Отавное зеленое удобрение заделывают в землю после отрастания съеденной или удаления с участка скошенной биомассы, а также остатков корней и стеблей сидератов. Оно применяется на посевах с разным типом почв, в первую очередь легкого гранулометрического состава. Используется во всех регионах России, а также в Сибири и на Дальнем Востоке. В качестве отавных зеленых удобрений используют озимый и кормовой горох, чину и донник в Туркменистане, Таджикистане, Узбекистане, Закавказье, Киргизии и Казахстане.

В природе можно встретить множество растений, обладающих свойствами, способными ограничивать количество вредителей и предотвращать возникновение заболеваний. Вырабатываемые этими растениями токсичные вещества функционируют как химические компоненты, участвующие во взаимодействии между различными видами. Данные вещества получили название фитонциды.

Растения, используемые в качестве зеленых удобрений, по фитосанитарному действию на почву и растения также можно поделить на группы:

Фитонцидное действие на мучнистую росу винограда обнаружено у зеленых удобрений смеси семейств Бобовых, Злаковых,

Капустных и Гидрофильных. Использовалась смесь зеленого удобрения, которая включала семена различных видов семейств Бобовых (55%), Злаковых (38%), Капустных (5%) и Гидрофильных (2%). Эта смесь состояла из вики яровой (30%), бобов (10%), гороха (10%), клевера пунцового (5%), ячменя ярового (16–20%), озимого овса (12–18%), горчицы белой (3%), рукколы (2%), фацелия (2%) (Perria et al., 2022).

Вторичные метаболиты растений, которые включают фенольные соединения, терпеноиды, стероиды и алкалоиды, играют ключевую роль в проявлении инсектицидных свойств. Бархатцы содержат такие фитонциды, как алкалоиды и флавоноиды. Эти вещества могут иметь токсическое действие на животный организм (убивать насекомых), а также репеллентное или антифидант-ное действие (отпугивать вредителей или предотвращать их питание) (Бобрешова и др., 2021).

Сорго, суданка, суданское сорго, также известное как гибрид сорго-суданки (Sorghum × drummondii), представляет собой морозоустойчивое растение, отлично адаптированное к условиям засухи. Оно является одним из наиболее эффективных аэрационных растений, использование которого значительно улучшает структуру почвы. Гибрид имеет хорошо развитую корневую систему, активно реагируют на скашивание надземной части увеличением массы вторичных корней.

Выделяя специальные аллелопатические вещества, суданская трава, сорго, суданское сорго эффективно подавляют рост большинства сорняков, очищая и восстанавливая почву. Эти сидераты быстро возвращают плодородие истощенным землям, выполняя свою задачу всего за один год. Они успешно растут на различных типах почв, что делает их идеальными для осушения и реабилитации тяжелых глинистых и влажных участков (Кишев и др., 2024).

ФИТОМЕЛИОРАНТЫ ДЛЯ ЗАСОЛЕННЫХ ПОЧВ ХЕРСОНСКОЙ И ЗАПОРОЖСКОЙ ОБЛАСТЕЙ

Для подбора по классификационному признаку приведем пример фитомелиорантов засоленных почв – культур, пригодных для засушливых условий Херсонской и Запорожской областей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В Херсонской и Запорожской областях России значительные площади пахотных земель подвержены засолению (от 20 до 46%). Для уменьшения антропогенной нагрузки на почву, уменьшения степени засоления почв, сокращения площади пахотных земель подверженных засолению, повышения плодородия и урожайности сельскохозяйственных культур целесообразно использовать фитомелиоранты – горчицу, амарант, ячмень и донник, которые по классификационным признакам являются улучшающими, очищающими и защищающими зелеными удобрениями.