Эффективность применения сидератов как приема фитомелиорации серых лесных почв Орловской области

Введение. Сегодня в сельскохозяйственном производстве, учитывая его направление на биологизацию, необходимо рассматривать инновационные решения, которые обеспечат обязательное повышение почвенного плодородия, повышение качества растениеводческой продукции, экономической эффективности сельскохозяйственного производства и улучшение здоровья, уровня жизни населения и продовольственной безопасности Орловской области и страны. С целью повышения плодородия почв, урожайности сельскохозяйственных культур и качества получаемой продукции в настоящее время разрабатываются нетрадиционные приемы. К таким перспективными приемам восстановления и улучшения земель сельскохозяйственного назначения можно отнести фитомелиорацию.

Термин «фитомелиорация» образован греческой приставкой «phyto» (растение) и латинским суффиксом: «melioratio» (улучшение), т.е. прием по восстановлению почвы при помощи растений, и здесь большое внимание уделяется зеленым удобрениям – сидератам.

Термин «сидерация» (от латинского слова «siderus», что подчеркивает роль солнечного света в производстве зеленой массы удобрения) был предложен впервые в XIX веке французским ученым Ж. Вилем. Сидераты – растения, частично или полностью используемые в качестве зеленого удобрения. Мощная корневая система сидератов, пронизывая глубокие горизонты почвы, создает так называемый биологический дренаж, улучшает агрофизические и биологические свойства почвы, чего не могут сделать другие органические удобрения. Сидераты являются неисчерпаемым, постоянно возобновляемым источником органического вещества и элементов минерального питания [1].

Основные научные предпосылки применения зеленого удобрения состоят в следующем. Зеленое удобрение – важнейший источник гумуса и азота в почве. При запашке высоких урожаев зеленой массы сидератов 35-40 т/га в почву попадает 150-200 кг азота, что равноценно 30-40 т навоза [2-4].

Как отмечает Лобков В.Т., существенное пополнение запасов органического вещества в почве можно обеспечить за счет применения сидерации, которая является одним из агроприемов, обеспечивающих всестороннее влияние на агросистему. Эффективность зеленого удобрения должна измеряться не только влиянием поступающей в почву органической массы на физико-химические и биологические свойства почвы. Благодаря зеленым удобрениям достигается оздоровление севооборотов, снижение численности вредных микроорганизмов [5].

Сидерация является многофакторным агротехническим приемом земледелия, оказывающим комплексное положительное влияние на почву, продуктивность и качество возделываемых культур, а также на окружающую среду. Актуальная задача – подбор перспективных сидеральных культур для повышения плодородия почв, а также урожайности и качества сельскохозяйственных культур [6-8].

В этой связи сидеральным сельскохозяйственным культурам должно быть уделено значительно большее внимание как средству повышения плодородия почвы. Необходимо устанавливать возможности их применения в фитомелиорации земель сельскохозяйственного назначения, проводить оценку агроэкологической и экономической эффективности, уделять внимание особенностям и совершенствованию технологий их использования.

При проведении тех или иных мероприятий, нацеленных на поддержание или восстановление плодородия земель сельскохозяйственного назначения, необходимо, в первую очередь, учитывать, как зональные особенности земледелия, так и потенциальные возможности субстрата и адаптационные свойства растений, рекомендуемых в качестве фитомелиорантов или фиторемедиантов [9].

Цель исследований – изучение эффективности и агроэкологическая оценка использования сидеральных сельскохозяйственных культур как приема фиторемедиации в условиях серых лесных почв Центральной-черноземной зоны Орловской области.

Условия, материалы и методы. Исследования проводились на земельном участке опытного поля научно-образовательного производственного центра «Интеграция» ФГБОУ ВО Орловский ГАУ на территории Лавровского сельского поселения Орловского района Орловской области. Тип почвы: серая лесная почва.

Исследовались возможности применения при фитомелиорации почв в качестве сидератов следующих сельскохозяйственных культур: яровая пшеница (сорт «Дарья»), овёс (сорт «Скакун»), яровой ячмень (сорт «Атаман»), люпин узколистый (сорт «Кристалл»).

В схеме полевого опыта представлены следующие варианты: 1. Чистый пар + навоз 40 т/га (контроль); 2. Овёс + N 60 P 60 K 60 ; 3. Овёс + N 120 P 120 K 120 ; 4. Ячмень + N 60 P 60 K 60 ; 5. Ячмень + N 120 P 120 K 120 ; 6. Пшеница + N 60 P 60 K 60 ; 7. Пшеница + N 120 P 120 K 120 ; 8. Люпин + N 60 P 60 K 60 ; 9. Люпин + N 120 P 120 K 120.

Результаты и обсуждение. Рассмотрено влияние исследуемых сидеральных сельскохозяйственных культур и доз вносимых минеральных удобрений на изменение агрофизических свойств почвы (структурно-агрегатный состав почвы, плотность почвы, влажность почвы). Данные, полученные нами на серых лесных почвах Центральной-черноземной зоны Орловской области, представлены на рисунке 1.

В проведенных исследованиях наибольшая масса надземной части растений отмечена у люпина узколистного, которая в 2 раза превышала аналогичный показатель у других исследуемых культур, и составила в варианте люпин + N60P60K60 – 24,04 т/га, а в варианте люпин + N60P60K60 – 27,16 т/га. Наименьшее количество массы надземной части растений сформировано на посевах яровой пшеницы – 10,81-11,24 т/га и ярового ячменя – 11,27-12,21 т/га, а у овса она составила 12,59-13,97 т/га. Большему формированию вегетативной массы растений способствовало применение минеральных удобрений.

Рисунок 1 – Урожайность надземной зеленой массы исследуемых сидеральных сельскохозяйственных культур (средние данные 2016-2018 гг.)

Гранулометрический состав почв – фундаментальное, базовое свойство почвы, во многом определяющее другие ее свойства и характеристики. Следует отметить, что гранулометрический состав – один из основных факторов почвенного плодородия. Данные по структурно-агрегатному составу почвы представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Структурно-агрегатный состав почвы, %

Вариант	Размер фракций, мм			Коэффициент структурности (К)
	<0,25 мм	10-25 мм	>10 мм
Чистый пар + навоз (контроль)	17,8	71,8	10,4	2,55
Овёс + N 60 P 60 K 60	17,7	72,3	10,0	2,6
Овёс + N 120 P 120 K 120	17,0	72,5	10,5	2,63
Ячмень + N 60 P 60 K 60	17,3	73,3	9,4	2,74
Ячмень + N 120 P 120 K 120	17,3	73,5	9,2	2,77
Пшеница + N 60 P 60 K 60	17,9	72,8	9,3	2,67
Пшеница + N 120 P 120 K 120	18,3	73,0	8,7	2,7
Люпин + N 60 P 60 K 60	18,6	73,4	8,0	2,75
Люпин + N 120 P 120 K 120	17,2	74,5	8,3	2,9

Исследования показали, что при запашке сидеральных сельскохозяйственных культур содержание агрономически ценных агрегатов фракции 0,25-10 мм повысилось в сравнении с контролем на 0,5-2,7% во всех вариантах. Таким образом, происходит оструктуривание почвы во всем пахотном слое. Наибольшее содержание агрономически ценных агрегатов фракции 0,2510 мм отмечено в варианте: люпин + N 120 P 120 K 120 – 74,5%, что на 2,7% выше по сравнению с контролем. Следовательно, при запашке зеленой массы растений происходит и обогащение почвы свежим органическим веществом (при разложении пожнивно-корневой массы растений), а растения, в свою очередь, также оказывают воздействие на формирование агрегатов почвы путем расклинивания ее корнями.

Для характеристики структурного состава почвы введен коэффициент структурности (К). Высокий коэффициент структурности в сравнении с контролем (чистым паром) наблюдается в вариантах: люпин + N 60 P 60 K 60 и люпин + N 120 P 120 K 120 , а наименьший в варианте: овес + N 60 P 60 K 60.

Одним из важных агрофизических показателей почвы является её плотность (объемный вес), с которой непосредственно связаны водный, воздушный и тепловой режимы почвы, развитие микробиологических процессов [10].

Многими исследователями в результате проведения опытов в различных почвенных и климатических условиях доказано положительное влияние сидератов на плотность почвы [11-15]. Отмечено, что применение сидеративных сельскохозяйственных культур способствует снижению процессов эрозии почвы [16]. В таблице 2 представлены результаты изучения плотности почвы в зависимости от вида сидеральных культур и доз минеральных удобрений.

Таблица 2 – Плотность почвы в зависимости от вида сидеральных культур и доз минеральных удобрений (средние данные 2016-2018 гг.)

Вариант	Плотность почвы, г/см3
	май	июнь	июль	август	сентябрь
Чистый пар +навоз (контроль)	1,39	1,37	1,37	1,36	1,34
Овёс + N 60 P 60 K 60	1,28	1,32	1,11	1,13	1,21
Овёс + N 120 P 120 K 120	1,28	1,33	1,09	1,10	1,19
Ячмень + N 60 P 60 K 60	1,28	1,33	1,13	1,15	1,24
Ячмень + N 120 P 120 K 120	1,27	1,32	1,11	1,13	1,21
Пшеница + N 60 P 60 K 60	1,28	1,31	1,15	1,18	1,26
Пшеница + N 120 P 120 K 120	1,28	1,32	1,14	1,17	1,25
Люпин + N 60 P 60 K 60	1,27	1,30	1,09	1,11	1,17
Люпин + N 120 P 120 K 120	1,27	1,30	1,05	1,08	1,15

Заделка зеленой массы растений способствовала снижению объемной массы почвы. Так, если в весенний период после посева культурных растений плотность почвы во всех вариантах на участке была в пределах 1,26-1,28 г/см3, после заделки вегетативно массы в июле плотность почвы заметно уменьшилась. При этом существенное влияние на этот показатель оказали испытуемые культуры. В варианте заделки зеленной массы овса объемная масса составила 1,11-1,09 г/см3, в варианте заделки зеленной массы ячменя объемная масса составила 1,13-1,11 г/см3, в варианте заделки зеленной массы пшеницы объемная масса составила 1,15-1,14 г/см3. Наиболее существенное снижение плотности почвы отмечено в варианте с заделкой зеленой массы люпина – 1,09-1,05 г/см3.

Качество и продуктивность почв во многом зависят от их водных свойств и водного режима. Запасы влаги в почве перед посевом сельскохозяйственных культур зависят от условий влагонакопления. В поставленном опыте проведены наблюдения в разных расчетных слоях почвы 0-20 см и 0-40 см, результаты которых и представлены на рисунках 2 и 3.

В период вегетации сидеральных сельскохозяйственных культур наблюдалось снижение влажности почвы, так как идет расход влаги на ростовые процессы, а в контрольном варианте наблюдалось повышение влажности почвы по месяцам с мая по сентябрь – от 9,22 до 12,30% (слой 0-20 см). Из полученных данных установлено, что слой почвы 0-20 см более увлажнен в сравнении с слоем почвы 0-40 см.

Установлено, что в пахотном слое в условиях серых лесных почв Центральной-черноземной зоны Орловской области влажность почвы после запашки сидеральных сельскохозяйственных культур практически выравнивается с контролем (чистый пар+ навоз 40 т/га), особенно в вариантах люпин + N 60 P 60 K 60 и люпин + N 120 P 120 K 120 .

Влажность (весовая) в слое почвы 0-20 см, % май

Влажность (весовая) в слое почвы 0-20 см, % июнь

Влажность (весовая) в слое почвы 0-20 см, % июль

Влажность (весовая) в слое почвы 0-20 см, % август

Влажность (весовая) в слое почвы 0-20 см, % сентябрь

Рисунок 2 – Влажность почвы по вариантам опыта в слое почвы 0-20 см (средние данные 2016-2018 гг.), %

Влажность (весовая) в слое почвы 0-40 см, % май

Влажность (весовая) в слое почвы 0-40 см, % июнь

Влажность (весовая) в слое почвы 0-40 см, % июль

Влажность (весовая) в слое почвы 0-40 см, % август

Влажность (весовая) в слое почвы 0-40 см, % сентябрь

Рисунок 3 – Влажность почвы по вариантам опыта в слое почвы 0-40 см (средние данные 2016-2018 гг.), %

Выводы. На основании проведенных исследований установлено, что эффективность применения сидеральных сельскохозяйственных культур зависит от количества заделанной в почву зеленой массы растений. Наиболее предпочтительно применение люпина узколистого (сорт «Кристалл»), у него в нашем опыте отмечена наибольшая масса, которая почти в 1,9-2,4 раза превышала травостой остальных применяемых культур: яровой пшеницы (сорт «Дарья»), овса (сорт «Скакун») и ярового ячменя (сорт «Атаман»).

Исследования влияния сидератов на агрофизические свойства почвы показали, что формирование большей вегетативной массы растений в вариантах с высокими дозами удобрений обеспечило: максимальное снижение объемной массы почвы, значительное улучшение гранулометрического состава почвы, увеличение коэффициента структурности. Высокий коэффициент структурности в сравнении с контролем наблюдается в вариантах: люпин + N 60 P 60 K 60 и люпин + N 120 P 120 K 120 , а наименьший – в варианте овес + N 60 P 60 K 60.

В ходе проведенных исследований установлено, что в период вегетации сидеральных сельскохозяйственных культур может наблюдаться снижение влажности почвы, однако влажность почвы после запашки сидеральных сельскохозяйственных культур практически выравнивается с контролем. Таким образом, можно сделать вывод, что эффективность сидерации, как приема фитомелиорации, во многом зависит от заделанной в почву зеленой массы растений.

Полученные        результаты        исследований        позволят сельхозтоваропроизводителям руководствоваться возможностями использования доступных сидеральных сельскохозяйственных культур в качестве способа повышения почвенного плодородия и улучшения качества почвы в условиях недостатка органических удобрений на серой лесной почве на территории Центральной-черноземной зоны Орловской области.

Благодарности. Автор выражает признательность и благодарность научному руководителю: доктору сельскохозяйственных наук, профессору, заведующему кафедрой агроэкологии и охраны окружающей среды ФГБОУ ВО Орловский ГАУ Гурину Александру Григорьевичу.