Многолетние травы и плодородие южных черноземов Башкирского Зауралья

для восстановления и воспроизводства низкоплодородных южных черноземов. При этом задействуется природный потенциал растений - главного экологического фактора почвообразования. Фитомелиорация позволяет воспроизводить плодородие почв при минимальных затратах, используя, в первую очередь, экологически чистую энергию солнца, которая усваивается растениями в процессе фотосинтеза. Эффективными мелиорантами являются многолетние травы, выращивание которых является элементом биологизации земледелия, что снижает затраты на производство продукции, уменьшает потребность в минеральных удобрениях, способствует сохранению окружающей среды. Поэтому выявление перспективных культур для степного земледелия и изучение влияния многолетних трав на агрофизические свойства чернозема южного являются актуальным.

Исследования проводились в Хайбуллинском районе БЗ на черноземе южном. Изучалось влияние на свойства почв разных видов сеяных трав: костреца безостого ( Bromopsis inermis Leys.), люцерны синегибридной (посевной) ( Medicago sativa L.), эспарцета сибирского ( Onobrychis sibirica Turcz. ex Grossh .) , козлятника восточного ( Galega orientalis Lam.), донника желтого ( Melilotus officinalis L.). Для сравнения изучалось влияние трав естественных степей – ковыля Лессинга ( Stipa Lessingiana Trin. et Rupr ) , овсяницы ложноовечьей ( Festuca pseudovina L.), пырея ползучего ( Elytrigia repens L.), житняка гребневидного ( Agropyron pectinatum (Bieb.) Beauv.). В качестве контроля использовались почвы под озимой рожью посевной ( Secale сeriale L.) (сорт Чулпан) и яровой пшеницей мягкой ( Triticum aestivum L.) (сорт Саратовская 55).

В исследованиях использовались полевые и лабораторные методы. В полевых условиях при выборе и закладке пробных площадок учитывался почвенный покров, однородность, выравненность участков. Ввиду того, что травянистым растениям характерны небольшие размеры биогеоценотиче-ских полей, образцы отбирали почвы на месте произрастания растений, предварительно срезав их надземную часть. Площадь пробных площадок со- ставляла 250см2 (50x50см). Отбор образцов из горизонта А проводили в пяти точках в трехкратной повторности послойно (0-5, 5-10, 10-20 и 20-30 см). На этих же участках отбирали образцы для структурно-агрегатного анализа, определения корневой массы и влажности почвы.

Плотность почвы определяли методом цилиндров по Качинскому, массу корней – методом монолитов [2]. Урожайность трав определяли скашиванием и взвешиванием надземной фитомассы. Согласно А.А.Титляновой [3] в структуре надземной фитомассы выделяются следующие элементы: G – зеленая фитомасса, D – ветошь, L – подстилка, D + L – представляют собой надземную мортмассу (растительные остатки). В наших исследованиях подстилка определялась отдельно, а зеленая фитомасса и ветошь – вместе. В дальнейшем по тексту изложения суммарную фитомассу (G+ D) мы будем называть надземной фитомассой на корню. После досушки до воздушно-сухого состояния делали перерасчет на сено с учетом усушки. Измерялись следующие биометрические показатели надземной фитомассы: высота растений, число листьев, ширина листьев, длина листьев (по 5 растениям). Анализ структурно-агрегатного состава почвы проводили методом качания сит по Н.И.Саввинову.

Биологическая продуктивность разных видов трав. Разные виды растений отличаются между собой как по продуктивности, так и по соотношению подземных и надземных частей, что сказывается на плодородии почвы. По данным Ф.И. Левина [4], у однолетних культур масса корней составляет 14-30% всей массы растений, а у многолетних трав 55-65%. В этой связи наряду с изучением свойств почвы нами определялась также и надземная и подземная фитомасса изучаемых растений.

Урожай надземной фитомассы на корню (по Титляновой, [3]) определялся нами путем скашивания растений на уровне поверхности земли, одновременно на этих же площадках собирали и взвешивали массу подстилки (мертвая надземная растительная масса, лежащая на поверхности почвы). Под зерновыми культурами подстилка не накапливалась. Для определения выхода воздушно-сухой фитомассы производился перерасчет зеленой фитомассы на сено с учетом усушки, затем к массе сена прибавлялась масса подстилки. Результаты определения приведены в таблице 1. Из таблицы видно, что высокое содержание надземной фитомассы на корню наблюдается у сеяных трав: у донника (2,37 кг/м2), у эспарцета (1,61 кг/м2), козлятника и люцерны (1,51 кг/м2), низкое - под видами трав из естественных сообществ, где значения овсяницы минимальное - 0,2 кг/м2.

Таблица 1. Урожайность надземной части разных трав в черноземе южном (кг/м2)

Травы	Масса, кг/м 2			Доля подстилки в воздушно-сухой фитомассе,%
	Надземная фитомасса на корню (G+ D)	Подстилка (L)	Выход воздушносухой фитомассы
Ковыль Лессинга	0,44	0,11	0,25	44,00
Пырей ползучий	0,81	0,15	0,42	35,71
Житняк гребневидный	0,57	0,15	0,34	44,12
Овсяница ложноовечья	0,20	0,03	0,09	33,33
Козлятник восточный	1,25	0,42	0,73	57,53
Люцерна синегибридная	1,51	0,75	1,13	66,37
Эспарцет сибирский	1,51	0,41	0,78	52,56
Донник желтый	1,61	0,15	0,55	27,27
Козлятник восточный	2,37	0,09	0,68	13,24
Озимая рожь	0,79	-	0,20	-
Яровая пшеница	0,76	-	0,19	-

По накоплению подстилки наблюдается такая же закономерность. Среди сеяных трав максимальное значение характерно для козлятника, костреца и люцерны, наименьшее - для эспарцета и донника. Из видов трав естественных сообществ пырей, житняк и ковыль по массе подстилки равнозначны, наименьшим значением характеризуется овсяница.

По суммарной воздушно-сухой фитомассе и доли подстилки в общей надземной воздушно-сухой фитомассы сеяные травы также превышают виды естественных трав.

Таблица 2. Морфометрические показатели изучаемых

Морфометрические параметры растений.

Известно, что продуктивность растений определяется сочетанием таких параметров, как высота растений, число и размеры листьев. Ввиду сложности учета нами определялись такие параметры: высота растений и число листьев (средние по генеративным побегам), длина и ширина листа. Для определения ширины и длины листа использовали лист средней формации. У ковыля и овсяницы измеряли параметры стеблевого листа (табл. 2.).

видов трав

Группы растений	Виды	Высота растений, см	Число листьев на генеративном побеге, шт	Длина листа, см	Ширина листа, см
Злаковые много-	Ковыль Лессинга	47,72	3,00	15,94	0,10
летние травы	Пырей ползучий	54,61	3,48	10,87	0,43
	Житняк гребневидный	40,67	3,36	10,12	0,37
	Овсяница ложноовечья	25,67	2,00	10,24	0,10
	Кострец безостый	63,12	5,40	12,67	0,60
Бобовые травы	Козлятник восточный	64,80	8,50	8,70	6,75
	Люцерна синегибридная	57,00	106,00	4,50	3,43
	Эспарцет сибирский	60,00	8,00	12,2	4,16
	Донник желтый	63,75	68,25	3,77	3,17
Зерновые куль-	Озимая рожь	68,80	4,53	14,85	0,91
туры	Яровая пшеница	46,80	3,87	14,85	0,68

По высоте растения отличаются в соответствии с их биологическими особенностями. Так, например, из видов естественных сообществ ковыль и овсяница относятся в кормовом отношении к низовым рыхлодернинным злакам, которые характеризуются небольшой высотой генеративного побега и густо развитыми прикорневыми листьями. Пырей ползучий - влаголюбивый мезофит, а житняк гребневидный наиболее засухоустойчивый мезофит, который образует большие заросли в южных засушливых районах. В связи с этим пырей по высоте значительно превосходит житняк. В отличие от видов естественных сообществ сеяные растения, включая и зерновые культуры, являются ценными высокоурожайными культурами, формирующими основную надземную фитомассу в верхней части растений. Поэтому их урожайность сильно зависит от высоты побегов.

Исследования показывают, что у сеяных бобовых трав надземная масса формируется за счет увеличения фотосинтетического аппарата, т.е. количества и параметров листа. Корреляционный анализ показал положительную зависимость между фитомассой на корню и подстилкой (r=0,87), между высотой растений и фитомассой (0,89), а также между высотой растений и числом листьев на генеративном побеге для всех видов трав (0,82).

Формирование подземной фитомассы. Основным источником органического вещества для гу-мусообразования в почве является корневая система растений, от ее массы, длительности активного функционирования в значительной степени зависит поступление органического вещества в почву, содержание гумуса и образование структурных частиц. Послойное распределение корневой массы под изучаемыми видами трав приведено в табл. 3.

Таблица 3. Распределение корневой массы трав по слоям, кг/м²

Группы растений	Виды	Слои почв, см
		0-5	5-10	10-20	20-30
	Ковыль Лессинга	4,82	1,75	1,55	1,24
Злаковые многолет-	Пырей ползучий	5,51	1,59	0,36	0,25
	Житняк гребневидный	2,35	0,61	0,59	0,49
ние травы	Овсяница ложноовечья	4,82	1,05	0,86	0,43
	Кострец безостый	4,85	1,00	0,83	0,59
	Козлятник восточный	3,23	0,57	0,26	0,14
Бобовые травы	Люцерна синегибридная	2,39	0,50	0,35	0,28
	Эспарцет сибирский	1,47	0,53	0,52	0,39
	Донник желтый	1,39	0,36	0,35	0,50
Зерновые культуры	Озимая рожь	1,52	0,32	0,20	0,20
	Яровая пшеница	0,85	0,33	0,25	0,13

Из таблицы очевидно, что в поверхностном слое (0-5 см) наблюдается максимальное накопление корней. Наибольшее накопление подземной фитомассы среди многолетних злаковых трав из естественных сообществ отмечается у пырея (5,51 кг/м2). Несколько ниже данный показатель у ковыля и овсяницы (4,85-4,82 кг/м2), под житняком - минимальное накопление (2,35 кг/м2). Среди сеяных трав наиболее высокое значение корневой массы отмечено под кострецом (7,27 кг/м2), и несколько ниже под козлятником (3,23 кг/м2), люцерной (2,39 кг/м2), эспарцетом (1,47 кг/м2) и донником (1,39

кг/м2). Под озимой рожью и яровой пшеницей наименьшие значения (1,52 и 0,85 кг/м2).

Наибольшее накопление корней в слое 0-30 см. характерно для многолетних злаковых трав из естественных сообществ, а также для костреца. Следует отметить, что изучаемые травы отличаются не только по накоплению, но и по характеру профильного распределения корневой массы. В более глубоких слоях почвы подземная фитомасса у всех видов значительно снижается. Так, у многолетних злаковых трав из естественных сообществ и костреца основная корневая масса сосредоточена в са- мом поверхностном слое почвы. У сеяных бобовых трав так же велико содержание подземной фитомассы в верхнем пятисантиметровом слое, однако, ее доля несколько ниже по сравнению с многолетними злаковыми травами. Значительную долю занимает здесь корневая масса нижележащих слоев. По профильному распределению корневой массы однолетние злаковые культуры близки к бобовым травам. Вышеизложенное подтверждает, что высокая эрозионная устойчивость почвы под многолетними травами обусловлена сосредоточением основной массы их корней в поверхностных слоях.

Соотношение надземной и подземной фитомассы изученных видов трав показано на рисунке 1.

2 -0

-2 -

-4 -

-6

-8 -

-10 J

8   9

lo

ll

□ надземная масса □ подземная масса

Рис. 1. Подземная и надземная фитомасса разных видов трав на черноземе южном. Виды трав: 1-ковыль Лессинга, 2-пырей ползучий, 3-житняк гребневидный, 4-овсяница ложноовечья, 5-кострец безостый, 6-козлятник восточный, 7-люцерна синегибридная, 8-эспарцет сибирский, 9-донник желтый, 10-озимая рожь, 11-яровая пшеница.

Из рисунка видно, что доля корней у злаковых многолетних трав из естественных сообществ в общей фитомассе максимальная. У сеяных трав и зерновых культур доля надземной части в общей фитомассе имеет тенденцию к возрастанию. Таким образом, соотношение надземной массы к надземной расширяется в следующей последовательности: многолетние травы из естественных сообществ, сеяные травы и зерновые культуры.

ВЛИЯНИЕ РАЗНЫХ ВИДОВ ТРАВ НА АГРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ЧЕРНОЗЕМА ЮЖНОГО

Плотность . В слое 0-5 см под всеми видами растений наблюдается наименьшая плотность. Это связано со строением и характером вертикального (профильного) распределения корневой системы, которая, более развита в верхнем слое, а также периодическим поступлением и аккумуляцией органических веществ из надземной фитомассы на поверхность почвы. Вниз по профилю почвы происходит постепенное повышение плотности. Однако согласно шкале Ф.Ш.Гарифуллина [5] плотность почвы под всеми многолетними травами, донником и зерновыми культурами в основном находится в оптимальных пределах от 1,0 до 1,2 г/см³. Корреляционный анализ показал тесную отрицательную зависимость плотности почвы от корневой массы, коэффициент корреляции составил - 0,86.

Пористость. Непременным условием плодородия почвы является наличие в ней пор, в которых сосредотачиваются почвенный воздух и влага. Как известно, пористость почвы определяется величи- ной плотности. Результаты наших расчетов показали, что в черноземе южном пористость составляет 54-65%. Наибольшая пористость характерна для слоя 0-5 см, в нижних слоях этот показатель снижается. Обнаружена достаточно тесная положительная корреляционная зависимость между пористостью и корневой массой разных видов трав от 0,58 до 0,98. Статистические расчеты показали среднюю положительную корреляционную зависимость пористости от водопрочности почвы для слоя 0-30 см (r=0,51).

Структурно-агрегатный состав почв . Исследования структурного состава почвы показали, что содержание агрономически ценных агрегатов размером 10-0,25 мм в разных почвах и под разными видами трав колеблется в значительных пределах -от 53,63% до 75,81 (табл. 4). Наибольшим содержанием агрегатов размерами 10-0,25 мм в среднем для слоя 0-30 см характеризуется почва под донником (79,09%) и овсяницей (76,10%). Под многолетними злаковыми травами из естественных сообществ содержание ценных агрегатов колеблется в пределах 70,55-76,10%, где наименьший показатель под житняком (70,55%), наибольший - под овсяницей (76,10%) и ковылем (75,81%). Под сеяными многолетними бобовыми травами ценные агрегаты находятся в пределах 69,43-76,63%, где наибольшее значение имеет козлятник, затем эспарцет и люцерна, наименьшее - кострец. Под яровой пшеницей отмечено наименьшее содержание агрегатов размером 10-0,25 мм - 53,63%.

Таблица 4. Структурность чернозема южного под разными видами трав в слое 0-30см

Виды трав	Сухое просеивание					Мокрое просеивание
	Соде			ржание агрегатов, %
	>10 мм	10-0,25 мм	5-1 мм	<0,25мм	Кс*	>10 мм	<0,25 мм
Ковыль Лессинга	14,67	75,81	46,71	9,52	3,13	68,75	31,25
Пырей ползучий	16,96	74,34	43,72	8,7	2,90	72,95	27,05
Житняк гребневидный	23,15	70,55	46,46	6,3	2,40	63,99	36,01
Овсяница ложноовечья	15,5	76,1	54,04	8,4	3,38	72,73	27,27
Кострец безостый	22,61	69,43	44,41	7,96	2,27	63,27	36,73
Козлятник восточный	14,59	76,63	52,24	8,78	3,40	72,44	27,56
Люцерна синегибридная	14,72	73,83	43,57	11,45	2,82	49,40	50,6
Эспарцет сибирский	14,64	75,02	45,41	10,34	3,00	54,70	45,3
Донник желтый	11,85	79,09	48,39	9,06	3,78	58,33	41,67
Озимая рожь	11,51	73,2	42,68	15,29	2,73	52,44	47,56
Яровая пшеница	36,4	53,63	25,03	9,97	1,16	35,32	64,68

Кс* - коэффициент структурности

Дисперсионный анализ данных структурного состава также доказал достоверное превышение содержания агрономически ценных агрегатов под многолетними травами и озимой рожью по сравнению с почвой под яровой пшеницей (НСР05 = 6,49%).

Послойный анализ показал, что в верхних слоях наблюдается повышенное содержание ценных агрегатов, чем в нижележащих. Во всех слоях минимальное содержание ценных агрегатов (в пределах 50-55%) наблюдается под яровой пшеницей.

Такая же закономерность прослеживается и в отношении наиболее ценных (5-1 мм) агрегатов. Наибольшее содержание таких агрегатов обнаружено в почве под овсяницей и козлятником (более 50%), у других видов трав и ржи их содержание колеблется в пределах 42-48%, под яровой пшеницей их содержание в 2 раза меньше. Коэффициент корреляции между Kc и агрегатами размером 5-1 равен 0,88 (уравнение линейной регрессии: у=0,0041x+3,18).

Водопрочность структурных агрегатов. Наиболее важной и экологически значимой характеристикой почвенных агрегатов является их водопроч-ность, т.е. способность сопротивляться разрушающему действию воды. Водопрочность зависит от подтипа почв, степени гумусированности, которая в значительной степени определяется произрастающими видами растений. Результаты мокрого просеивания по методу Н.И. Саввинова показали (табл. 4), что в черноземе южном содержание водопрочных агрегатов под разными видами трав колеблется в пределах от 35,32 до 72,95%. Из таблицы видно, что под злаковыми травами из естественных сообществ водопрочность агрегатов несколько выше по сравнению с сеяными травами. Исключение составляет козлятник восточный, способствующий повышению данного показателя. Под донником наблюдается повышенное содержание водопрочных агрегатов на уровне почв под многолетними бобовыми травами, что показывает высо- кую оструктуривающую способность этой культуры, несмотря на двулетний цикл развития. Дисперсионный анализ показывает статистическую недостоверность разницы водопрочности структурных агрегатов под всеми злаковыми травами из естественных сообществ и кострецом. На том же уровне находится данные козлятника. Другие сеяные бобовые травы так же не имеют существенных различий между собой, при этом они достоверно уступают злаковым травам и козлятнику. Яровая пшеница существенно отличается (уступает) от всех видов трав по влиянию на водопрочность почвенных агрегатов (НСР05 = 13,20%).

Таким образом, многолетние травы, как сеяные (кострец безостый, козлятник восточный, люцерна синегибридная, эспарцет сибирский, донник желтый), так и виды естественных сообществ (ковыль Лессинга, пырей ползучий, житняк гребневидный, овсяница ложноовечья) можно рекомендовать в качестве фитомелиорантов, эффективно улучшающих агрофизические свойства чернозема южного Башкирского Зауралья. При этом сеяные травы, среди которых следует выделить мелиоративный потенциал козлятника восточного и донник желтого, ввиду их высокой продуктивности необходимо включать в севообороты для краткосрочного использования в кормовых целях и воспроизводства плодородия почв. Виды многолетних злаковых трав естественных растительных сообществ, которые являются менее ценными в кормовом отношении, но высокоэффективными по почвовосстанавливающей способности, следует использовать в качестве фитомелиорантов для восстановления сильно деградированных пастбищ и пахотных почв.