Оценка азотмобилизующей способности чернозема выщелоченного при возделывании кормовых трав в Красноярской лесостепи

Введение. Для повышения эффективности животноводства Красноярского края необходимо создание долголетних культурных пастбищ и обеспечение качественной кормовой базы [7]. По нашему мнению [1], для повышения результативности полевого кормопроизводства особая роль должна отводиться бобовым травам. Благодаря значительному содержанию белка, незаменимых аминокислот и других компонентов именно они определяют стабильность кормового рациона в хозяйствах. Для устойчивости кормопроизводства необходим широкий набор культур – однолетних и многолетних трав [3]. С другой стороны, эти культуры в земледелии выполняют и фитомелиоративную роль [10]. Высокая продуктивность кормовых культур, в том числе по белку, невозможна без оптимальной обеспеченности почв соединениями азота. Исследований, посвященных изучению взаимосвязей между продуктивностью кормовых культур и обеспеченностью почв элементами питания, недостаточно [2].

Цель исследования : оценить продуктивность и кормовую ценность кормовых трав и их влияние на азотмобилизующую способность чернозема выщелоченного Красноярской лесостепи.

Объекты и методы исследования. Исследование проводилось на многолетнем полевом стационаре УНПК «Борский», расположенного на территории Сухобузимского района в пределах Чулымо-Енисейского денудационного плато юго-западной окраины Средней Сибири в севооборотах кафедры растениеводства Красноярского ГАУ. Его географическое положение определяется координатами 93^о в.д. и 56^о30^’ с.ш.

Объект исследований – чернозем выщелоченный маломощный среднегумусный тяжелосуглинистый иловато-пылеватый на коричневобурых тяжелых суглинках. Почва опытного стационара характеризовалась высоким содержанием гумуса – 9,3 %, рН – близкой к нейтральной (6,8–6,9), высокой поглотительной способностью (ЕКО = 56,5 ммоль/100 г) и насыщенностью основаниями (V = 97 %), повышенным содержанием подвижного фосфора (P 2 O 5 = 20– 22 мг/100 г) и очень высокой обеспеченностью обменным калием (К 2 О = 25–27 мг/100 г).

В течение двух вегетационных сезонов (2014–2015 гг.) изучалось влияние пяти видов сеяных трав на азотмобилизующую способность чернозема выщелоченного: в 2014 г. схема опыта была представлена галегой восточной ( Galaga orientalis ) сорта Горноалтайская-87 (тринадцатый – четырнадцатый годы использования); донником однолетним ( Melilótus alba ) сорта Поволжский; овсяницей красной ( Festuca rubra L.) сорта Диана и пайзой ( Echinóchloa frumentácea ) сорта Эврика; в 2015 г. - из схемы опыта были исключены варианты с донником и пайзой, изучалась люцерна гибридная ( Medicago media ) сорта Вега – восьмого и девятого годов использования. Посевная площадь делянок – 80–100 м², учетная – 30–45 м². Агротехника в опыте – общепринятая, зональная. Объем выборки – 9. Учет урожая зеленой массы проводили методом сплошной уборки.

Агрометеоусловия за период наблюдений представлены в таблице 1. В 2014 г. среднемесячные температуры соответствовали норме во второй половине вегетационного сезона. В мае они были существенно ниже нормы, а в июне превышали ее. Количество выпавших осадков на протяжении всего периода наблюдений существенно превышали норму.

Таблица 1

Год	Месяц				Сумма за вегетацию
	Май	Июнь	Июль	Август
Средняя температура воздуха, 0С
2014	6,7	18,8	18,2	16,6	1593
2015	10,9	17,0	19,9	16,5
Среднее многолетнее	8,0	15,2	18,4	14,9	1578
Осадки, мм
2014	54,0	50,0	89,0	75,0	130
2015	30,9	32,6	68,5	62,9
Среднее многолетнее	32,0	44,0	69,0	62,0	207,0

Гидротермические условия вегетационных сезонов (по данным Красноярского ЦГМС-Р)

Погодные условия 2015 г. за вегетационный период растений в целом были благоприятными для возделывания однолетних кормовых культур. Весна в год исследования наступила в соответствии с нормой. Представленные данные свидетельствуют о существенном превышении среднемесячных температур относительно нормы в течение всего вегетационного периода 2015 г. Количество выпавших осадков было в пределах средних многолетних значений. Ис- ключение составил июнь, когда осадков выпало на 11,6 мм меньше нормы.

Содержание трудногидролизуемого (Nтг) и легкогидролизуемого азота (по биохимическому составу – щелочногидролизуемый, Nщ.г.) определяли по методу Корнфилда, аммонийного (N– NH4) – колориметрически с реактивом Несслера, азот микробной биомассы (Nмб) – методом регидратации. Влажность определяли термостатно-весовым методом. Сроки отбора почвен- ных образцов приурочены к фазам развития трав: ветвление – цветение – отава трав.

Результаты исследования и их обсуждение. Сравнительная оценка продуктивности га-леги восточной с наиболее распространенными многолетними бобовыми травами в условиях

Красноярской лесостепи показала, что галега является культурой, которая по многим параметрам превосходит донник и люцерну. В среднем за два укоса 2014 г. урожайность галеги восточной существенно превосходила значения продуктивности люцерны и донника (табл. 2).

Таблица 2

Год	Вид культуры
	Галега восточная		Сумма за 2 укоса	Люцерна гибридная		Сумма за 2 укоса	Пайза	Донник однолетний
2014	1-й укос	2-й укос		1-й укос	2-й укос
	299	123	422	201	139	340	575	167
2015	222	183	405	117	76	193	544	519

Урожайность зеленой массы кормовых культур, ц/га

Благодаря уникальным биологическим особенностям (долголетию, высокой облиственно-сти) галега на тринадцатый год своей вегетации превзошла люцерну по выходу кормовых единиц, переваримому протеину и обменной энергии. Тем не менее, отмеченное преимущество было характерно только в период первого укоса. Во время второго отличия по урожайности были уже недостоверными. Также между этими культурами не наблюдалось различий по содержанию сахаров и сырого протеина (табл. 3).

Кормовая и энергетическая оценка малораспространенных кормовых культур в Красноярской лесостепи

Таблица 3

Вариант	Укос	Сбор сухой массы, ц/га	Выход корм. ед., ц/га	Сбор переваримого протеина, ц/га	Обменная энергия, ГДж/га	Сахар, %	Сырой протеин, %
2014 г.
Козлятник	1-й	80,8	68,8	9,2	82,4	11,6	19,6
восточный	2-й	29,0	26,0	3,8	28,4	10,1	26,9
Люцерна	1-й	55,0	32,2	4,6	53,3	10,3	19,0
гибридная	2-й	32,2	22,3	3,3	29,3	9,5	23,1
Пайза	–	109,3	97,8	11,5	97,3	10,8	15,5
Донник однолетний	–	38,5	25,1	4,2	40,4	11,5	17,0
2015 г.
Козлятник	1-й	60,1	51,2	6,8	61,3	12,0	20,2
восточный	2-й	45,9	42,2	5,6	44,9	11,1	27,3
Люцерна	1-й	32,3	18,8	2,8	31,3	10,3	18,8
гибридная	2-й	18,7	11,4	1,8	17,0	9,8	24,5
Пайза	–	103,5	92,6	10,9	92,1	11,0	16,1
Донник однолетний	–	127,7	77,9	12,9	116,2	10,8	21,0

В вегетационный сезон 2015 г. прослеживалась тенденция, свидетельствующая о достоинствах галеги перед люцерной по основным изучаемым параметрам. Относительно исследуемых однолетних культур, уровень продуктивности и кормовой ценности галеги отличался по годам наблюдений.

В сезоне 2014 г. урожайность галеги существенно превосходила однолетний донник, но значимо уступала пайзе. Причем последняя была эффективнее по выходу переваримого протеина и кормовых единиц. В период 2015 г., характеризующийся более засушливыми условиями относительно прошлого сезона, галега достоверно уступала обеим однолетним культурам как по продуктивности, так и по кормовой и энергетической ценности.

Таким образом, в годы с благоприятным увлажнением, несмотря на продолжительную вегетацию (13 лет), галега обнаруживала высокую продуктивность. Ее урожайность и параметры качества существенно превосходили стандартный вариант кормовой культуры региона – люцерну. Однако в сравнении с однолетними посевами пайзы и донника галега восточная значимо уступала им по урожайности и основным кормовым характеристикам в неблагоприятных гидротермических условиях.

В период вегетации бобовых растений происходит минерализация листового и корневого опада и освобождение минеральных форм азота в почве [5]. По данным автора, после бобовых культур в почве наблюдается активация процессов во всей цепи трансформации азота: от разложения белковых веществ до нитрификации.

Рассмотрим основные из них: фракция трудногидролизуемого азота является тем компонентом, который может диагностировать способность фитоценоза депонировать азот в почве. Она более устойчива к минерализации и менее всего вовлекается в биологический круговорот. При изменении эндо- и экзофакторов в оптимальную сторону возможность гидролиза N тг возрастает. В период активного отрастания вегетативной массы трав всех вариантов существенных различий в количестве данной фракции не наблюдалось. В сезоне 2014 г. выявлено значимое снижение N тг от июня к июлю (табл. 4).

Как показали наблюдения, этот спад был сопряжен с повышением в почве аммонийных со- единений и азота микробной биомассы. К сентябрю изменений не выявлялось, но обнаруживалось достоверное превышение Nтг под донником и пайзой относительно галеги и овсяницы. Интересно отметить, что в период 2015 г. под ними внутрисезонная динамика не проявлялась (табл. 5).

Аналогичная ситуация наблюдалась в почве под люцерной. Примечательно, что в период засухи в июле, в педосфере под галегой депонировалось существенно большее количество N тг . В целом в наблюдаемый сезон проявлялась тенденция к накоплению трудногидролизуемого азота в фитоценозе галеги в сравнении с люцерной и овсяницей.

Как известно, легкогидролизуемый азот является ближайшим резервом минерального. Учитывая, что фитоценозы кормовых трав часто формируют звенья севооборотов, информация об их влиянии на пополнение запасов N лг особенно ценна. В вегетационном сезоне 2014 г. динамика легкогидролизуемого азота была выражена в большей степени, чем в 2015 г. От июня к июлю фиксировался значительный спад, а к сентябрю достоверный рост N лг . В июне достоверным максимумом характеризовалась почва под пайзой. Далее, до наступления осеннего периода различий между вариантами не наблюдалось. В случае распашки исследуемых травяных фитоценозов и использовании их как предшественников потребности в азотных удобрениях существовать не будет, либо она будет находиться на низком уровне.

На следующий год существенные различия между вариантами также наблюдались только в июне. Влияние галеги на формирование пула N лг оказалось более эффективным. По-видимому, в теплый и засушливый период начала лета галега сформировала мощный растительный покров, выполняющий роль своеобразной мульчи, увеличивая влажность почвы. По нашим наблюдениям, количество растительных остатков здесь было максимальным. Хорошо известно, что после бобовых, даже без симбиотической азотфиксации, содержание азота в корнях и растительных остатках увеличивается. Это обязано биологическим особенностям бобовых, а также связано с изменением энергетических условий для микроорганизмов в результате влияния вегетирующих растений. Далее могла происходить усиленная трансформация азота самой почвы.

Динамика содержания фракций азота (2014 г.), мг/кг

Таблица 4

Вариант	N тг			N лг			N-NH 4			N мб
	Июнь	Июль	Сентябрь	Июнь	Июль	Сентябрь	Июнь	Июль	Сентябрь	Июнь	Июль	Сентябрь
Галега	337	166	160	184	127	192	следы	3	6	2	14	191
Донник	333	192	191	186	118	219	следы	2	16	7	27	243
Овсяница	341	193	153	177	128	222	следы	2	10	3	13	243
Пайза	345	199	197	200	116	211	следы	3	7	3	32	242
НСР 05	p>0,05	p>0,05	20	13	p>0,05	p>0,05	p>0,05	p>0,05	4	3	p>0,05	p>0,05

Динамика содержания фракций азота (2015 г), мг/кг

Таблица 5

Вариант	N тг			N лг			N-NH 4			N мб
	Июнь	Июль	Сентябрь	Июнь	Июль	Сентябрь	Июнь	Июль	Сентябрь	Июнь	Июль	Сентябрь
Галега	347	362	322	197	204	204	43	45	следы	83	49	36
Люцерна	305	302	316	173	181	196	20	10	следы	197	99	5
Овсяница	309	303	287	160	189	182	39	22	следы	165	81	10
НСР 05	p>0,05	45	p>0,05	25	p>0,05	p>0,05	10	11	p>0,05	p>0,05	36	6
НСР 05	10	11	p>0,05	p>0,05	36	6	–	–	–	–	–	–

Вестник КрасГАУ. 2016. №9

Одним из направлений этих превращений являются аммонификационные процессы. Известно, что минеральные формы азота для травяных фитоценозов имеют агрохимическую ценность обычно до периода цветения. Значительную долю в жизнеобеспечении трав азотом занимает фонд этого элемента, аккумулированный в корневых системах. По данным [4], рост корней и трансформация азота в почве являются сопряженными процессами, как правило, обратно коррелирующими.

Наши исследования показали, что при благоприятных гидротермических условиях начала лета 2014 г. при активном нарастании корней содержание N-NH 4 было на уровне «следы». Далее, к июлю, и в более значительной степени к сентябрю аммонификационные процессы активизировались во всех вариантах. Противоположная картина складывалась в сезоне 2015 г. Вероятно, в более экстремальных условиях увлажнения в почве преобладали процессы микробиологического закрепления азота. Это подтверждается весьма значительными количествами азота микробной биомассы в этот период. Отсюда следует признать, что особых закономерностей в динамике аммонийного азота не обнаруживалось.

На наш взгляд, наибольший интерес представляет исследование взаимосвязей между динамикой минеральных форм азота и интенсивностью его иммобилизации микробной системой. Так, например, Т.В. Тарвис [8] отмечал, что мобилизуемость азота, поглощенного почвенными микроорганизмами, может быть довольно высока. Движение основных масс азота в травяных биогеоценозах осуществляется в микробиологическом подцикле [9]. Поэтому степень устойчивости азотсодержащих соединений к микробиологическому разложению определяет запас N и интенсивность его использования. Отсюда важна информация о биохимическом составе основных структурных элементов изучаемых кормовых трав. В контексте данной статьи эта информация не рассматривается, однако данные о содержании азота микробной биомассы представлены в таблицах 4, 5. В первый год исследования прослеживается закономерность: с внутрисезонной динамикой аммонийного азота положительно коррелирует уровень микробного азота. Таким образом, подтверждается идея и фактические данные исследовате- лей о микробной биомассе как подвижном, доступном растениям фонде азота и других элементов. Несмотря на различия в абсолютных значениях азота микробной биомассы в сезоне 2015 г. относительно предыдущего, обозначенная выше закономерность подтверждается: направление изменений микробного азота следует динамике его минеральных форм.

Итак, представленная информация свидетельствует о необходимости изучения характера превращений соединений азота под кормовыми травами. С одной стороны, азот выполняет функцию строительного материала для формирования белка. Потребность его в кормовом рационе велика, а задача по преодолению дефицита элемента в почвах Сибирского региона до сих пор не решена. Вторая важная функция – сохранение устойчивости травяных фитоценозов, в том числе через пополнение азотного фонда почвы за счет самих культур.

Поиск корреляционных связей между содержанием исследуемых форм азота и урожайностью ряда кормовых культур значимых закономерностей не выявили (r = 0,0–0,43), за исключением сильных связей с продуктивностью люцерны (r = 0,67–0,82). На наш взгляд, отсутствие статистических связей в данном эксперименте вполне объяснимо. Известно, что растения и микроорганизмы усваивают не только минеральные, но и органические формы азота. Растения поглощают те соединения азота, которые, по мнению В.М. Семенова [6], наиболее доступны в конкретном участке почвы на данный момент времени. В свою очередь, эти явления определяются внешними факторами, свойствами почвы, геометрией корневых волосков и колоний микроорганизмов. Таким образом, все указанные параметры определяют сложность механизма влияния фракций азота на продуктивность трав.

Выводы

• 1.    Урожайность галеги и параметры ее качества существенно превосходили стандартный вариант кормовой культуры региона – люцерну. В сравнении с однолетними посевами пайзы и донника галега значимо уступала им по урожайности и основным кормовым характеристикам в неблагоприятных гидротермических условиях.

• 2.    Фракция трудногидролизуемого азота в почве под травяными агроценозами имеет тенденцию снижаться от весны к осени. Гидротермические условия существенно влияют на концентрацию N тг : в засушливых условиях его максимумы характерны для фитоценоза галеги; в годы, когда агрометеоусловия близки к норме, существенных различий по способности депонировать N тг между изучаемыми вариантами не наблюдалось.

• 3.    Количественные оценки содержания легкогидролизуемой фракции азота выявили отсутствие потребности в азотных удобрениях. Существенные различия между вариантами наблюдались только в июньский период: в 2014 г. – достоверный максимум под пайзой, в 2015 г. – в педосфере галеги.

• 4.    Аммонификационные и иммобилизацион-ные процессы в почве под кормовыми травами имеют сопряженную динамику. Максимальные количества азота микробной биомассы отмечались в почве фитоценозов донника (2014 г.) и люцерны (2015 г.).

• 5.    Существенных зависимостей между формами азота в почве и урожайностью трав не выявлено, за исключением фитоценоза люцерны.