Влагообеспеченность чистых и бинарных посевов кормовых культур на черноземах Красноярской лесостепи

Введение. Вода является одним из важнейших факторов жизни растений, а влажность почвы – одним из показателей её плодородия. На плодородных черноземах Красноярской лесостепи величина и качество урожая сельскохозяйственных культур определяются влагой, где основным источником поступления её в этой зоне являются атмосферные осадки. Влагообеспеченность растений определяется метеорологическими условиями, способами обработки почвы, особенностями возделывания культур и другими условиями. Высокая насыщенность современных севооборотов зерновыми культурами, а также чистым паром приводит к увеличению техногенной нагрузки на почву, её деградации и большой зависимости от климатических условий. В связи с этим при разработке адаптивных технологий требуется поиск новых научных решений, которые должны базироваться на более полном вовлечении в средо- и почвообразовательный процесс агроэкосистем доступных возобновляемых ресурсов. Построение полевых севооборотов с бинарными посевами в современных условиях позволяет решить проблемы производства зерна, создания устойчивой кормовой базы животноводства и стабилизировать плодородие почвы [1].

Цель исследований. Оценить влагообеспеченность и водопотребление чистых и бинарных посевов кормовых культур на черноземах обыкновенных Красноярской лесостепи.

Объекты и методы исследований. Исследования проводились в 2013–2014 гг. в полевом опыте лаборатории кормопроизводства Красноярского научно-исследовательского института сельского хозяйства. Объект исследования – чернозем обыкновенный маломощный среднесуглинистый Красноярской лесостепи и зернопарокормовой севооборот. Почва опытного участка в слое 0– 20 см характеризуется высоким содержанием гумуса (7,9–9,6 %), слабощелочной реакцией среды (рНн 2 о – 7,1–7,8), высокой суммой обменных оснований (40,0–45,2 м-экв/100г). Схема полевого опыта представлена в таблице 1.

Таблица 1

2013 г.	2014 г.	2015 г.
Ячмень	Пар+оз.рожь	Оз.рожь
Ячмень+эспарцет	Эспарцет (п/п)+оз.рожь	Оз.рожь
Ячмень+донник	Донник (п/п)+оз.рожь	Оз.рожь
Ячмень+эспарцет+ризоторфин	Эспарцет (п/п)+оз.рожь+ризоторфин	Оз.рожь
Ячмень+донник+ризоторфин	Донник (п/п)+оз.рожь+ризоторфин	Оз.рожь
Эспарцет	Эспарцет+оз.рожь	Оз.рожь
Эспарцет+ризоторфин	Эспарцет+оз.рожь+ризоторфин	Оз.рожь
Донник	Донник+оз.рожь	Оз.рожь
Донник+ризоторфин	Донник+оз.рожь+ризоторфин	Оз.рожь

Примечание: п/п – подпокровный.

Схема полевого опыта

Размещение вариантов опыта систематическое, повторность опыта 4-кратная. Общая площадь делянки 150 м2, учетная 60 м2. В эксперименте возделывали ячмень сорта Соболек, эспарцет песчаный Михайловский 5, донник желтый КАТЭК, озимую рожь Красноярскую универсальную.

Отбор образцов на влажность проводили в 0–40 см слое почвы. Срок отбора образцов в 2013 году – сентябрь; в 2014 году – май–сентябрь. Влажность определяли термовесовым методом [2]. Первый укос зеленой массы многолетних трав второго года жизни проведен 02.07.2014, второй укос – 11.08.2014. Полученные результаты обрабатывали методами дисперсионного анализа и описательной статистики [5].

Погодные условия вегетационного периода 2014 года характеризуются избыточным увлажнением в мае–августе (среднее превышение нормы на 27–39 мм) и резким снижением количества осадков в сентябре (16 мм ниже нормы). Весна была холодной, средняя температура мая 7,3 оС, что ниже нормы на 2,7 оС. В остальные месяцы вегетационного периода температура атмосферного воздуха была на уровне среднемноголетнего показателя.

Результаты исследований и их обсуждение. Для получения высоких урожаев необходимо обеспечить жизненную потребность культурных растений в воде, поэтому одной из основных задач земледелия является создание водного режима почв, соответствующего требованиям культур. В условиях сельскохозяйственного производства основной интерес представляет та часть почвенной влаги, которая обладает лабильностью, достаточной не только для поддержания жизни культурных растений, но и для создания надлежащего урожая [3].

В результате проникновения в почву атмосферных осадков, накопления их в толще почвы в силу водоудерживающей способности, перераспределения воды под влиянием сорбционных и капиллярных явлений, а также процессов испарения воды из почвы, в ней в каждый момент сохраняется определенное количество влаги, которое и характеризует влажность почвы. Влажность почвы непрерывно меняется во времени. Исследования, проведенные в чистых и бинарных посевах кормовых культур, показали, что влажность чернозема обыкновенного в слое 0–40 см варьировала от незначительного до среднего уровня (V=9–21 %). При этом абсолютная влажность почвы в вегетационный сезон 2014 года не превышала 34 %. Учет запасов влаги, накопленной в слоях 0–20 и 20– 40 см к началу вегетационного периода, свидетельствует о хорошей и удовлетворительной влаго-обеспеченности черноземов (34–45 и 34–42 мм соответственно) (табл.2).

Решающее влияние на величину основного запаса влаги оказывают осадки осеннего и зимнего периодов. Учет продуктивных запасов влаги, проведенный к концу вегетации сельскохозяйственных культур в 2013 году, показал удовлетворительную влагообеспеченность посевов. В этот период максимальные запасы влаги сформировались в посевах ячменя; в бинарных посевах ячменя и донника и на варианте ячмень+донник+ризоторфин (35 мм) [10]. Исследованиями установлено, что максимальные запасы продуктивной влаги в слое 0–20 см в течение вегетационного сезона формируются в паровом поле (39 мм) и при выращивании донника под покровом ячменя (39 мм в слое 0–40 см). Обработка семян донника ризоторфином и его возделывание в чистом виде достоверно снижают запас продуктивной влаги до 28–29 мм. Иссушающее действие донника с ризоторфином 17

отмечается в течение всего периода вегетации, но более заметно оно проявляется в августовский период, где установлено достоверное снижение влажности почвы до 19–18 % (НСР 05 =1,4-4,8).

Динамика запасов продуктивной влаги в 2014 году, мм

Таблица 2

Агроценоз	20.05	10.06	22.07	26.08	18.09	Среднее за сезон
0–20 см
Пар+оз.рожь	47,8	45,3	30,0	28,3	41,8	38,6
Эспарцет (п/п)+оз.рожь	36,3	35,0	33,8	27,2	41,2	34,7
Донник (п/п)+оз.рожь	44,1	42,4	33,9	27,1	47,1	38,9
Эспарцет (п/п)+оз.рожь+ризоторфин	40,3	42,8	30,4	22,1	42,2	35,6
Донник (п/п)+оз.рожь+ризоторфин	44,5	42,3	34,4	25,9	41,6	37,7
Эспарцет+оз.рожь	40,0	37,1	36,5	24,1	35,2	34,6
Эспарцет+оз.рожь+ризоторфин	35,6	34,1	32,4	21,8	41,8	34,6
Донник+оз.рожь	36,0	34,6	29,3	23,1	43,9	33,4
Донник+оз.рожь+ризоторфин	35,0	33,6	25,2	17,8	30,4	28,4
20–40 см
Пар+оз.рожь	35,1	40,6	28,2	31,2	39,8	35,0
Эспарцет (п/п)+оз.рожь	38,1	36,2	32,3	31,0	45,2	36,6
Донник (п/п)+оз.рожь	43,9	42,3	39,2	28,0	39,5	38,6
Эспарцет (п/п)+оз.рожь+ризоторфин	41,1	40,6	28,5	24,8	38,6	34,7
Донник (п/п)+оз.рожь+ризоторфин	42,2	41,4	26,5	23,5	34,9	33,7
Эспарцет+оз.рожь	37,3	37,2	33,9	25,5	39,8	34,7
Эспарцет+оз.рожь+ризоторфин	35,8	35,3	30,4	22,2	38,4	32,4
Донник+оз.рожь	35,9	35,3	28,9	24,1	39,6	32,8
Донник+оз.рожь+ризоторфин	35,3	33,7	27,4	16,1	34,4	29,4
Осадки, выпавшие между сроками определения влажности (мм)	–	49,0	102,0	155,0	14,0

Эспарцет и донник – культуры малотребовательные к плодородию почвы. Они в процессе эволюции приспособились расти там, где другие растения развиваются плохо. По мнению [1], особого внимания заслуживает донник, который формирует мощную корневую систему на большую глубину, из которой он активно поглощает влагу и питательные вещества. Обработка семян ризо-торфином стимулирует развитие корневой системы донника в беспокровных посевах, что оказывает иссушающее действие на пахотные и подпахотные слои чернозема обыкновенного.

Состояние, движение и доступность почвенной влаги для растений зависят от комплекса природных и антропогенных факторов. Параметры природной среды можно подразделить на три взаимосвязанные между собой группы, характеризующие различные части системы почва-растение-атмосфера [7]. Это факторы, определяемые почвенными условиями, биологическими и физиологическими особенностями растений и метеорологическими параметрами и их сочетанием во времени и пространстве. Влагообеспеченность посевов, оцениваемая по количеству продуктивной влаги в почве ко времени посева и по осадкам за вегетационный период, показывает, что короткий период парования чернозема обыкновенного (до посева озимой ржи) малоэффективен для накопления влаги в почве. Осадки вегетационного периода значительно дополняют весенние запасы продуктивной влаги в почве, и среднегодовая влагообеспеченность парового поля составила 386 мм в слое 0–40 см (табл.3). Доля осадков во влагообеспеченности поля пара, чистых и бинарных посевов кормовых культур составляет 77–81 %. Установлено, что при функционировании чистых посевов эспарцета, донника и при их обработке ризоторфином, а также бинарных посевов эспарцета доля осадков во влагообеспеченности посевов повышается до 80–81 %.

Таблица 3

Влагообеспеченность чистых и бинарных посевов кормовых культур (0–40см), мм

Агроценоз	Запас влаги		Осадки периода вегетации	Влагообеспе-ченность
	Весенний	Летний
Пар+оз.рожь	83	71	303	386
Эспарцет (п/п)+оз.рожь	74	71	303	377
Донник (п/п)+оз.рожь	88	75	303	391
Эспарцет (п/п)+оз.рожь+ризоторфин	81	68	303	384
Донник (п/п)+оз.рожь+ризоторфин	87	68	303	390
Эспарцет+оз.рожь	77	67	303	380
Эспарцет+оз.рожь+ризоторфин	71	64	303	374
Донник+оз.рожь	72	65	303	375
Донник+оз.рожь+ризоторфин	70	55	303	373

Накопление и сохранение запасов влаги в бинарных посевах донника 2-го года жизни, бинарных посевах донника с ризоторфином и бинарных посевах эспарцета с ризоторфином, на наш взгляд, обусловлено наличием стерневых остатков на поверхности почвы после уборки ячменя. Согласно результатам исследований научных учреждений Поволжья, присутствие стерневых остатков на поверхности поля или в частично перемешанном в верхнем слое почвы виде уменьшает испарение на 5–10 %, а интенсивность удельного испарения – на 0,01–0,02 мм/ч [9].

Растения расходуют почвенную влагу посредством транспирации. Одновременно почва теряет влагу за счет испарения с поверхности. В соответствии с современными представлениями, влагопотребление – это расход воды на транспирацию и испарение с поверхности почвы при бесперебойном притоке влаги и воздуха к корневой системе растений, находящихся в определенном сообществе [8]. Исследованиями установлено, что суммарное водопотребление чистых и бинарных посевов кормовых культур оценивается на уровне 291–313 мм, в том числе из почвы – 21–30 % (рис.1). По мнению [4], во влажные годы суммарное влагопотребление увеличивается, а доля почвенной влаги в нем снижается. В засушливых условиях участие почвенной влаги в создании урожая возрастает, а общий расход влаги снижается.

Рис.1. Влагопотребление (мм) (А) и коэффициент эвапотранспирации (мм/т)(Б) на вариантах опыта: 1 – пар+озимая рожь; 2 – эспарцет (п/п)+озимая рожь; 3 – донник (п/п)+озимая рожь;

4 – эспарцет (п/п)+озимая рожь+ризоторфин; 5 – донник (п/п)+озимая рожь+ризоторфин;

6 – эспарцет+озимая рожь; 7 – эспарцет+озимая рожь+ризоторфин; 8 – донник+озимая рожь;

9 – донник+озимая рожь+ризоторфин

Максимальное влагопотребление на черноземах обыкновенных Красноярской лесостепи отмечается при бинарном возделывании донника с ризоторфином (313 мм). Формирование надземной фитомассы здесь определяется преимущественно летними осадками, так как участие почвенной влаги в водопотреблении составляет 25 %. Средний расход влаги на 1 т зеленой массы кормовых культур (коэффициент эвапотранспирации) составляет 7,1–9,3. Установлено, что расход воды на формирование урожая зависит от биологических особенностей культур и технологии их возделывания. Так, коэффициент эвапотранспирации в чистых и бинарных посевах донника оценивается на уровне 8,4–9,3. Эспарцет по сравнению с донником более экономно расходует продуктивную влагу из слоя 0–40 см (7,1–8,5). Результаты исследований [6] показывают, что эспарцет способствует более экономному расходованию атмосферных осадков и повышает экономическую эффективность использования пашни. В нашем случае обработка семян эспарцета ризоторфином снижает коэффициент водопотребления этой культуры до 7,1–8,0.

Анализ урожайности культур зернопарокормового севооборота показал высокую продуктивность чистых и бинарных посевов эспарцета с ризоторфином (рис.2). В среднем за вегетационный сезон 2014 года по двум укосам она составила 38,0–41,3 т/га.

Рис.2. Урожайность зеленой массы кормовых культур на вариантах опыта: 1 – пар+озимая рожь; 2 – эспарцет (п/п)+озимая рожь; 3 – донник (п/п)+озимая рожь; 4 – эспарцет (п/п)+озимая рожь+ризоторфин; 5 – донник (п/п)+озимая рожь+ризоторфин; 6 – эспарцет+озимая рожь;

7 – эспарцет+озимая рожь+ризоторфин; 8 – донник+озимая рожь; 9 – донник+озимая рожь+ризоторфин

Важно отметить, что на этих вариантах опыта отмечается минимальное влагопотребление и низкий коэффициент эвапотранспирации. В чистых и бинарных посевах донника урожайность ниже, чем у эспарцета, и имеет близкие величины (33–32 т/га). Обработка семян ризоторфином увеличивает продуктивность зеленой массы донника на 1–5 т/га. Увеличение продуктивности кормовых культур, на наш взгляд, обусловлено тем, что основу ризоторфина составляют клубеньковые бактерии, которые способны вступать в симбиоз с бобовым растением. В результате на корнях образуются клубеньки, обладающие способностью к фиксации молекулярного азота из воздуха и переводу его в доступную для растений форму. Благодаря этому уникальному процессу растение получает из воздуха необходимое количество азота для своего роста и развития пролонгированно на протяжении всего периода вегетации. Данный процесс позволяет растениям становиться «само- достаточными» по данному элементу питания. Можно предположить, что на вариантах с ризотор-фином поглощение нитратного азота проходило интенсивнее, чем на остальных вариантах опыта.

Выводы

• 1.    Черноземы обыкновенные Красноярской лесостепи, функционирующие в условиях зернопарокормового севооборота, характеризуются хорошими и удовлетворительными запасами продуктивной влаги в течение вегетационного сезона 2014 года. Максимальные летние запасы влаги в слое 0–40 см формируются в паровом поле и в бинарных посевах донника и эспарцета 2-го года жизни (71–75 мм).

• 2.    Возделывание бинарных посевов донника и применение на них ризоторфина способствуют улучшению влагообеспеченности почвы до 390–391 мм при доле осадков во влагообеспеченности посевов 77–78 %. Чистые и бинарные посевы эспарцета с ризоторфином определяют наибольшую продуктивность зеленой массы (38–41 т/га), сформировавшейся при минимальном влагопотребле-нии (294–303 мм) и низких коэффициентах эвапотранспирации (7,1–8,0).