Запасы растительного вещества в агроценозах многолетних кормовых трав Красноярской лесостепи

Введение. Сохранность и воспроизводство плодородия почв во многом определяются балансом органического вещества в экосистемах. В современных социально-экономических условиях возник дисбаланс органического вещества в почвах многих агроэкосистем, когда вынос органики вместе с продукцией и эмиссия углекислого газа в процессах минерализации преобладают над поступлением растительных остатков в почву и их гумификацией [7, 9]. В сложившейся ситуации внедрение в структуру севооборотов посевов высокопродуктивных многолетних трав позволяет компенсировать потери органических веществ из почв [4, 5]. В связи с этим количественные оценки запасов надземного и подземного растительного вещества в агроценозах многолетних кормовых трав являются своевременными и актуальными, именно это и стало целью наших исследований.

Объекты и методы исследований. Исследования проводились с 2009 по 2012 год. В качестве объектов были выбраны агроценозы многолетних кормовых бобовых трав на комплексе черноземов выщелоченных и обыкновенных тяжелосуглинистых в пределах северной части Красноярской лесостепи (56⁰ 76^/ с.ш.) в землепользовании УНПК «Борский» Красноярского ГАУ.

Пробная площадь №1 – агроценоз козлятника восточного 7–10-летнего возраста сорта Горноалтайский 87 (опытное поле Красноярского ГАУ). Козлятник восточный на территории Красноярской лесостепи возделывается ограниченно, только в научных целях, и считается здесь малораспространенной кормовой культурой. Однако он обладает высокой урожайностью (до 400 и более ц/га зеленой массы за два укоса) и сохраняет ее на протяжении 10–12 лет жизни, кроме этого, обладает мощной и разветвленной корневой системой, имеет множество корнеотпрысков [1, 4]. Пробная площадь № 2 – агроценоз эспарцета песчаного 2–4-летнего возраста сорта Песчаный 1 (производственный участок УНПК «Борский). Эта культура также мало распространена на территории Красноярской лесостепи. Достоинством эспарцета считается его неприхотливость к почвенным условиям, засухоустойчивость и морозостойкость. Высокую урожайность (до 250 ц/га зеленой массы за один укос) он сохраняет на протяжении 5–7 лет жизни. Пробная площадь № 3 – агроценоз люцерны гибридной 2–3-летнего возраста сорта Метеор (опытное поле Красноярского ГАУ). Люцерна гибридная – одна из самых распространенных кормовых культур на территории Красноярского края, она неприхотлива к внешним условиям, не требует больших затрат на предпосевную подготовку почвы, средняя урожайность зеленой массы за два укоса составляет от 120 до 220 ц/га и сохраняется на протяжении 4–5 лет жизни. Пробная площадь № 4 – агроценоз клевера лугового 2–3-летнего возраста сорта СибНИИК 10 (опытное поле Красноярского ГАУ). Клевер луговой также является распространенной культурой на территории Красноярской лесостепи, обладает холодостойкостью, но достаточно требователен к влаге и содержанию элементов питания в почве. Урожайность клевера составляет от 100 до 180 ц/га зеленой массы за один укос, такая продуктивность сохраняется от 2 до 4 лет [1].

Почвы выбранных участков исследований характеризовались схожими агрохимическими свойствами. Изученные черноземы имеют среднемощный и мощный гумусовый горизонт, среднее содержание гумуса – 4,7–5,8 %, распределение гумуса по профилю почвы постепенно убывающее. Емкость катионного обмена в гумусовом горизонте высокая и очень высокая – от 32 до 48 мг-экв/100 г почвы. Реакция среды варьирует от близкой к нейтральной в верхней части профиля, до слабощелочной в материнской породе.

Учет надземного растительного вещества проводили методом укосов, подземного – методом монолитов в 6-кратной повторности [2]. В структуре надземного растительного вещества выделяли фитомассу культуры (G), фитомассу сорняков (Wd), ветошь (D) и подстилку (L). Одновременно учитывали подземное растительное вещество до глубины 20 см. Его фракционировали на живые корни (R), мертвые корни (V), крупную мортмассу >0,5 мм (St), мелкую мортмассу <0,5 мм (Rem). Фракции растительного вещества доводили до воздушно-сухого состояния и взвешивали. Отбор проб осуществлялся один раз в месяц – с мая по сентябрь в период с 2009 по 2012 г. Погодноклиматические условия периода вегетации с 2009 по 2011 год можно охарактеризовать как благоприятные (ГТК =1,1–1,3), а вегетационный период 2012 года был более засушливый и жаркий (ГТК = 0,8) по сравнению со среднемноголетними показателями в Красноярской лесостепи.

Результаты и их обсуждение. Средние запасы фитомассы многолетних бобовых трав постепенно увеличивались с возрастом (табл.); так, запасы фитомассы клевера и люцерны в первый год вегетации составляли около 3,6 т/га, запасы эспарцета второго года жизни и козлятника шестилетнего возраста были 3,3 т/га. Далее запасы фитомассы люцерны и клевера двухлетнего возраста и эспарцета четырехлетнего возраста составили уже 4,0–4,2 т/га, запасы фитомассы козлятника – 4,9 т/га сухого вещества. При этом козлятник и люцерна формировали эти запасы за два укоса, клевер и эспарцет – за один укос. Запасы фитомассы сорняков в посевах изученных многолетних трав были невелики и постепенно снижались с возрастом агроценозов от 0,99 до 0,26 т/га, это объясняется тем, что многолетние бобовые травы хорошо вытесняют сорную растительность уже со второго–третьего года жизни [4, 5].

Пожелтевшие листья, отмирающие стебли и побеги, сохранившие связь с растением, мы относим к ветоши [2]. Формирование запасов ветоши – это естественный процесс, связанный с жизненным циклом растений, как правило, с увеличением запасов фитомассы увеличиваются и запасы ветоши. В изученных агроценозах с возрастом они увеличивались от 0,2–0,7 до 0,8–1,8 т/га.

Отмирание надземных органов растений может быть связано и с погодными условиями. В жаркий и засушливый вегетационный сезон 2012 г. обнаружены максимальные запасы ветоши у эспарцета и козлятника 1,8–1,3 т/га соответственно.

Опавшие на поверхность почвы растительные остатки образуют подстилку, запасы которой также увеличиваются со временем. В агроценозе козлятника 7- и 10-летнего возраста они составляли от 7,3 до 9,6 т/га соответственно. В агроценозе эспарцета запасы подстилки были от 4,9 до 5,7 т/га, в агроценозе клевера и люцерны 3–4 т/га. Подстилка выполняет очень важную роль в агроценозах многолетних трав. Накапливаясь на поверхности почвы, она предохраняет ее от иссушения, резких перепадов температур, тем самым сохраняет оптимальный тепловой и водновоздушный режимы. В результате создаются благоприятные условия для жизни почвенных микроорганизмов, что способствует разложению ежегодно поступающих в почву растительных остатков и пополнению минеральных и органических веществ почвы [3].

В подземной части изученных агроценозов преобладают запасы мортмассы. Совокупность запасов мертвых корней, крупной и мелкой мортмассы в агроценозе козлятника 7- и 10-летнего возраста была примерно на одном уровне и составляла 8,5–8,9 т/га, в агроценозе эспарцета двухлетнего возраста запас подземной мортмассы был 10 т/га, к четырехлетнему возрасту он увеличился до 11 т/га. В агроценозе клевера и люцерны средний запас мортмассы в почве оказался 10 т/га.

Запасы растительного вещества в агроценозах многолетних бобовых трав, т/га сухого вещества (в среднем за вегетацию)

Возраст культуры, лет	Год	Надземное растительное вещество				Подземное растительное вещество
		Фитомасса		Ветошь	Подстилка	Корни		Морт-масса
		культуры	сорняков			живые	мертвые	>0,5 мм	<0,5 мм
		G	Wd	D	L	R	V	St	Rem
Козлятник восточный
7	2009	3,29	0,99	0,82	7,22	7,37	0,46	3,88	1,19
8	2010	3,74	0,53	0,68	9,52	5,72	0,96	5,65	1,95
9	2011	4,42	0,59	1,18	9,60	8,72	0,67	5,23	2,56
10	2012	4,94	0,27	1,29	7,30	6,02	1,44	5,52	2,45
Эспарцет песчаный
2	2010	3,34	0,86	0,68	4,87	4,35	0,97	4,77	3,59
3	2011	3,98	0,76	0,64	5,29	4,18	1,45	5,31	4,07
4	2012	4,21	0,57	1,79	5,74	4,07	1,65	5,84	4,35
Клевер луговой
1	2010	3,60	0,63	0,34	3,92	4,58	2,61	5,19	2,65
2	2011	4,20	0,34	1,00	4,07	4,92	2,09	5,48	2,72
Люцерна гибридная
1	2010	3,58	0,37	0,24	3,18	4,62	1,74	5,29	2,37
2	2011	4,02	0,26	0,73	3,75	4,88	1,83	5,64	3,19

Среди всех запасов растительных остатков в почве особый интерес представляет запас мелкой мортмассы (Rem< 0,5 мм), эта фракция растительного вещества частично гумифицирована, мы относим ее к лабильному органическому веществу почвы [7, 9]. Как известно, запасы лабильного органического вещества оказывают существенное влияние на уровень плодородия почвы, это основной источник пищи для гетеротрофных микроорганизмов, источник гумусовых веществ [3, 7, 9, 10].

Козлятник восточный

G 4,1 15%

D 0,5

Rem 2,4 8%

7,6 27%

6,3

22%

Клевер луговой

St

Wd

3,9 16%

D 0,5 2%

Rem 2,7 11%

10%

20%

L ,0 16%

Люцерна гибридная G

3,8

17%

D 0,3

Rem 2,8 12%

15%

1,8

8%

21%

Эспарцет песчаный G

3,8

15%

D 0,7

Rem 4,0 15%

16%

, 5%

, 21%

Структура запасов растительного вещества, т/га сухого вещества (в среднем 2009–2012 гг.) и в % от общих запасов: G – фитомасса культуры; Wd – фитомасса сорняков; D – ветошь;

L – подстилка; V – мертвые корни; St – крупная мортмасса >0,5 мм; Rem – мелкая мортмасса < 0,5 мм

В наших опытах запас мелкой мортмассы в почве при возделывании эспарцета был наибольшим и составил 3,6–4,4 т/га, ко второму году возделывания люцерны и клевера он был 3,2– 2,7 т/га соответственно. При 7–10-летнем возделывании козлятника запасы мелкой мортмассы в почве были наименьшими – около 1,2–2,5 т/га. Возможно, с увеличением возраста агроценозов часть мелкой мортмассы переходит в состав гумусовых веществ, другая ее часть минерализуется.

Если рассмотреть структуру запасов растительного вещества в агроценозах многолетних бобовых трав в среднем за весь период наблюдений (см. рис.), то можно заметить, что в надземной части агроценозов преобладала подстилка и фитомасса. При этом доля запасов фитомассы во всех агроценозах составила 15–17 % от всего запаса растительного вещества. Доля запасов подстилки увеличивалась с возрастом от 15–16 % у клевера и люцерны до 21–27 % у козлятника и эспарцета. Это объясняется тем, что фитомасса ежегодно отчуждается, а подстилка накапливается на поверхности почвы.

В подземной части агроценозов в структуре растительного вещества преобладала крупная мортмасса, ее доля составила 19–24 %. Доля живых корней составила 16–22 % от всех запасов растительного вещества. Корни бобовых трав имеют важное значение для почвы, они обогащают ее доступным азотом, улучшают структурное состояние и биологическую активность [6, 8].

Выводы

• 1.    Средние запасы фитомассы в агроценозах многолетних бобовых трав были от 3,5 до 4,9 т/га и составили 15–17 % от всего запаса растительного вещества.

• 2.    В надземной части агроценозов преобладали запасы подстилки, в агроценозе клевера и люцерны они составили 3,5–4,0 т/га, или 15–16 %, в агроценозе эспарцета и козлятника запас подстилки достигал 5,3–7,6 т/га, или 21–27 % от всех запасов растительного вещества.

• 3.    В подземной части агроценозов преобладала мортмасса. Запасы крупной мортмассы были около 5,3–5,5 т/га, или 19–24 % от всего растительного вещества. Запасы мелкой мортмассы в агроценозе эспарцета были 4,0 т/га (15%); в агроценозе люцерны – 2,8 т/га (12%); в агроценозе клевера 2,7 т/га (11%); в агроценозе козлятника – 2,4 т/га (8%).

• 4.    Запасы живых корней в слое почвы 0–20 см были наибольшими в агроценозе козлятника – 6,3 т/га, или 22 % от всего запаса растительного вещества. В агроценозах эспарцета, клевера и люцерны запасы живых корней составили 4,2–4,8 т/га, или 16–21%.

На основе проведенных исследований считаем возможным рекомендовать для производства увеличение посевных площадей козлятника восточного и эспарцета песчаного и сохранить в структуре кормовых севооборотов клевер луговой и люцерну гибридную с целью получения высокоурожайных качественных кормов и воспроизводства плодородия почв.