Многолетние травы, особенно бобовые, дают не только высокобелковый корм, но и выполняют основную функцию в биологизации земледелия, поскольку влияют на плодородие почвы и состояние окружающей среды. Они обогащают почву органическим веществом и биологическим азотом, который стабилизирует плодородие.
В исследованиях ставилась задача определить, при каких запасах биомассы многолетних трав уровень активизации биологических процессов достаточный для восстановления и сохранения плодородия почв, а также для создания условий формирования устойчивых экосистем.
Исследования проводились лабораторией кормопроизводства Института орошаемого земледелия (г. Херсон) в течение 2000-2010 гг. на орошаемых пастбищах и участках полевого травосеяния в Береславском районе Херсонской области и Никопольском районе Днепропетровской области.
Почвы: черноземы южные и обыкновенные малогумусные, средне- и тяжелосуглинистые, содержание гумуса – 1,9-2,3% по Тюрину, подвижных форм фосфора – 2,5-3,0 мг, калия – 25-30 мг на 100 г почвы по Мачигину.
В исследования включили типы травостоев: злаковый, бобово-злаковый, бобовый при выращивании в природном и орошаемом режимах увлажнения. В состав злаковых травостоев включили кострец безостый, ежу сборную, житняк ширококолосый. Бобовые травы представляла люцерна посевная.
Для определения влияния многолетних трав как накопителей органического вещества и питательных элементов в почве, мы проводили исследования без применения удобрений на естественном плодородии.
При естественном плодородии и увлажнении почвы наблюдалась низкая обеспеченность сырым протеином сухого вещества, концентрации кальция и калия в урожае злаковых трав. Орошение позволило незначительно увеличить количество сырого протеина с 10,9% до 11,6%.
Бобовые травы имеют явное преимущество при выращивании из-за такой биологической особенности как фиксация азота из атмосферного воздуха с помощью клубеньковых бактерий, они меньше зависят от почвенного плодородия. Сырой протеин увеличился до 23,3% в сухом веществе – в 2,1 раза больше по сравнению со злаковым травостоем. Увеличилась в 1,7-2,7 раза концентрация калия и кальция в сухом веществе. Накопление фосфора было несколько меньше по сравнению со злаками. На орошении, при условии общего снижения сухого вещества в урожае, концентрация зольных элементов в сухом веществе оставалась высокой.
В бобово-злаковых травосмесях на смену биохимического состава урожая существенно влиял бобовый компонент. Его присутствие повышает содержание сырого протеина в травостое, а также концентрацию калия и кальция в сухом веществе. Содержание сырого протеина увеличивается до 17,6%, а обеспеченность 1 корм. единицы переваримым протеином составляет 125-138 г, что делает корм очень питательным.
Биологизация почвы зависит от накопления многолетними травами запасов органического вещества. Подземная биомасса накапливается в виде корневой системы. Уже со второго года использования травостоев, вследствие уплотнения почвы начинается замедление процессов минерализации органического вещества, что приводит к постепенному образованию гумуса. Основная часть питательных элементов переходит в органическую форму и, таким образом, их вынос во внешнюю среду сводится к минимуму, эти процессы протекают при условии, что количество органического вещества, накопленного в почве, достаточно, и существует обязательный резерв для предотвращения возможных негативных последствий влияния антропогенных факторов на его плодородие.
Более продуктивными оказались бобовые травостои. Без орошения продуктивность бобовых травостоев (люцерны) составляла 30,5 ц/га, а при оптимальном режиме орошения она увеличилась до 80,1 ц/га сухого вещества.
Бобово-злаковые травосмеси в аналогичных условиях также имели высокую продуктивность, по ботаническому составу они состояли на 50% из бобового компонента.
Злаковая травосмесь на делянках без орошения имела наименьшую продуктивность – 12,5 ц/га, а на орошении урожайность составила 46,6 ц/га сухого вещества.
При двухлетнем использовании травостоев в почве с растительными остатками накапливается сухого вещества под злаковыми травосмесями: без орошения – 18, при орошении – 68, под бобово-злаковыми, соответственно, 38 и 104, бобовыми – 35 и 93 ц/га.
Растения с мочковатым типом корневой системы накапливают больше подземной биомассы сравнительно со стержневой, при равной урожайности надземной биомассы. Корневая система злаковых трав на 90% расположена в слое почвы 0-20 см. Это увеличивает плотность корневой массы в пахотном слое, повышает его почвоулучшающие свойства.
Исследования показали, что по количеству корневых остатков бобово-злаковые травосмеси превосходят бобовые, а по концентрации азота в корневых остатках уступают им.
Бобовый травостой с участием люцерны отличается более высоким содержанием азота. В почве под бобовыми травами усваивалось 64 кг/га азота на богаре и 171 кг/га на орошении. Бобово-злаковый травостой накапливает в почве немного меньше азота – 52 и 143 кг/га соответственно.
Под злаковым травостоем, в неполивных условиях накапливалось: N – 18, Р2О5 – 8 и К2О – 20 кг/га. На орошении эти показатели увеличиваются в 3,6-3,8 раза за счет повышения урожайности трав.
В условиях без орошения фосфора накапливалось в растительных остатках бобовых и бобово-злаковых травосмесей почти равное количество – 20-22 кг/га. Калия больше накапливалось в растительных остатках бобово-злаковых травосмесей – 34 кг/га.
Благодаря клубеньковым бактериям, фиксирующим молекулярный азот воздуха, бобовые травы практически не нуждаются в азотных удобрениях. Накопленный биологический азот поступает в почву с корнями и стерневыми остатками. Из общего азота, поступающего в почву, большая часть приходится на азот симбиотического действия.
В общей биомассе бобовых трав наибольшая концентрация азота находится в листьях и стеблях, в пределах 3,7-4,2% на сухое вещество люцерны. В корнях азот составляет 1,75-1,9%, что в 2,0-2,3 раза меньше, чем в надземной массе. В зависимости от факторов среды изменяется коэффициент азотфиксации в пределах 0,55-0,85. В бобовых травах на долю симбиотического азота приходится в среднем 65-73%.
Больше азота накапливается бобовыми травами. В надземной массе было 114 кг/га, в корнях – 64 кг/га, где на долю симбиотического азота приходилось 79 и 42 кг/га соответственно. На орошении эти показатели выросли в 2,3-3,2 раза.
Бобово-злаковые травосмеси также накапливают много азота, но уступают бобовым травостоям. Особенно уменьшается доля симбиотического азота. Так, в надземной массе концентрация азота составляла 81 кг/га, в том числе 35 кг/га симбиотического, в корнях – 52 и 20 кг/га соответственно. На долю симбиотического азота приходится в надземной массе – 43% и корней – 38%, что в 1,6-1,7 раза меньше по сравнению с бобовыми травами. На орошении, за счет роста урожайности сухого вещества, показатели увеличиваются в 2,5-3,0 раз.
Вывод: В злаковых травах симбиотический аппарат отсутствует и накопление азота сводится к его перераспределению из корневого слоя в верхний горизонт почвы
(0-20 см), где находится до 90% корневой системы. Злаковые травы в степной зоне имеют меньшую производительность чем бобовые, незначительное закрепление азота в биологической форме у них незначительное. В надземной массе его накапливалось 22, а в корнях – 18 кг/га. При орошении накопление азота до 87 кг/га в надземной массе и до 69 кг/га в корнях.
Злаковые травосмеси можно использовать в многолетних посевах без отчуждения надземной массы, как растительный покров, закрепляющий почву на эрозийно опасных участках при выводе земель из сельскохозяйственного назначения, а также использовать весной как временные пастбища.
Бобово-злаковые травосмеси накапливают достаточно биомассы, и запас симбиотического азота не столь велик, чтобы удовлетворить потребность в азоте следующие культуры севооборота. Азот закреплен в биологической форме, не может в течение одного года полностью пройти минерализацию, нужно не менее двух лет. Его использование частями покрывает потребность в азоте частично.
Многолетние травы в степной зоне могут лишь частично осуществлять биологизацию земледелия. Только при использовании урожая надземной массы многолетних трав в животноводстве и возвращении его в виде навоза на поля севооборотов создаются предпосылки для биологизации земледелия с законченным циклом круговорота питательных элементов. Отсутствие развитого животноводства в хозяйствах не позволяет рассчитывать на переход к биологизации земледелия в степной зоне.
Многолетние травы, в зависимости от видового состава, создают разный уровень активизации биологических процессов в почве. Высокий уровень активизации биологических процессов обеспечивают бобовые травы, с помощью которых можно временно устранить дефицит азота в почве и стабилизировать ее плодородие.
Василенко Р.Н., канд. с.-х. наук, ИОЗ НААН Украины
