Potential of productive longevity of legum-mint grass mixture in the south of Western Siberia

Full Text

У растений многокомпонентных бобово-мятликовых смесей листья располагаются в разных ярусах, а корневая система – в различных слоях почвы, что позволяет им лучше и полнее использовать тепло и свет, питательные вещества и влагу [1, 2]. Содержание белка в зеленой массе растений мятликового компонента при совместном выращивании с бобовыми повышается, что объясняется использованием ими части азота, фиксируемого из воздуха, бобовой культурой [3, 4, 5].

Травосмеси более устойчивы к неблагоприятным условиям внешней среды и сорнякам, чем отдельные компоненты, меньше повреждаются вредителями, накапливают больше корневых и пожнивных остатков, улучшают микробный статус и физико-химические свойства почвы [6, 7].

Однако бобовые виды в травосмесях сохраняются только первые два-три года, а затем вытесняются мятликовыми видами. Одна из причин такой ситуации состоит в том, что большинство бобовых трав уступают по долголетию мятликовым, на 4…5 год жизни они снижают продуктивность, в то время как мятликовые, используя биологический азот, накопленный в почве бобовыми, продолжают активно расти и развиваться. Поэтому важны как подбор компонентов, так и способы посева и использования травостоев.

Как правило, в условиях Сибири на орошаемых и богарных сенокосах целесообразно включать в травосмеси кострец безостый, который по продуктивности превосходит большинство мятликовых трав. В рекомендованной структуре использования орошаемой пашни, да и на кормовой площади в условиях богары, значительное место отводится многолетним бобово-мятликовым травосмесям [8].

Помимо люцерны, эспарцета, хорошим компонентом бобово-мятликовых травосмесей в лесостепи служит козлятник [9]. По биологии он выгодно отличается от большинства бобовых высоким продуктивным долголетием и способностью с возрастом вытеснять из структуры травостоя сорные виды [10, 11]. В связи с этим необходимо тщательное изучение вопросов, связанных с созданием и использованием смешанных травостоев козлятника с мятликовыми травами. Предложенный ранее раздельно-рядовой способ выращивания многолетних бобово-мятликовых травосмесей вывел решение указанной проблемы на новый качественный уровень, позволив сохранять долю бобового компонента на высоком уровне длительное время [12].

Однако при создании высокопродуктивных смешанных травостоев длительного использования важно обеспечить для них оптимальный уровень минерального питания [13], особенно в условиях орошения, где происходит интенсивный вынос макроэлементов из почвы.

Цель исследований ‒ изучение динамики ботанического состава, биометрических показателей и урожайности козлятнико-кострецовой смеси в зависимости от уровня минерального питания и длительности возделывания.

Методика. Работу выполняли в 2000‒2021 гг. на опытном поле ФГБНУ «Омский АНЦ» в южной лесостепи Омского Прииртышья (55.046561°N 73.454574°E). Объектами исследований служили разновозрастная смесь козлятника с кострецом и лугово-черноземная среднемощная, среднегумусная, тяжелосуглинистая почва с нейтральной реакцией среды (рН_вод пахотного слоя – 7,1), содержанием гумуса в слое 0…0,4 м – 5,9…6,4 %, мощностью гумусового горизонта – 0,45 м, с низкой исходной обеспеченностью нитратным азотом в слое 0…0,4 м (по Грандваль-Ляжу), средней – подвижным фосфором и высокой – подвижным калием в слое 0…0,2 м (по Чирикову).

Стационарный полевой опыт закладывали в выводном поле по схеме, предусматривающей изучение следующих вариантов:

калийное удобрение (фактор А) – К₀, К₆₀;

азотное удобрение (фактор В) – N₀, N₃₀, N₆₀;

обеспеченность почвы подвижным фосфором (фактор С) – средняя (фон 0 – 70…80 мг/кг по Чирикову), повышенная (фон I ‒ 120, фон II ‒ 140 мг/кг), высокая (фон III – 150…160 мг/кг).

Различные фоны обеспеченности почвы подвижным фосфором сформированы в начальный период исследований в стационарном опыте (1978‒1985 гг.) посредством создания положительного баланса этого элемента. В последующие 10 лет (1986‒1995 гг.) их поддерживали внесением фосфорсодержащих удобрений в размере среднегодового выноса.

Поперек созданных фонов в соответствующих вариантах вносили удобрения: азотные (N_30, N₆₀) под каждый из двух укосов, калийные (К₆₀) – весной, в период возобновления вегетации.

Посев травосмеси проводили в 2000 г. беспокровно сеялкой СЗТ-3,6 раздельно-рядовым способом, норма высева козлятника – 3,0, костреца – 1,8 млн всхожих семян на 1 га. Суть способа состоит в одновременном посеве мятликовой культуры (костреца) из зернового ящика через 0,6 м и бобовой культуры (козлятника) из ящика для мелкосемянного компонента через 0,15 м. Площадь элементарной делянки общая составляла 360 м² (18 м × 20 м), учетная ‒ 78 м², уборку осуществляли кормоуборочным комбайном Е-280 с весовым устройством. Повторность трехкратная. Учетные данные обрабатывали методом дисперсионного анализа. Весь период исследований на одном травостое с 2001 по 2021 гг. разбит на интервалы (2001‒2005, 2006‒2010, 2011‒2015, 2016‒2021 гг.), по которым приведены средние экспериментальные данные. Год формирования травостоя (2000 г.) нетипичный, в сравнении с последующими периодами.

Метеоусловия в период исследований были разнообразными по тепло- и влагообеспеченности как календарного года, так и вегетационных периодов (ГТК по Селянинову за период с температурой выше 10 ℃ от 0,52 до 1,58 и суммой температур от 1803 до 2523 ℃), тем самым отражая особенности климата территории южной лесостепи Омского Прииртышья и в целом Западной Сибири. Наблюдения и анализы проводили по общепринятым в земледелии, агрохимии и растениеводстве методикам.

Первые 10 лет (2001‒2010 гг.) травостой использовали в режиме орошения дождеванием (ДКШ-64 «Волжанка»), в дальнейшем (2011‒2021) ‒ в условиях естественного увлажнения. Оросительная норма в засушливом 2000 г. формирования травостоя составила 1500 м³/га. В последующие годы она изменялась от 0 до 2400 м³/га. В среднем оросительная норма составила 1238 м³/га при поливной норме 150…450 (в среднем 344) м³/га и кратности полива 3,6. Внутрисезонное распределение оросительной нормы в мае, июне, июле и августе составило 10,3; 31,8; 33,3 и 24,3 % соответственно.

Результаты и обсуждение. Питательный режим почвы формировался вследствие мобилизации почвенного плодородия и внесения минеральных удобрений. Содержание нитратного азота как весной, в период возобновления вегетации в вариантах без удобрений, так и осенью, после проведения двух укосов, было низкое или очень низкое в слое 0…0,4 м – 2,6…5,5 и 1,2…8,6 мг/кг почвы соответственно. То есть азот текущей мобилизации относительно полно использовался вегетирующим агроценозом.

По содержанию калия особых закономерностей не установлено. В слое 0…0,2 м на протяжении всего периода оно было высоким – 200…300 мг/кг почвы. В слое 0,2…0,4 м наблюдали аналогичную картину, за исключением последнего пятилетия, когда его содержание снизилось до 94…122 мг/кг. Подобную ситуацию отмечали при анализе калийного режима почвы полей расположенного рядом севооборота [14].

Более динамичным было содержание подвижного фосфора, особенно на фонах с высокой обеспеченностью этим элементом. В слое 0…0,2 м его содержание из-за интенсивного выноса снизилось за 20 лет со 152 до 112…117 мг/кг почвы (рис. 1).

 

Рис. 1. Содержание подвижного фосфора в слое почвы 0…0,2 м по временным интервалам развития травостоя, мг/кг:       – 0 фон;       – I фон;       – II фон;       – III фон

 

Почва на участках с повышенным содержанием (фоны I и II) осталась в той же градации, снижение произошло со 136 до 105 мг/кг. На фоне без удобрений картина была стабильной как в пахотном (78…87 мг/кг), так и в подпахотном (70…80 мг/кг) слоях. Ежегодное снижение на фонах с интенсивным выносом элемента составило 1,5…2,0 мг/кг почвы.

В первый год козлятник и кострец в смеси росли и развивались медленно, в силу своих биологических особенностей, поэтому угнетались сорняками. В последующие годы жизни, благодаря более интенсивному росту культурных видов, происходило снижение засоренности травосмеси, а содержание сеяных трав резко возрастало. Доля сорняков в биомассе в среднем за 2…6 годы жизни (2001‒2005 гг.) в первом и втором укосах находилась примерно на одинаковом уровне и составляла 3…13 %.

В дальнейшем сорные виды в травостое практически отсутствовали вследствие высокой фитоценотической активности обеих многолетних культур, в среднем по агроценозу их масса не превышала 1 %. Доля сеяных трав в значительной степени зависела от условий минерального питания. В варианте без удобрений преобладал бобовый компонент, в максимально удобренном варианте на фоне с повышенным и высоким содержанием фосфора и внесении N₆₀ под каждый из двух укосов доля костреца в 2006‒2010 гг. составляла соответственно 96 и 82 %, в 2011‒2015 гг. – 93 и 91 %, в 2016‒2021 гг. – 95 и 77 % (рис. 2).

 

Рис. 2. Ботанический состав травосмеси по временным интервалам развития, %:       – козлятник;       – кострец;       – сорняк

 

В последний период лет (2016‒2021 гг.) доля козлятника в первом укосе в удобренном варианте увеличилась, вероятно, из-за снижения фитоценотической активности костреца даже на фоне интенсивного азотного питания. Во втором укосе картина была аналогичной. То есть в контрольных и наиболее удобренных вариантах травостой становился практически однокомпонентными, что нецелесообразно для использования в производстве. В первые 5…10 лет наиболее сбалансированный по ботаническому составу травостой формировался на фоне повышенного содержания фосфора и внесения N₃₀ под каждый укос. При более длительном использовании (15…20 лет) наиболее сбалансированное соотношение бобового и мятликового компонентов отмечали на фоне с повышенным содержании фосфора, без внесения азотных удобрений.

Показатели линейного роста компонентов травосмеси также зависели от уровня минерального питания, но в меньшей степени, чем ботанический состав. Например, высота козлятника в первом укосе в среднем за 2…6 годы жизни увеличивалась на фоне с высоким содержанием фосфора с 91 до 96 см. Аналогичным образом она увеличивалась и от калийной подкормки при слабой зависимости от азотных удобрений. Во втором укосе различия между вариантами были еще менее выраженными. То же можно сказать и о костреце, высота которого увеличивалась на 5…7 см при повышении обеспеченности фосфором и на 2…3 см от калийной и азотной подкормок.

Во втором укосе заметным было влияние только азотных подкормок. В целом, травостой как в первом, так и втором укосах был высокорослым, достигая высоты 1 м, что свидетельствует о хорошем соответствии условий выращивания потребностям растений.

Кострец в первые годы жизни был высокорослым при внесении N_30…60. Затем эта тенденция (+5 см) установилась в варианте без азотных удобрений, где кострец отличался меньшей облиственностью и удлиненными генеративными частями растений. Козлятник свободнее произрастал в вариантах без азотных удобрений, развивая более высокие (+ 5…10 см) растения.

Динамика линейного роста более выражена как по укосам, так и периодам лет. В первые годы использования травостоя высота костреца в первом укосе в среднем по опыту достигала 116 см, во втором – 99 см. Высота козлятника по укосам практически не менялась – 94…95 см. В 2006‒2010 гг. величина этого показателя у растений костреца в первом укосе в среднем уменьшилась до 109 см, во втором – до 90 см, у козлятника ‒ соответственно до 78 и 73 см (рис. 3).

 

Рис. 3. Высота растений по временным интервалам развития травосмеси в среднем по вариантам опыта, см:       – 2001–2005;       – 2006–2010;      – 2011–2015;       – 2016–2021 гг.

 

В последующее пятилетие высота костреца в первом укосе достигала 103 см, во втором – 62 см, козлятника – соответственно 70 и 56 см. И в завершающий период использования травосмеси (2016‒2021 гг.) высота костреца в обоих укосах была одинаковой, в среднем 92 см, козлятника – в первом укосе – 65 см, во втором – 51 см. То есть временной фактор играл более существенную роль, чем условия минерального питания.

Уровень минерального питания оказывал влияние на ботанический состав, а через него ‒ на урожайность травосмеси. Самой низкой она была в год посева (2000 г.) – не более 6 т/га зеленой массы и зависела в основном от содержания в почве фосфора.

В дальнейшем (2001‒2005 гг.) урожайность травосмеси значительно возрастала. Наиболее продуктивный травостой формировался на фонах с повышенным и высоким содержанием подвижного фосфора в почве – от 8,99 до 9,39 т/га сухой массы без азотных и калийной подкормок (см. табл.).

 

Урожайность козлятниково-кострецовой травосмеси по временным интервалам развития, т/га сухой массы

Удобрения		Фон обеспеченности P2O5 (фактор С)				Среднее по фактору
калийные (фактор А)	азотные (фактор В)	0	I	II	III	А	В
кг д.в/га
2001‒2005 гг.
0	0	6,35	8,99	9,05	9,39	8,68	8,58
	30+30	6,33	8,73	9,36	9,63
	60+60	6,95	9,45	9,66	10,29		8,91
60	0	8,46	8,74	8,46	9,19	9,13
	30+30	8,66	9,05	9,69	9,85		9,23
	60+60	8,87	9,06	9,73	9,84
Среднее (С)		7,60	9,00	9,32	9,70	8,91
НСР05: А – 0,46; В – 0,56; С – 0,65; для частных различий – 1,60
2006‒2010 гг.
0	0	3,60	4,96	4,97	5,00	4,56	4,65
	30+30	3,60	4,53	4,82	4,77
	60+60	3,47	4,95	5,10	4,90		4,63
60	0	3,78	4,78	4,99	5,19	4,79
	30+30	3,79	4,43	6,32	4,80		4,72
	60+60	4,78	5,16	4,69	4,77
Среднее (С)		3,84	4,80	5,15	4,91	4,67
НСР05: А – 0,26; В – 0,32; С – 0,37; для частных различий – 0,91
2011‒2015 гг.
0	0	3,89	5,92	5,07	5,47	4,91	5,07
	30+30	3,57	5,24	5,25	5,10
	60+60	4,16	5,10	4,80	5,40		4,58
60	0	3,63	5,52	5,52	5,50	4,69
	30+30	4,05	4,90	4,27	4,25		4,76
	60+60	4,10	5,11	4,60	4,77
Среднее (С)		3,93	5,30	4,92	5,08	4,80
НСР05: А – 0,39; В – 0,47; С – 0,55; для частных различий – 1,35
2016‒2021 гг.
0	0	4,81	5,33	5,75	5,72	4,86	5,18
	30+30	3,79	4,92	5,18	5,25
	60+60	3,62	4,64	4,78	4,55		4,70
60	0	3,52	5,01	5,35	5,94	4,56
	30+30	3,98	4,56	5,01	4,88		4,26
	60+60	3,96	4,38	3,94	4,17
Среднее (С)		3,95	4,81	5,00	5,09	4,71
НСР05: А – 0,46; В – 0,56; С – 0,65; для частных различий – 1,59

 

Положительное влияние калия проявилось только на фоне со средним содержанием фосфора, прибавка составила в среднем 2,12 т/га, или 32,4 % при урожайности сухой массы без удобрений – 6,35 т/га. Содержание подвижного фосфора на уровне повышенной и высокой обеспеченности увеличивало сбор сухой массы на 18,4…27,6 %. Азотные подкормки (N_30…60) под каждый укос слабо влияли на продуктивность травосмеси. Только внесение 60 кг д. в./га под каждый укос достоверно повышало сбор сухой массы на 0,65 т/га в среднем по фактору.

В первые пять лет использования травостоя урожайность была наиболее высокой, в последующие годы картина изменилась в сторону ее общего снижения до 5…6 т/га сухой массы в удобренных вариантах при 3,60…4,81 т/га на контроле. В период 7…11 лет жизни действие калийных и азотных удобрений было недостоверным при положительном влиянии последействия фосфора, прибавка, по отношению к фону обеспеченности 0, составила 0,9…1,31 т/га сухой массы.

Аналогичная закономерность по влиянию фонов с повышенным содержанием фосфора сохранялась в 2011‒2015 и 2016‒2021 гг. при отсутствии положительного влияния калийной подкормки. Во втором десятилетии отмечен достоверный рост урожайности в вариантах без азотных удобрений: в 2011‒2015 гг. – на 0,49 и в 2016‒2021 гг. – на 0,99 т/га в среднем по фактору, очевидно из-за более высокой доли козлятника в ботаническом составе. Превалирование костреца в вариантах с азотными подкормками (N₆₀ под каждый из двух укосов), особенно в последний период, достоверно снизило урожайность, в сравнении с вариантами без азотных удобрений, где почти половина биомассы приходилась на более урожайную бобовую культуру.

Выводы. В структуре кормопроизводства, в том числе орошаемого, лесостепи Западной Сибири существенные площади могут и должны занимать травостои на основе костреца в смеси с козлятником с высоким потенциалом продуктивного долголетия.

Для козлятниково-кострецовой травосмеси первостепенное значение имеет оптимизация условий минерального питания. Для этого следует создавать фон с повышенной или высокой обеспеченностью почвы фосфором. В таких условиях урожайность травосмеси при орошении в первые пять лет достигает 8,99…9,39 т/га сухой массы против 6,35 т/га в варианте без удобрений. Применение азотных удобрений (N_30…60) под каждый укос способствует увеличению доли костреца на этом фоне в первом укосе до 24…41 %, во втором – до 23…43 %.

В последующие годы, при отсутствии полива, картина изменилась в сторону общего снижения урожайности до 5…6 т/га сухой массы в удобренных вариантах при 3,60…4,81 т/га без удобрений. В период 7…11 лет жизни действие калийных и азотных удобрений было недостоверно при положительном последействии фосфора, прибавка составила 0,90…1,31 т/га сухой массы, по отношению к фону с многолетним отрицательным балансом этого элемента, и такая закономерность сохранялась с увеличением возраста травостоя.

Во втором десятилетии достоверное увеличение урожайности отмечено в вариантах без азотных удобрений в 2011‒2015 гг. – на 0,49 т/га, в 2016‒2021 гг. – на 0,99 т/га в среднем по фактору, вследствие повышения доли козлятника в ботаническом составе травосмеси.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Работа финансировалась за счет средств бюджета ФГБНУ «Омский аграрный научный центр» на выполнение государственного задания. Никаких дополнительных грантов на проведение или руководство данным конкретным исследованием получено не было.

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

В работе отсутствуют исследования человека или животных.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

About the authors

V. S. Boyko

Omsk Agrarian Scientific Center

Author for correspondence.
Email: boicko.vasily2011@yandex.ru

доктор сельскохозяйственных наук

Russian Federation, Omsk

A. Yu. Timokhin

Omsk Agrarian Scientific Center

Email: boicko.vasily2011@yandex.ru

кандидат сельскохозяйственных наук

Russian Federation, Omsk

References

Supplementary files