Агрохимия, 2023, № 4, стр. 32-38

ВВЕДЕНИЕ

Применение в России гречихи в качестве сидерального удобрения было рекомендовано еще в XVIII веке первым русским агрономом А.Т. Болотовым [1]. Удобрительная ценность гречишных сидератов обусловлена способностью создания к моменту цветения этой культуры высокопродуктивной биомассы, содержащей в сбалансированном соотношении большое количество элементов питания растений [2, 3]. Применение сидеральных удобрений приводит к улучшению комплекса свойств почв, определяющих их потенциальное плодородие и фитосанитарное состояние [4–8]. Особенно актуальным это является для почв, длительное время используемых в земледелии [9, 10]. Добиться увеличения урожайности сидеральной массы и повышения содержания в ней элементов питания растений, а следовательно, и более позитивного воздействия на свойства почв, возможно, если в качестве сидератов использовать не одну культуру, а смесь экологически и аллелопатически совместимых культур. Некоторыми авторами отмечено, что смешанные посевы по сравнению с монокультурой обладают значительно более высоким потенциалом средообразования [11]. Это связано с более выраженной способностью смешанных агросообществ по сравнению с чистыми посевами повышать плодородие почвы и поддерживать экологическое равновесие между компонентами агроэкосистемы благодаря наличию регуляторных механизмов обратной связи. Такие возможности агросообществ обусловлены их приближением по биоразнообразию (по сравнению с чистыми посевами) к естественным фитоценозам, что выражается в способности смешанных посевов эффективным образом влиять на среду произрастания, частично используя при этом механизмы воздействия естественного растительного покрова на окружающую среду, средообразующую роль которого широко использовал человек в многовековой практике залежных и переложных систем земледелия [11].

При использовании для сидерации смешанных агросообществ в сравнении с чистыми посевами их компонентов часто отмечали более значительное улучшение всего комплекса свойств почв, определяющих плодородие, а также фитосанитарного состояния культур, выращиваемых после заделки сидератов [12–14]. Однако информация о влиянии сидеральных смесей с гречихой на их продуктивность и свойства почв, представленная в литературе, чрезвычайно скупа, требует дальнейших исследований, но при этом иногда встречаются сведения, указывающие на преимущества использования сидеральных смесей с гречихой по отношению к чистым посевам культур, составляющих эти смеси. Например, к моменту заделки сидеральная смесь горох + гречиха аккумулировала значительно больше органического вещества, чем сидерат, представленный чистыми посевами компонентов этой смеси. При этом в 1-метровом слое почвы под сидеральной смесью оставалось значительно больше продуктивной влаги, чем в таком же по мощности слое под чистыми посевами компонентов этой смеси [15]. При выращивании смеси гречихи с люпином происходило улучшение физических, биологических и химических свойств почв, а также снижалась засоренность и степень повреждения культур вредителями и болезнями [16].

Цель работы – оценка влияния гречишных сидератов, выращиваемых в чистых посевах и в смесях с другими культурами, на агрофизические свойства черноземных почв.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В полевом опыте с сидератами, состоящими из чистых посевов гречихи сортов Деметра и Крылатая, сои сорта Октябрьская, подсолнечника сорта Енисей и из бинарных смесей указанных сортов гречихи между собой, а также с соей и подсолнечником, проводили раздельный учет продуктивности сидеральных агросообществ и урожайности последующих зерновых культур. Опыты проводили в трехкратной повторености на стационаре Петринского опорного пункта Почвенного института им. В.В. Докучаева (Курская обл.) в период с 2001 по 2005 гг. Почвы опытного участка были представлены тяжелосуглинистыми мощными типичными черноземами.

На учетной площади каждой делянки, составляющей 280 м² (5.6 × 50 м), сплошным методом определяли продуктивность сидеральных культур и урожайность озимой и яровой пшеницы, которые по годам исследования чередовались с посевами сидератов.

В годы закладки и окончания проведения опытов в пахотном (0–25 см) и подпахотном (25–40 см) горизонтах определяли объемный вес почвы. В год окончания опытов в тех же горизонтах определяли ее гранулометрический и микроагрегатный состав. Полученные результаты использовали для расчета фактора структурности и степени агрегатности, отражающих водоустойчивость и водопрочность почвенной структуры. Для определения агрофизических свойств, использовали методики, приведенные в [17].

Для оценки влияния фактора смешивания посевов на изменение исследованных показателей был разработан метод построения вариантов сравнения [18]. Суть этого метода состояла в расчетном построении для каждого смешанного агросообщества варианта сравнения из соответствующих чистых посевов таким образом, чтобы единственным различием между смешанным агросообществом и вариантом сравнения было наличие фактора смешивания в первом случае и отсутствие – во втором. Для исследованных показателей вариант сравнения рассчитывали по следующей формуле: Vs_i = (Р_i × W_i) : Sum (W_i), где Vs_i – вариант сравнения для i-той культуры, Р_i – величина исследованного показателя в чистых посевах i-той культуры, W_i – доля i-той культуры в смешанном посеве, определенная как количество семян этой культуры, отнесенных к норме высева, соответствующей нормальным по плотности посевам (W_i = Q_i/N_i), Sum – указатель суммы. Если величина исследованного показателя имела начальную и конечную величину, как у объемного веса, определенного при закладке и окончании опыта, то Р_i  было равно разности между конечной и начальной величинами этого показателя. Влияние фактора смешивания на продуктивность агроценоза и свойства почв определяли как разность между величинами этих показателей в смешанном агросообществе и в варианте сравнения.

Для статистических оценок использовали t-критерий Стьюдента для неравных дисперсий, критерий Фишера и непараметрический метод Краскела–Валлиса. Использование данных критериев позволило с позиций 3-х различных подходов оценить степень различия между сравниваемыми величинами. Считали, что различия между последовательностями исследованного свойства существуют, если это подтверждено применением не менее чем 2-х критериев.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В результате проведенного исследования были получены средние величины продуктивности надземной фитомассы в чистых посевах сидератов и их бинарных смесях, урожайности зерновых культур и физических свойств почв в пахотном и подпахотном горизонтах (табл. 1).

Как следует из табл. 1, максимальная продуктивность была достигнута в смешанных агроценозах. Особенно высокой продуктивностью отличались агросообщества подсолнечник + гречиха сорта Крылатая и подсолнечник + гречиха сорта Деметра. Среди чистых посевов максимальная продуктивность отмечена в вариантах с подсолнечником. Продуктивность чистых посевов этой культуры была значительно больше продуктивности сортосмеси гречих и смеси сои с гречихой сорта Крылатая, примерно соответствовала продуктивности смеси соя + гречиха сорта Деметра, но при этом значительно уступала вариантам, в которых подсолнечник произрастал в смеси с одним из сортов гречихи.

Максимальная урожайность зерновых культур также была отмечена в вариантах с агросообществами подсолнечник + гречиха сорта Крылатая и подсолнечник + гречиха сорта Деметра. Наиболее высокая урожайность в вариантах с чистыми посевами сидератов была достигнута в варианте с гречихой сорта Крылатая. Однако урожайность зерновых в этом варианте опыта незначительно превосходила соответствующие величины в вариантах с чистыми посевами и существенно не отличалась от аналогичных показателей вариантов, где в качестве сидератов использовали бинарные смеси.

За период проведения опыта объемная масса пахотного горизонта уменьшилась под всеми вариантами. Под чистыми посевами этот показатель снизился на 0.04–0.07 г/см³, под смешанными – на 0.06–0.09 г/см³. Снижение объемной массы пахотного горизонта под смешанными агросообществами, за исключением варианта соя + гречиха сорта Крылатая превосходило уменьшение плотности этого горизонта в вариантах с чистыми посевами и составляло 0.08–0.09 г/см³.

В рамках сходных тенденций происходило изменение плотности подпахотного горизонта. Его объемная масса под чистыми посевами уменьшилась на 0.02–0.03 г/см³, под смешанными агросообществами – на 0.03–0.06 г/см³. Так же как для пахотного горизонта, величина снижения объемной массы подпахотного горизонта под всеми смешанными агросообществами, за исключением варианта соя + гречиха сорта Крылатая, превосходила уменьшение плотности этого горизонта под всеми вариантами чистых посевов и составляло 0.04–0.06 г/см³.

Из рассмотренных данных следует, что использование в качестве сидератов смешанных агросообществ по сравнению с чистыми посевами культур приводило к более выраженной тенденции к снижению объемной массы пахотного и подпахотного горизонтов. Это было связано с преимущественным положительным влиянием агроценотического эффекта на плотность черноземов в рассмотренных агросообществах.

Наиболее высокие величины коэффициента структурности в пахотном горизонте, равные 95.6 и 96.0%, были отмечены под агросообществами гречиха сорта Крылатая + подсолнечник и гречиха сорта Деметра + подсолнечник. Эти величины не существенно превышали показатель коэффициента структурности в пахотном горизонте в вариантах под чистыми посевами подсолнечника, равный 95.0%. Величины коэффициента структурности в пахотном горизонте в остальных вариантах опыта с чистыми и смешанными посевами были меньше и изменялись в пределах 92.4–94.5%.

В подпахотном горизонте, так же как пахотном, наиболее высокими величинами коэффициента структурности 94.1 и 94.5% характеризовались агросообщества гречиха сорта Крылатая + + подсолнечник и гречиха сорта Деметра + подсолнечник. Незначительно меньше была величина коэффициента структурности в подпахотном горизонте под чистыми посевами подсолнечника, которая равнялась 93.9%. Величины коэффициента структурности в подпахотном горизонте в остальных вариантах опыта с чистыми и смешанными посевами были меньше и составляли 91.2–93.0%.

Величина коэффициента структурности как в пахотном, так и подпахотном горизонтах была наиболее высокой под бинарными смесями подсолнечника с разными сортами гречихи. Однако смешивание культур в меньшей степени приводило к улучшению структурного состояния черноземов. Например, в пахотном и подпахотном горизонтах под чистыми посевами подсолнечника коэффициент структурности был больше, чем в большинстве вариантов со смешанными посевами.

Наиболее высокими показателями степени агрегатности пахотного горизонта, равными 87.9 и 87.1%, характеризовались смешанные агросообщества гречиха сорта Деметра + подсолнечник и соя + гречиха сорта Деметра. В порядке уменьшения этого показателя следовали чистые посевы гречихи сорта Деметра и агросообщество гречиха сорта Крылатая + подсолнечник, степень агрегатности под которыми в пахотном горизонте была соответственно равной 85.8 и 85.6%. В пахотном горизонте в остальных вариантах с чистыми и смешанными посевами степень агрегатности составляла 82.2–84.8%. В подпахотном горизонте, в отличие от пахотного, максимальные величины степени агрегатности отмечали под чистыми посевами сои (85.6%) и подсолнечника (85.3%). Под агросообществами гречиха сорта Деметра + подсолнечник и соя + гречиха сорта Деметра степень агрегатности подпахотного горизонта была несущественно меньше и соответственно равнялась 85.1 и 85.0%. В остальных вариантах степень агрегатности подпахотного горизонта составляла 78.3–83.6%.

Для продуктивности сидеральных агросообществ и урожайности зерновых культур, выращенных на тех же делянках, на которых располагались сидеральные агросообщества, были рассчитаны агроценотические эффекты, как разность между величинами продуктивности сидеральных агросообществ (урожайности зерновых на этих делянках) и продуктивности этих агросообществ (урожайности зерновых культур) в вариантах сравнения. Варианты сравнения для продуктивности сидеральных агросообществ и урожайности зерновых культур рассчитывали по соответствующим показателям чистых посевов в соответствии с вышеприведенным методом построения вариантов сравнения (табл. 2). Для расчета агроценотических эффектов использовались данные табл. 1.

Под влиянием агроценотического эффекта продуктивность сидеральных агросообществ изменялась неодинаковым образом. Она значительно возрастала в агросообществах гречиха сорта Деметра + подсолнечник, гречиха сорта Крылатая + подсолнечник и соя + гречиха сорта Деметра, менее заметно увеличивалась в смеси соя + гречиха сорта Крылатая, незначительно уменьшалась в сортосмеси гречихи. Примерно такие же тенденции прослеживали для воздействия фактора смешивания на урожайность зерновых культур.

Аналогичным образом были рассчитаны агроценотические эффекты для исследованных агрофизических свойств черноземов (табл. 3). Воздействие агроценотического эффекта обеспечило тенденцию к уменьшению объемной массы пахотного горизонта под большинством исследованных агросообществ. В наибольшей степени это было выражено в почве под агросообществами подсолнечник + гречиха сорта Крылатая и подсолнечник + гречиха сорта Деметра, плотность пахотного горизонта под которыми уменьшилась на 0.03 г/см³. Влияние агроценотического эффекта на разрыхление пахотного горизонта под агросообществом соя + гречиха сорта Деметра было меньше и составило 0.02 г/см³. В пахотном горизонте под сортосмесью воздействие фактора смешивания привело к уменьшению объемной массы всего на 0.01 г/см³, а под агросообществом соя + гречиха сорта Крылатая этот фактор не оказывал никакого влияния на величину объемной массы.

Так же как в пахотном горизонте, влияние агроценотического эффекта приводило к тенденции к снижению объемной массы подпахотного горизонта в большинстве исследованных агросообществ. Изменение объемной массы подпахотного горизонта под агросообществами в основном происходило так же как в пахотном горизонте, с той лишь разницей, что подпахотный горизонт по сравнению с пахотным оказался более разрыхленным под агросообществом подсолнечник + гречиха сорта Деметра и более уплотненным под смесью соя + гречиха сорта Крылатая.

Наиболее существенное влияние фактор смешивания оказал на коэффициенты структурности пахотного горизонта под агросообществами гречиха сорта Деметра + подсолнечник, гречиха сорта Крылатая + подсолнечник и соя + гречиха сорта Деметра, что выразилось в увеличении этого показателя соответственно на 1.7, 1.6, и 1.4%. Значительно меньше увеличился коэффициент структурности под агроценозом соя + гречиха сорта Крылатая, а в пахотном горизонте под сортосмесью гречих влияние фактора смешивания привело к некоторому снижению этого показателя. В подпахотном горизонте изменение коэффициента структурности под влиянием фактора смешивания во многом было сходно с изменением этого показателя в пахотном горизонте. При этом коэффициент структурности в подпахотном горизонте в отличие от пахотного слоя незначительно увеличивался под сортосмесью гречих и несущественно уменьшался под агроценозом соя + гречиха сорта Крылатая.

Наиболее заметное влияние фактор смешивания оказал на увеличение степени агрегатности как пахотного, так и подпахотного горизонта под агросообществами гречиха сорта Деметра + подсолнечник, гречиха сорта Крылатая + подсолнечник, соя + гречиха сорта Деметра. Увеличение степени агрегатности в обоих горизонтах было меньше под агроценозом соя + гречиха сорта Крылатая. Под сортосмесью гречих увеличение степени агрегатности как в пахотном, так и в подпахотном слое было наименее выраженным и незначительным.

Для оценки связи между продуктивностью сидератов, урожайностью зерновых культур и изменением агрофизических свойств почв, а также степени зависимости между агроценотическими эффектами этих показателей были рассчитаны коэффициенты корреляции. Как следует из табл. 4, продуктивность сидератов в опыте была достоверно связана с урожайностью последующих зерновых культур, т.к. величина коэффициента корреляции между этими показателями (0.75) была больше критической величины этого коэффициента на 5%-ном уровне значимости при 7-ми степенях свободы, равном 0.67. Продуктивность сидератов и последующая урожайность зерновых культур была достоверно связана с изменением объемной массы пахотного горизонта и величинами коэффициента структурности в обоих горизонтах. В остальных случаях продуктивность сидератов и урожайность зерновых культур не обнаруживала достоверных связей с агрофизическими свойствами почв.

Коэффициент корреляции между величинами агроценотических эффектов сидеральных агросообществ и урожайностей зерновых культур указывал на тесную связь между этими показателями (0.93) и был больше критической величины этого коэффициента на 5%-ном уровне значимости при 3-х степенях свободы, равном 0.88 (табл. 5). Величины агроценотических эффектов сидеральных агросообществ и урожайностей зерновых культур были достоверно связаны с соответствующими показателями коэффициента структурности и степени агрегатности и не образовывали значимых зависимостей с этими показателями как в пахотном, так и подпахотном горизонтах.

Из сопоставления величин коэффициентов корреляции (табл. 4, 5) следует, что зависимость урожайности зерновых культур от продуктивности сидератов и показателей агрофизических свойств почв, а также степень влияния продуктивности сидератов на величины агрофизических свойств была существенной, но менее выраженной по сравнению с более тесными связями между соответствующими агроценотическими эффектами. Возможно, в такой форме находит свое выражение более высокий потенциал средообразования смешанных посевов по отношению к чистым, что дает возможность не только повышать плодородие почв, но и поддерживать экологическое равновесие между компонентами агроэкосистемы благодаря наличию регуляторных механизмов обратной связи [11].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, показано, что смешивание посевов в сидеральных агросообществах в большинстве случаев приводило к возрастанию урожайности зерновых культур и улучшению всех рассматриваемых агрофизических свойств почв. Однако влияние агроценотического эффекта в разных сидеральных агрособществах на урожайность последующей культуры и свойства почв проявлялось неодинаковым образом. Наиболее существенное позитивное влияние на агрофизические свойства как пахотного, так и подпахотного горизонтов, а также на увеличение урожайности зерновых культур оказал агроценотический эффект в бинарных смесях гречиха сорта Деметра + подсолнечник и гречиха сорта Крылатая + подсолнечник. В вариантах с агросообществами соя + + гречиха сорта Крылатая и гречиха сорта Деметра + гречиха сорта Крылатая, напротив, отмечено незначительное улучшение этих показателей, а иногда и их ухудшение в обоих горизонтах. Расчет коэффициентов корреляции между продуктивностью сидератов, урожайностью зерновых культур и изменением агрофизических свойств почв показал, что продуктивность сидератов была достоверно связана с урожайностью зерновых культур, и оба эти показателя в половине случаев образовывали достоверные связи с агрофизическими свойствами почвы. Зависимость между агроценотическими эффектами исследованных показателей была более тесной по сравнению со связями между величинами этих показателей. Например, связь между продуктивностью сидеральных агросообществ и урожайностью зерновых культур, соответствующая коэффициенту корреляции 0.75, была менее выраженной по сравнению с зависимостью между агроценотическими эффектами этих показателей и характеризовалась коэффициентом корреляции, равным 0.93. Возможно, это было связано с более высоким средообразующим потенциалом смешанных посевов по отношению к чистым, но это предположение нуждается в проведении дальнейших исследований по оценке агроцеотического эффекта.