Зеленый пар – альтернатива

В отличие от данной системы земледелия, использование технологии No-till способствует улучшению физических, химических и биологических свойств почвы, что снижает уровень ее деградации при одновременном повышении экологической устойчивости (Campbell et al., 2001).
Однолетние бобовые культуры играют важную роль в системе земледелия No-till. У большинства из них мелкая корневая система, которая характеризуется высокой эффективностью использования влаги и высокой способностью к симбиотической фиксации азота. Выращивание бобовых в системе No-till позволяет использовать зеленый пар вмес­то традиционного черного пара и, следовательно, более эффективно накапливать влагу и сводить к минимуму риск эрозии.

Зернобобовые в севооборотах со злаковыми и масличными культурами

Зернобобовые культуры (в частности горох, чечевица, нут, фасоль и конские бобы) могут формировать симбиотическое сообщество с бактериями Rhizobium, преобразующими атмосферный азот в формы, которые бобовые могут использовать для собственного роста, а также повышения запаса почвенного азота для использования последующими культурами. Исследования, проведенные на севере Великих равнин Северной Америки, показали, что посев зернобобовых на поле через каждые 2-3 года оказывает как кратко-, так и долгосрочное влияние на продуктивность почвы. В краткосрочной перспективе включение зернобобовых культур в севооборот повышает эффективность использования влаги и питательных веществ (Miller et al., 2003; Gan et al., 2007), увеличивает урожайность и качество зерна последующих колосовых и масличных культур (Gan et al., 2003), а также повышает доходность системы земледелия в целом (Zentner et al., 2001). В более долгосрочной перспективе включение зернобобовых в севообороты повышает запасы азота в почве, что приводит к снижению потребности внесения минеральных удобрений под последующие культуры (Brandt, 1999), повышению микробного разнообразия и уровня секвестрации углерода (Lupwayi et al., 2001), а также к улучшению биохимических и микробиологических характеристик почвы (Biederbeck et al., 2005).
Исследования, проведенные в засушливой части провинции Саскачеван (Канада), показали, что урожайность зерна и содержание в нем белка были значительно выше при выращивании колосовых и масличных культур в системе земледелия No-till после гороха и чечевицы по сравнению с выращиванием после пшеницы (см. табл. 1). На тяжелых глинис­тых почвах урожайность пшеницы возросла на 35% при выращивании ее после бобовых по сравнению с повторным посевом по пшенице. Однако на глинистых почвах среднего гранулометрического состава повышение урожайности составило всего 4%.

В этих исследованиях содержание доступного азота было уравнено в соответствии с требованиями пшеницы по всем типам стерни посредством корректировки нормы внесения азота на основании данных анализа почвы, который проводился после уборки, с учетом минерализации азота в результате разложения растительных остатков бобовых. Это означает, что при выращивании пшеницы по стерне бобовых вносилось на 20-40% меньше азотных удобрений, чем при посеве по стерне пшеницы. Несмотря на сокращение внесения азота с минеральными удобрениями, выращивание пшеницы по стерне бобовых способствовало повышению как урожайности, так и содержания белка в первый и второй годы (Gan et al., 2003).
Эта разница в урожайности объясняется большим соответствием требованиям пшеницы в доступном азоте (азот, поступающий от разложения растительных остатков бобовых, а также более высокое содержание азота в результате фиксации азота бобовыми культурами) по сравнению с системой поступления азота из минеральных удобрений при монокультуре пшеницы (Zentner et al., 2001). Влияние бобовых на производство последующей масличной культуры (например, рапса или горчицы) было аналогичным тому, что наблюдалось по пшенице.
Значительное положительное влияние зернобобовых на последующую культуру пшеницы наблюдалось и на второй год (Gan et al., 2003). Например, урожайность зерна твердой пшеницы была на 13% выше при выращивании ее после двух лет бобовой или масличной культуры по сравнению с выращиванием после двух лет производства пшеницы (см. рис. 1).

Существенных отличий в урожайности пшеницы при различных чередованиях культур (бобовая - масличная, масличная - бобовая или бобовая - колосовая) не наблюдалось. Это говорит о том, что в системе земледелия No-till чередование широколистной культуры со злаковой обеспечит получение наибольших преимуществ для каждой культуры.
Как и другим растениям, бобовым необходим азот для роста и развития. Для большинства бобовых видов биологическая фиксация азота может удовлетворить от 70% до 90% их потребности в азоте в зависимости от условий окружающей среды и вида культуры, остальная же часть поглощается из почвы. Однако существует большая разница между колосовыми, масличными и бобовыми культурами в отношении количества азота, выносимого с урожаем зерна, по сравнению с необходимым количеством азота, вносимого с удобрениями - маржа азота. В системах земледелия No-till эта разница в азоте для бобовых культур варьирует от -1 до -10 (то есть на 1 кг азота, выносимого с урожаем с удобрением, нужно вносить от 1 до 10 кг азота), в то время как для зерновых колосовых культур маржа азота может колебаться в пределах от -10 до -30, а для масличных культур она может достигать -50.
Таким образом, масличным культурам необходимо наибольшее обеспечение азотом из внешних источников (например, органические или минеральные удобрения), бобовым же необходимо минимальное обеспечение.
Кроме того, стерня, оставленная на поверхнос­ти почвы при использовании технологии No-till, будет разлагаться под воздействием почвенных микроорганизмов. В процессе минерализации азот в растительных остатках преобразуется почвенными микроорганизмами в форму нитратов, в которой его может потреблять последующая культура. Содержание азота в надземной нетоварной части растения существенно варьирует в зависимости от вида культуры. В бобовых растениях соотношение азота к углероду более высокое, что обуславливает поступление в процессе разложения большего количества азота в почву, чем при разложении растительных остатков любых других видов культур (см. табл. 2).

Азот, содержащийся в биомассе, минерализуется в течение продолжительного периода времени, о чем свидетельствуют более высокие показатели остаточного содержания азота в почве следующей весной по сравнению с показателями содержания азота в почве после уборки культуры.

Кормовые бобовые как покровные культуры

Отрицательное влияние на качество почвы частого использования чистого пара подтверждено в научной литературе (Camobell et al., 1990). Эта практика была популярна в основных производственных регионах мира как способ накопления почвенной влаги, контроля проблемных сорняков и накопления запасов доступного азота в почве. На территории западной Канады она использовалась на 28-40% пашни вплоть до начала 1980-х годов (Campbell et al., 2002). С тех пор площадь под чистым паром сокращалась с интенсивностью около 0,15 млн га в год, но чистый пар все еще остается распространенным агротехническим приемом на наиболее засушливых территориях прерий.
С внедрением системы No-till бобовые культуры часто использовались в качестве покровных вместо чистого пара (Zentner et al., 1996). Покровные культуры способствуют поступлению органического вещества в почву, обеспечивая питательными веществами последующие культуры, улучшая круговорот азота в системе «почва - растение» (Biederbeck et al., 1993). Покровные культуры также помогают снизить почвенную эрозию, поскольку обеспечивают покров почвы в периоды обильного выпадения осадков и сильных ветров. Кроме того, использование покровных культур улучшает структуру и стабильность почвы, уменьшает формирование корки и повышает интенсивность инфильтрации влаги.
В более влажных регионах, таких как Паркленд в западной Канаде, излишки воды могут привести к потерям азота в результате вымывания, денитрификации и почвенной эрозии. В системах No-till бобовые покровные культуры используются в качестве замены чистого пара, чтобы использовать часть этих излишков влаги (Rice et al., 1993), защитить почву от эрозии и временно связать почвенный азот, сокращая его потери от вымывания (Zentner et al., 2004). Исследования, проведенные в Университете Манитобы, Канада, продемонстрировали, что люцерна однолетняя, клевер александрийский, клевер красный, чина посевная также могут быть использованы в этих целях (Bullied et al., 2002). Данные виды бобовых также можно убирать на сено и использовать в качестве корма для КРС.
Помимо производства сена эти бобовые отлично подходят для использования в севообороте в качестве источника азота для последующих культур пшеницы и ячменя (Bullied et al., 2002). По сравнению с небобовыми культурами, такими как рапс, однолетние бобовые культуры и при использовании на сено, и в качестве сидератов повышают как урожайность, так и обеспеченность азотом последующей зерновой колосовой культуры до 25%.
Среди проанализированных бобовых культур чина посевная и чечевица обеспечили получение наибольших преимуществ, за ними следовала однолетняя люцерна и клевер. Однолетняя люцерна способствовала получению более высокой урожайности зерна и обеспеченности азотом, чем многолетняя люцерна. Красный клевер позволил получить лучшие результаты, чем клевер александрийский. В этих исследованиях под бобовые культуры азот не вносился, и только под рапс было внесено 85 кг азота на одном гектаре. До прекращения роста проводился двукратный укос люцерны, красного и александрийского клевера. Рост чины и чечевицы был прекращен в фазе цветения 50% растений.
Как свидетельствует урожайность ячменя на второй год, бобовые обеспечивают более долгосрочное повышение плодородия почвы, чем чистый пар при традиционной обработке (см. табл. 2). С экономической точки зрения на сено более целесообразно выращивать люцерну и клевер, чем использовать другие виды бобовых культур в качестве сидератов. Однако получение хорошего травостоя этих мелкосеменных бобовых культур сопряжено с большими рисками. Обеспечение формирования хорошего травостоя и инокуляция семян - ключ к достижению максимальной продуктивности бобовых покровных культур.

Бобовые культуры как сидераты для замены летнего пара

В полузасушливых регионах использование многолетних и двулетних бобовых в качестве сидератов вместо чистого пара зачастую приводило к снижению урожайности, обусловленному истощением запасов почвенной влаги сидеральными культурами (Zentner et al., 1996). Даже при использовании скороспелых однолетних бобовых (например черной чечевицы Индианхед), если рост прекращали в фазе полного цветения для максимальной фиксации атмосферного азота, это приводило к снижению урожайности последующей культуры пшеницы до 26% по сравнению с традиционным чистым паром (Zentner et al., 2004). Однако с изменением элементов технологии выращивания однолетней бобовой культурой, которые включают более ранний посев и прекращение ее вегетации до цветения, запасы почвенной влаги и урожайность последующей культуры пшеницы можно повысить практически до того уровня, который наблюдается при традиционном чистом паре (см. табл. 3). Кроме того, содержание белка в зерне пшеницы, которая выращивалась после однолетней бобовой сидеральной культуры, в среднем было на 1,7% выше, чем в зерне пшеницы, возделываемой после пара. Более высокое содержание протеина в зерне наблюдалось и на второй год выращивания пшеницы после сидеральной культуры (данные не приведены).

Кроме того, наблюдалось постепенное снижение потребности в азотных удобрениях (то есть экономия 7-9 кг азота на одном гектаре) при выращивании пшеницы по технологии No-till с использованием сидератов, что свидетельствует о повышении способности почвы обеспечивать культуру азотом (Campbell et al., 2004). Снижение затрат на азотные удобрения, механическую обработку почвы и гербициды, а также более высокая прибыль от повышенного содержания белка в зерне в поле занятого пара, по сравнению с затратами на поле чистого пара, компенсируют дополнительные затраты на семена и выращивание однолетней бобовой сидеральной культуры (Zentner et al., 2004).

Выбор вида культуры

Существует большое разнообразие видов бобовых культур, которые можно использовать на сено, в качестве сидератов - источников азота или как замену чистого пара в системе No-till. К ним относятся фуражные бобовые (чечевица, чина посевная, горох и конские бобы). Среди однолетних бобовых культур, которые целесообразно использовать в качестве однолетних сидератов в системе земледелия No-till, следует отбирать те, которые в большей мере соответствуют следующим требованиям:
• низкая стоимость семян;
• высокая способность фиксировать азот;
• быстрое формирование травостоя;
• интенсивный рост в начале сезона возделывания;
• небольшая глубина проникновения корней, что позволяет использовать влагу только в верхних слоях почвы;
• высокая эффективность использования влаги;
• легкое прекращение роста;
• отсутствие периода покоя;
• высокая способность конкурировать с сорняками.
В засушливых регионах чина посевная, горох и чечевица черная больше всего подходят для использования в качестве сидеральных культур, что обус­ловлено интенсивным развитием клубеньков, высокой устойчивостью к засухе и высокой способнос­тью фиксировать азот. В относительно влажных регионах можно включить традиционные сидеральные культуры, например однолетнюю люцерну и клевер. Эти однолетние культуры, скашиваемые на сено, можно адаптировать к системе земледелия No-till, в которой желательно использовать фуражные культуры с коротким вегетационным периодом.
При использовании бобовой сидеральной культуры в системе земледелия No-till прервать ее вегетацию можно различными способами. В зависи­мости от вида фазы развития, в которых проводится уничтожение травостоя, можно использовать как орудие для механического уничтожения травостоя, так и гербициды. Следует оценить целесообразность использования следующих методов:
1) мелкая заделка в почву в фазе бутонизации посредством дискования с незначительным нарушением почвенного покрова;
2) мелкая заделка в почву в фазе полного цветения посредством мелкой культивации;
3) десикация гербицидом сплошного действия, например глифосатом, в фазе бутонизации;
4) десикация регулятором роста (например 2,4-D) в фазе бутонизации;
5) заделка в почву в фазе бутонизации, после которой следует прямой посев полос высокорослой культуры для улавливания снега.

Связать почвенный азот

Азот - это основной питательный элемент, который необходим для всех культур. Он обеспечивает повышение урожайности зерна и уровня содержания белка в нем. Высокие цены на азотные удоб­рения в сочетании с высокими энергозатратами на их производство стали стимулом для ученых и практиков начать поиски альтернативных стратегий управления азотным питанием растений.
В системе земледелия No-till азот - это весомая статья затрат. Правильный выбор вида культуры и соответствующей технологии ее выращивания имеют большое значение для успешного функционирования всей системы земледелия No-till. Бобовые культуры обладают способностью фиксировать атмосферный азот, удовлетворяют сами большую часть своих собственных потребностей в нем и в то же время способствуют накоплению этого элемента в почве, что снижает потребность в минеральных удоб­рениях. Это азот высокую доступность и будет использоваться последующей культурой. Исследования показывают, что бобовые виды выступают идеальными альтернативными биоисточниками азота.
Диверсифицированные севообороты, включающие чередование злаковых и масличных культур с зернобобовыми, в сочетании с технологией прямого посева - ключ к повышению содержания азота в почве. Этот путь позволяет повысить обеспеченность азотом следующую культуру и снизить затраты на азотные удобрения. В условиях, когда 1 кг азота обходится в $1.00, этот подход следует рассматривать как наиболее оптимальный для всех производителей, использующих технологию No-till.
Зернобобовые, в частности горох, хорошо растут во всех регионах мира. Хотя чечевица больше подходит для прохладных полузасушливых и полувлажных регионов. Нут предпочтительно возделывать в условиях средиземноморского типа без орошения. А фасоль, конские бобы и другие зернобобовые, в частности люпин, продемонстрировали себя как перспективные культуры в регионах, более обеспеченных влагой. Выбор типа культуры и сорта зависит от условий выращивания и ограничений, обусловленных особенностями технологии No-till.
При принятии решения об использовании бобовых в качестве сидерата в первую очередь следует выбирать культуры с мелкой корневой системой, такие как черная чечевица. Это поможет избежать истощения запасов почвенной влаги бобовой культурой. Нужно быть предельно внимательными при прекращении вегетации этих сидеральных культур посредством их заделки в почву на небольшую глубину, чтобы избежать ветровой эрозии почвы.
В более влажных регионах бобовые покровные культуры, например однолетняя люцерна, александрийский и красный клевер, чина посевная и чечевица, можно использовать в качестве альтернативы пара. Это поможет связать почвенный азот и защитить почву от потери питательных веществ.
В более засушливых регионах также целесо­образно использовать однолетние бобовые (например черную чечевицу Индианхед), но при условии раннего их высевания, когда в почве достаточное количество влаги, и прекращения вегетации до наступ­ления фазы полного цветения, чтобы избежать чрезмерного потребления ими почвенной влаги.
Янтай Ганн (Yantaj Gan, Ph.D.),
исследователь по альтенативным культурам и диверсификации, Саскачеванский университет, Канада
Том Годдард (Tom Goddard),
Министерство АПК и сельского развития, Альберта, Канада

(Опубликовано в № 12.2010 г.)

Источник http://www.zerno-ua.com