27 марта 2016г.
На основной площади культивируемых земель в северной зоне края преобладают чистые посевы; они высокопродуктивны, но в отличие от природных систем слабо адаптированы, у них меньше возможностей трансформации веществ и энергии, они больше подвержены стрессам. Только биологическое и структурное разнообразие может поддерживать в агросистемах многие процессы, свойственные природным сообществам. Важным направлением агроландшафтного производства является создание совместных смешанных посевов, которые практикуются в кормопроизводстве некоторых хозяйств нашей страны. Вопросы подбора культур для совместных посевов и взаимоотношения видов в создаваемых сообществах изучены весьма слабо и потому в научной литературе освещены мало [1, 3, 5]. Настоящая статья посвящается изучению биотических взаимоотношений в чистых и совместных посевах некоторых полевых культур степной зоны края.
Методика исследований.
В опытах изучалась соя, однолетнее сорго и амарант багряный. Общая площадь каждой делянки составляет 63 м2, учетная площадь делянки – 36 м2. Повторность четырехкратная. Делянки были размещены рендомизированным методом, под основную обработку вносили органические удобрения из расчета 20 т/га. Учеты и наблюдения в полевых опытах проводили по методикам ВНИИМКа. Определяли густоту стояния растений, динамику формирования надземных структур, динамику накопления сухого вещества и чистую продуктивность фотосинтеза. В растительных образцах определяли: общий азот по Кьельдалю, сырую клетчатку по Геннебергу в модификации ЦИНАО, сырую золу методом сухого озоления. Отбор проб для качественного и количественного учета микрофлоры в почве, ризосфере и ризоплане проводили в соответствии с методикой Егорова, посев на плотные среды проводили методом Коха. Отбор проб производился при посеве, в период формирования генеративных органов и на момент уборки. Учет клубеньков на корнях сои оценивали в период цветения-образования бобов. Статистическая обработка данных выполнена методом дисперсионного анализа.
Результаты исследований и их обсуждение
Взаимоотношения между растениями в чистых и совмещенных посевах. Формирование совместных посевов - достаточно сложная биологическая и хозяйственная проблема, так как для их создания используются культуры, обычно возделываемые в чистых посевах. В годы проведения исследований нами было установлено, что возделывание в совместных посевах влияет на сроки наступления ими основных фаз вегетации. Данный показатель в значительной степени зависит от способа размещения растений в посеве и плотности стеблестоя. При размещении сорго в междурядьях сои фаза выметывания наступала в среднем на 5-7 дней позже, чем в чистых посевах сорго и сои и сорго чередующимися рядами. Для амаранта, напротив, характерно ускорение процессов развития при посеве в междурядьях сои. Длительность периода до фазы выметывания у амаранта сократилось в совместном посеве в среднем на 4 дня. Применение органических удобрений приводило к увеличению периода вегетации у сои и амаранта в среднем на 2–4 дня [6, 7, 9].
1. Конкурентные отношения между культурами в посевах. По конкурентоспособности изучаемые нами виды неравнозначны. Коэффициент конкурентоспособности отдельных культур меняется в зависимости от способа посева. В ходе исследований отмечено, что при посеве в междурядья сои уменьшается относительная конкурентоспособность сорго, но повышается конкурентоспособность сои, что весьма выгодно с хозяйственной точки зрения. Способ взаимной регуляции отношений между культурами путем уменьшения площади питания более конкурентоспособного компонента может стать весьма перспективным при использования в практике [8, 10, 12]. Наибольший коэффициент конкурентоспособности сорго был определен в его посеве с размещением в междурядьях сои (величина составила 2,77). Наименьшей конкурентоспособностью при накоплении сухого вещества у сорго отмечена при посеве в междурядья сои (0,43), максимальное значение коэффициента конкурентоспособности было получено в посевах с амарантом (3,5), а минимальное при размещении сои в междурядьях сорго (0,36). Самой низкой конкурентоспособностью обладает амарант, о чем свидетельствует низкое значение соответствующего коэффициента (0,78).
2. Особенности отношений между растениями и микрофлорой. На развитие клубеньков в большей степени влияют погодные условия и плотность почвы. Так, засушливые условия обусловили значительное снижение количества и массы клубеньков по сравнению с влажным годом. Отмечена также положительная взаимосвязь количественных характеристик симбиотических азотфиксаторов с влажностью почвы. Характерным для совместных посевов является то, что при размещении сорго и амаранта в междурядьях сои, когда корневые системы особей разных культур размещаются в непосредственной близости друг к другу большее количество клубеньков располагается на боковых корнях. Масса клубеньков на корнях сои в совместных посевах ниже, а их количество выше, чем в чистых посевах. В вариантах с размещением растений на расстоянии 45 см эффект от присутствия культуры иного вида практически не заметен. Аналогичная тенденция была выявлена при изучении эколого-трофических групп микроорганизмов почвы, ризосферы и ризопланы растений сорго и сои в чистых и совместных посевах. Между вариантами опыта имеются существенные отличия в количественном и качественном составе эколого-трофических групп микроорганизмов [2, 4, 11].
Учет микрофлоры почвы чистых посевов сои и сорго свидетельствует о достаточно высоком содержании различных физиологических групп микроорганизмов. Коэффициент минерализации, определяемый как отношение числа аминоавтотрофов к аммонификаторам данных образцов почв достаточно высок и составил 9,06 для посевов сои и 9,59 для посевов сорго. Интенсивное развитие популяций Corynebacterium sp., Pediococcus sp., Nitrobacter sp., Streptomyces albus соответствует выше указанной тенденции направленности микробиологических процессов [11, 13, 15].
Численность аммонификатов в совместных посевах возрастает в среднем в 4–6 раз, а коэффициент минерализации при этом резко снижается до значений 0,03 в варианте совместного посева с размещением сорго в междурядьях сои и до 0,23 в варианте с размещением культур чередующимися рядами. Микробиологические исследования ризосферы растений сои и сорго в чистых и совместных посевах свидетельствуют о наличии ризосферного эффекта и об увеличении численности аммонификаторов и гумусоразлагающих микроорганизмов в ризосфере по сравнению с почвой. Количество свободноживущих азотфиксаторов в ризосфере растений совместных посевов достоверно превышает тот же показатель у растений чистых посевов [14].
3. Специфика поведения между культурами и почвенной меэофауной. Нами установлено, что соотношение между численностью почвенной микрофлоры и мезофауны наибольшее среди исследованных вариантов в чистом посеве сорго (2,5 млрд. экз.). В чистом посеве сои и при совместном посеве ее с сорго этот показатель значительно ниже (1,3 и 1,5 млрд. экз. соответственно). Соотношение между аммонифицирующими микроорганизмами и почвенными беспозвоночными составляет 1,7 тыс. экз. в чистом посеве сои; 4,5 тыс. экз. в чистом посеве сорго и 10,9 тыс. экз. в совместном посеве сои и сорго. Коэффициент корреляции между количеством почвенной аммонифицирующей микрофлоры и мезофауны составляет 6,4, что свидетельствует о наличии взаимосвязи между этими показателями [6, 15].
В ходе исследований не было выявлено организмов, которые были бы приурочены к определенным видам растений или определенным типам посевов. В период формирования генеративных органов во всех вариантах посевов преобладали представители класса Insecta (отряд Collembola), класса Nematoda и класса Myriapoda (отряд Lithobiomorpha). В период созревания культур состав почвенного фаунистического сообщества несколько изменился и преобладали классы Arachnida, Insecta (отряд Collembola) и Myriapoda; класс Myriapoda в этот период представлен подклассом Syrophyla и отрядами Diplura и Hymenoptera. В период активной вегетации культур наблюдалось некоторое увеличение видового разнообразия и количества беспозвоночных в совместных посевах сои и сорго (1,5 экз./кг почвы) по сравнению с чистым посевом сои (1,25 экз./кг почвы) и чистым посевом сорго (0,98 экз./кг почвы).
В период созревания культур количество представителей почвенной мезофауны в слое 0–30 см возросло в 2–4 раза, по сравнению с вегетативным периодом, что объясняется снижением температуры почвы, увеличением ее влажности и притоком большого количества органических веществ за счет отмирания подземных и надземных частей растений. В чистом посеве сои и совместном посеве сои и сорго количество беспозвоночных было примерно одинаковым (6,52 и 6,77 экз./кг почвы соответственно), а в чистом посеве значительно ниже – 2,33 экз./кг почвы [12, 14, 15].
4. Урожайность культур в чистых и совместных посевах. Совместные посевы в большинстве случаев несут значительную функциональную нагрузку с точки зрения формирования урожая сухой массы и зерна. В годы проведения исследований совместные посевы формировали больший урожай сухого вещества по сравнению с чистыми посевами сои и амаранта (4,9 и 4,2 т/га соответственно). Наибольший урожай был получен при размещении сои в междурядьях сорго – 11,08±0,7 т/га. Самый низкий урожай сухого вещества в совместных посевах был сформирован при размещении амаранта в междурядьях сои – 5,50.±0,24. Урожайность других вариантов находилась в пределах 7,43±0,04 т/га – 7,95±0,44 т/га. Способ посева влиял на урожайность отдельных компонентов совместных посевов. Наибольшее угнетение испытывал амарант при посеве в междурядья сои. Его урожайность снижалась до 49% по сравнению с чистым посевом. При применении органических удобрений урожайность сухого вещества амаранта в чистом посеве возросла на 14,3 %, а сорго – на 12,6%. При размещении в междурядьях сои этот показатель составил 10,0% у амаранта и 11,1% – у сорго.
На величину урожая зерна влияли погодные условия, способ посева и применение органических удобрений. Совместные посевы формировали урожай зерна равный или незначительно превышающий урожай зерна в чистых посевах. Наибольший суммарный урожай зерна формировался в варианте с размещением сои в междурядьях сорго (3,27±0,15 т/га), а наименьший при размещении амаранта в междурядьях сои (2,23±0;09 т/га). При формировании урожая зерна в вариантах с применением удобрений отмечались аналогичные закономерности, что и в неудобренных вариантах [9, 10, 12].
Процессы роста и развития культур в совместных и чистых посевах весьма сильно различаются. Линейные показатели сои в совместных посевах увеличиваются, у сорго и амаранта снижаются. В совместных посевах общая чистая продуктивность фотосинтеза выше, чем в чистых посевах сои, но ниже, чем в посевах сорго и амаранта. С увеличением густоты стояния усиливается конкурентное влияние видов растений друг на друга. Среди исследованных культур при разных способах посева наибольшие коэффициенты конкурентоспособности отмечены у сорго, наименьшие – у амаранта [1, 3, 5].
Способ посева культур влияет на видовой состав микробных сообществ. При этом в ризосфере совместных посевов возрастает количество свободноживущих азотфиксаторов и снижается количество условно патогенных микромицетов. Численность прочих микроорганизмов в почве и ризосфере совместных посевов увеличивается по сравнению с чистыми посевами. Совместные посевы эффективнее поддерживают микробные сообщества на более ранних стадиях их формирования, что подтверждается видовым набором Pseudomonas и Lipomyces. Отмечена положительная корреляция (г=0,64) популяций аммонифицирующих групп организмов в почве. Не обнаружено тесной связи между видовым и количественным составом населения почвенных беспозвоночных и способом посева культур: отмечено некоторое увеличение видового разнообразия и количественных параметров фаунистических сообществ под совместными посевами культур. Наибольшие популяции в посевах сои и совместных посевах формируют Collembola семейства Enthomobriidae и Hymenoptera семейства Enchytraeidae [6].
Совместные посевы сои, сорго и амаранта формируют большие урожаи сухого вещества и зерна, чем чистые посевы сои и амаранта. Так, средняя урожайность сухого вещества надземной массы совместного посева сорго и сои составляла 11,08±0,7 т/га, а в чистых посевах сои, сорго и амаранта 10,77±0,5 т/га, 4,95±0,23 т/га и 4,20±0,19 т/га соответственно. Средняя урожайность зерна в совместных посевах сои и сорго при их размещении в междурядьях культур урожайность в чистых и совместных посевах повышалась.
Список литературы
1. Антоненко Д.А. Сложный компост и его влияние на свойства почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур: монография / Д.А. Антоненко, И.С. Белюченко, В.Н. Гукалов и др. – Краснодар. – Изд-во КубГАУ, 2015. – 180 с.
2. Алифиров М.Д. К вопросу о технологии переработки свиного навоза в перегной и его обогащении микроэлементами / М.Д. Алифиров, И.С. Белюченко, Т.В. Бозина, Г.В. Волошина и др. // Экол. Вестник Сев. Кавказа. – 2007. – Т. 3. – № 3. – С. 99–105.
3. Белюченко И.С. Сельскохозяйственная экология: учебное пособие / И. С. Белюченко, О. А.Мельник. – Краснодар: КубГАУ, 2010. – 297 с.
4. Белюченко И.С. Экологическое состояние бассейнов степных рек Кубани и перспективы их развития / И.С. Белюченко // Экол. Вестник Сев. Кавказа. – 2010. – Т. 6. – № 2. – С. 5–12.
5. Белюченко И.С. Введение в антропогенную экологию: учебное пособие / И.С. Белюченко. – Краснодар, 2011. – 265 с.
6. Белюченко И.С. Влияние сложных компостов на свойство почвы и формирование почвенной биоты / И.С. Белюченко, Ю.Ю. Никифоренко // Экол. Вестник Сев. Кавказа. – 2012. – Т. 8. – № 4. – С. 3–50.
7. Белюченко И.С. Сложные компосты как источник расширения экологических ниш культурных растений в системе почвенного покрова / И.С. Белюченко // Тр. Международной Конференции «Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства». – Краснодар, 2013.– С. 12–14.
8. Белюченко И.С. Коллоидные системы отходов разных производств и их роль в формировании сложного компоста / И.С. Белюченко // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – Краснодар: КубГАУ, 2013. – № 93. – С. 787–811.
9. Белюченко И.С. Интродукция растений как метод расширения видового состава культурных фитоценозов в южных районах СНГ/ И. С. Белюченко, Б.А. Мустафаев // Экол. Вестник Сев. Кавказа. – 2013. – Т. 9. – № 4. – С. 73-89.
10. Белюченко И.С. Изменение агрегатного состава чернозема обыкновенного при внесении органоминерального компоста / И.С. Белюченко, Д.А. Славгородская // Доклады РАСХН. – 2013. – № 4. – С. 23–25.
11. Белюченко И.С. Изменение плотности и аэрации пахотного слоя чернозема обыкновенного под влиянием сложного компоста / И.С. Белюченко, Д.А. Славгородская // Доклады РАСХН. – 2013. – № 2 – С. 40–43.
12. Белюченко И.С. Отходы быта и производства как сырье для подготовки сложных компостов: монография / И.С. Белюченко. – Краснодар. – Изд-во КубГАУ. – 2015. – 418 с.
13. Муравьев Е.И. Влияние фосфогипса на развитие растений сахарной свеклы в степной зоне Краснодарского края / Е.И. Муравьев, И. С. Белюченко, В. В. Гукалов, О. А. Мельник // Экол. Вестник Сев. Кавказа. – 2008. – Т. 4. – № 4. – С. 112-114.
14. Belyuchenko I.S. As to the evolutionary relationships of different level systems in the biosphere / I. S. Belyuchenko // Экол. Вестник Сев. Кавказа. – 2005. – Т. 1. – № 2. – С. 17–50.
15. Belyuchenko I.S. Evolutionary and ecological approaches to the plants introduction in practice / I. S. Belyuchenko // Экол. Вестник Сев. Кавказа. – 2005. – Т. 1. – № 2. – С. 104–111.
