Зеленая масса сортов люпина узколистного как источник почвенного плодородия

Полный текст

Введение

Серьезную угрозу технологической независимости страны несет ухудшение качества пахотных земель ^[1]. Основная характеристикая, определяющая ценность пашни, — ее плодородие — является результатом совокупного влияния содержания питательных веществ, типа водного режима, характера теплового режима, микробиологической активности и др. Уровень плодородия во многом определяется содержанием органического вещества. В России более трети почв относятся к слабогумусированным, а в пятой части содержание гумуса ниже минимального уровня [1, 2].

В условиях роста численности населения планеты в геометрической прогрессии увеличивается потребность в продуктах питания, в т. ч. растительного происхождения [3]. Как следствие растет степень интенсификации использования сельскохозяйственных угодий, возрастает нагрузка на единицу площади. Подобные методы ведения сельского хозяйства неизбежно приводят к деградации почв и ухудшению их качества.

Согласно сведениям Р.Р. Абдусаламова, З.М. Баламирзоева «…около 40 % сельскохозяйственных угодий в мире значительно ухудшается по качеству из-за эрозии и использования химических удобрений» [4]. В результате водной или ветровой эрозии происходит разрушение почвы и обеднение ее: потоки воды или ветра выносят из верхнего слоя частицы органического вещества. Применение больших количеств удобрений в системе интенсивного земледелия приводит к изменению свой­ств почв. Ряд удобрений, созданных химическим путем, являются физиологически кислыми [5]. Их внесение повышает степень кислотности, что ведет к потерям гумуса вследствие разложения гуминовых соединений.

В минеральных удобрениях (особенно в фосфорных) содержатся тяжелые металлы как естественные примеси [6]. Их присутствие в больших количествах влияет на биохимические реакции, протекающие в растениях, а также на поступление микроэлементов.

Использование искусственно созданных минеральных удобрений в больших количествах в течение длительного периода времени влияет на состав почвенных микроорганизмов [7, 8]. Длительное применение минеральных удобрений влияет на агрохимические свой­ства почвы и степень подвижности элементов питания [9].

Альтернатива химическим — удобрения естественного происхождения: навоз, торф, сапропель, компосты, птичий помет, а также сидераты. Однако систематическое внесение значительного количества некоторых видов отходов животного происхождения отрицательно влияет на показатели, характеризующие физико-­химические свой­ства обрабатываемых угодий [10].

Сидераты способствуют повышению плодородия за счет большого количества зеленой массы, поступающей в почву при их заделке [11, 12], и формированию агрономически ценной структуры почвы. Выделяемые сидератами алкалоиды и фитонциды способны снижать количество вредителей и возбудителей болезней [13].

В сельскохозяйственном производстве в качестве зеленых удобрений чаще всего используют растения двух семейств: капустные и бобовые. Для бобовых, наряду с рядом положительных признаков, характерных для сидератов, свой­ственно явление симбиотической азотфиксации, благодаря которому они, в зависимости от долголетия, способны связывать азот — от 60 до 300 кг/га в год [14, 15].

В Кировской области из растений семейства бобовые для использования в качестве зеленых удобрений применяют чаще всего горох полевой, горох посевной, вику яровую и их смеси со злаковым компонентом, а из многолетних растений — клевер луговой или клевер гибридный первого года пользования. Использование люпина ограниченно в силу того, что не каждый вид однолетнего люпина способен формировать стабильный высокий урожай зеленой массы. Тем не менее узколистный люпин в условиях Нечерноземья «…может стать базовой культурой севооборота для решения проблемы восстановления плодородия почв…» [16].

В ФГБОУ ВО Вятский ГАТУ с 2021 г. проводится оценка сортов узколистного люпина различной селекции. Цель исследования — анализ возможности использования сортов узколистного люпина для направления регенеративного земледелия.

Задачи исследований:

• оценить уровень урожайности зеленой массы натуральной влажности и в абсолютно сухом веществе;
• проанализировать структуру урожайности зеленой массы сортов узколистного люпина;
• оценить содержание сырого протеина, сырой золы в зеленой массе и определить их сбор.

Материалы и методы исследований

Материалом для исследования послужили сорта люпина узколистного: Сидерат 46 (селекции ВНИИ люпина филиала ФГБНУ «ФНЦ кормопроизводства и агроэкологии им. В.Р. Вильямса»), Аккорд, Федоровский, Меценат (селекции Ленинградского НИИСХ филиала ФГБНУ ФИЦ картофеля им. А.Г. Лорха).

Исследования проводили в 2022—2023 гг. на территории Агротехнопарка ФГБОУ ВО Вятский ГАТУ. Почвы участка дерново-­среднеподзолистые со среднесуглинистым гранулометрическим составом. Обеспеченность подвижными формами фосфора и обменным калием средняя, реакция почвенной среды слабокислая. Опыт закладывали на внесевооборотном участке, предназначенном для проведения научных исследований. Предпосевная обработка почвы — типичная для региона: ранневесеннее боронование, культивация, комбинированная обработка.

Закладка опыта проведена по методике конкурсного сортоиспытания, применены общепринятые методы исследования ^[2]^{, 3}. Биохимические показатели качества зеленой массы проводили в аккредитованной лаборатории ООО НПП «МЕДБИОТЕХ», г. Киров согласно стандартным методикам.

Учетная площадь делянок 4,5 м², повторность 4‑кратная, предшественник в оба года — яровые зерновые культуры. Посев проведен в начале второй декады мая. Способ посева рядовой с междурядьями 15 см. Норма высева 1,3 млн шт./га, глубина посева 4–5 см. Перед посевом проводили протравливание семян инсектицидом Табу, ВСК в норме 1 л/т и обработку биопрепаратом Ризолег. В качестве образца для сравнения (контроля — К) использован горох полевой Указ, так как эта культура занимает ведущее место среди однолетних сидератов Кировской области. Уборка растений на зеленую массу проведена в конце второй декады июля в фазу начала формирования бобов.

Результаты исследований и обсуждение

Вегетационный период в 2022 и 2023 гг. характеризовался как умеренно теплый с неравномерным выпадением осадков (рис.).

Метеорологические условия в период вегетации узколистного люпина в 2022—2023 гг.
Источник: выполнено Е.С. Лыбенко, С.А. Емелевым в программе Microsoft Excel 2010.

Meteorological conditions during the vegetation period of narrow-leaved lupine in 2022—2023
Source: compiled by E.S. Lybenko, S.A. Emelev in Microsoft Excel 2010.

Среднемесячная температура мая 2023 г. составила 13,9 °C, что оказалось на 1,9 °C выше обычно наблюдаемой. До оптимальной температуры посева почва прогрелась к началу второй декады. В 2022 г. средняя температура мая оказалась ниже на 2,7 °C, весна в этот год была затяжная, почва для посева поспевала с опозданием. Количество выпавших осадков в мае 2023 г. было на 14 % меньше нормы, в 2022 г. — ей соответствовало. В июне 2022 г. количество значительно превысило норму, а июнь 2023 г. был сухим (осадков выпало на 40 % меньше нормы) и менее теплым, чем ожидалось. Зато в июле количество осадков в оба года более чем в 1,6 раза превысило средние показатели. Значения температурных характеристик июля были близки к нормативному значению.

Полевая всхожесть изучаемых вариантов — 97…98 %, что исключает возможность наличия различий по этому параметру. Средняя урожайность зеленой массы натуральной влажности сортов узколистного люпина составила 68,8 т/га, что на 59 % больше по сравнению с горохом (табл. 1). Все сорта узколистного люпина как в отдельные годы, так и в среднем за время исследований достоверно превосходили контроль по этому показателю. В среднем по годам превышение урожайности зеленой массы сортов люпина составило от 20,8 до 27,4 %.

Таблица 1
Урожайность зеленой массы натуральной влажности, т/га

Сорт	2022 г.	± к Указ	2023 г.	± к Указ	Среднее	± к Указ
Указ (К)	44,6	–	42,0	–	43,3	–
Сидерат 46	61,9	+17,3	66,3	+24,3	64,1	+20,8
Аккорд	82,8	+38,2	58,7	+16,7	70,7	+27,4
Федоровский	69,1	+24,5	71,5	+29,5	70,3	+27,0
Меценат	72,4	+27,8	67,6	+25,6	70,0	+26,7
НСР05	–	4,4	–	3,6	–	3,9

Источник: выполнено Е.С. Лыбенко, С.А. Емелевым в программе Microsoft Word 2010.

Table 1
Green mass yield of natural moisture, t/ha

Variety	2022	± to control	2023	± to control	average	± to control
Ukaz (control)	44.6	–	42.0	–	43.3	–
Siderat 46	61.9	+17.3	66.3	+24.3	64.1	+20.8
Akkord	82.8	+38.2	58.7	+16.7	70.7	+27.4
Federovsky	69.1	+24.5	71.5	+29.5	70.3	+27.0
Metsenat	72.4	+27.8	67.6	+25.6	70.0	+26.7
LSD05	–	4.4	–	3.6	–	3.9

Source: compiled by E.S. Lybenko, S.A. Emelev in Microsoft Word 2010.

Наиболее стабильный уровень у сорта Федоровский, коэффициент вариации урожайности по годам составил 2,4 %. Такой же незначительной изменчивостью характеризовались сорта Сидерат 46 и Меценат. Урожайность зеленой массы сорта Аккорд изменялась по годам от 82,8 до 58,7 т/га. Этот сорт обладает значительной изменчивостью в условиях Кировской области по урожайности зеленой массы натуральной влажности (коэффициент вариации признака 24 %).

Влажность вегетативной массы сельскохозяйственных культур различна. Для оценки уровня урожайности в сопоставимых единицах приведены данные в пересчете на абсолютно сухое вещество (табл. 2). По урожайности зеленой массы в пересчете на абсолютно сухое вещество в 2022 и 2023 гг. отмечено достоверное превышение контроля только у сорта Аккорд. Коэффициент вариации по годам у него составлял 6 %. Превышение уровня урожайности достигало 21 %.

Таблица 2
Урожайность зеленой массы в абсолютно сухом веществе, т/га

Сорт	2022 г.	± к Указ	2023 г.	± к Указ	Среднее	± к Указ
Указ (К)	14,1	–	13,0	–	13,55	–
Сидерат 46	12,5	–1,6	11,6	–1,4	12,05	–1,5
Аккорд	17,1	+3,0	15,7	+2,7	16,40	+2,9
Федоровский	13,9	–0,2	13,9	+0,9	13,90	+0,4
Меценат	13,6	–0,5	18,3	+5,3	15,95	+2,4
НСР05	–	1,2	–	1,0	–	1,2

Источник: выполнено Е.С. Лыбенко, С.А. Емелевым в программе Microsoft Word 2010.

Table 2
Yield of absolutely dry green mass, t/ha

Variety	2022	± to control	2023	± to control	average	± to control
Ukaz (control)	14.1	–	13.0	–	13.55	–
Siderat 46	12.5	–1.6	11.6	–1.4	12.05	–1.5
Akkord	17.1	+3.0	15.7	+2.7	16.40	+2.9
Federovsky	13.9	–0.2	13.9	+0.9	13.90	+0.4
Metsenat	13.6	–0.5	18.3	+5.3	15.95	+2.4
LSD05	–	1.2	–	1.0	–	1.2

Source: compiled by E.S. Lybenko, S.A. Emelev in Microsoft Word 2010.

Показатели по урожайности зеленой массы в абсолютно сухом веществе у сорта Федоровский отличаются минимальным коэффициентом вариации (менее 1 %). В среднем урожайность этого сорта находится на уровне контроля. Значительной изменчивостью обладает сорт Меценат (коэффициент вариации 21 %). В 2022 г. его урожайность зеленой массы в абсолютно сухом веществе находилась на уровне контроля (13,6 т/га), а в 2023 г. — достоверно превышала его (18,3 т/га). Сидерат 46 по сравнению с горохом полевым Указ во все годы формировал достоверно меньше зеленой массы в пересчете на абсолютно сухое вещество (коэффициент вариации 5,7 %).

Анализируя структуру продуктивности зеленой массы (табл. 3), можно отметить, что у люпинов в среднем основная доля приходится на листья (46,9 %) и стебли (43,9 %). В условиях 2022—2023 гг. изучаемые сорта сформировали достаточно много зеленой массы, растения были развитыми, хорошо облиственными. У гороха полевого Указ основная доля приходилась на стебли (63,9 %). Объем листьев у гороха в связи с его морфологическими особенностями в два раза меньше, по сравнению с люпином.

Значительных отклонений между сортами по массе листьев не отмечено. Их доля колеблется от 42,6 до 49,3 %, установлено достоверное превышение этого показателя по отношению к контролю. Коэффициент вариации доли листьев у всех сортов незначительный (от 3,7 до 7,2 %). Наибольшей облиственностью обладают сорта Аккорд и Меценат.

Таблица 3
Структура продуктивности зеленой массы на момент уборки (в среднем за 2022—2023 гг.)

Сорт	Листья, %	Vлистья, %	Бобы, %	Vбобы, %	Стебли, %	Vстебли, %
Указ (К)	22,5 ± 0,37	4,8	13,6 ± 0,44	9,4	63,9 ± 0,76	2,3
Сидерат 46	46,7 ± 0,72*	4,6	8,8 ± 0,39*	11,2	44,5 ± 0,71*	4,7
Аккорд	49,3 ± 0,63*	3,7	7,5 ± 0,34*	11,6	43,2 ± 0,81*	5,6
Федоровский	42,6 ± 0,42*	3,9	9,3 ± 0,62*	6,1	48,1 ± 0,51*	2,9
Меценат	48,9 ± 0,74*	7,2	11,2 ± 0,42*	5,7	39,9 ± 0,47*	4,9
В среднем по люпинам	46,9 ± 1,53*	6,6	9,2 ± 0,77*	16,7	43,9 ± 1,69*	7,7

Примечание. * — р ≥ 0,95.
Источник: выполнено Е.С. Лыбенко, С.А. Емелевым в программе Microsoft Word 2010.

Table 3
Structure of green mass productivity at harvest time (average for 2022—2023)

Variety	Leaves, %	Vleaves, %	Seeds, %	Vseeds, %	Stems, %	Vstems, %
Ukaz (control)	22.5 ± 0.37	4.8	13.6 ± 0.44	9.4	63.9 ± 0.76	2.3
Siderat 46	46.7 ± 0.72*	4.6	8.8 ± 0.39*	11.2	44.5 ± 0.71*	4.7
Akkord	49.3 ± 0.63*	3.7	7.5 ± 0.34*	11.6	43.2 ± 0.81*	5.6
Federovsky	42.6 ± 0.42*	3.9	9.3 ± 0.62*	6.1	48.1 ± 0.51*	2.9
Metsenat	48.9 ± 0.74*	7.2	11.2 ± 0.42*	5.7	39.9 ± 0.47*	4.9
Average	46.9 ± 1.53*	6.6	9.2 ± 0.77*	16.7	43.9 ± 1.69*	7.7

Note. * — р ≥ 0.95.
Source: compiled by E.S. Lybenko, S.A. Emelev in Microsoft Word 2010.

Доля бобов в общей массе зеленой продукции у гороха составляла 13,6 %. У люпинов к моменту уборки этот показатель был достоверно ниже контроля — от 7,5 до 11,2 %, а среднее значение по ним составило 9,2 %. Наиболее близко к контролю по объему бобов оказался сорт Меценат (11,2 %).

Длина стеблей люпина к моменту уборки достигала 53…63 см. Процент стеблей в общем урожае зеленой массы оказался выше у гороха посевного (63,9 %). У люпинов их доля отличается незначительной вариабельностью (2,3…5,6 %). Наибольший процент стеблей отмечен у сорта Федоровский (48,1 %), наименьший — у сорта Меценат (39,9 %).

Анализируя качественные характеристики зеленой массы (табл. 4 и 5), можно отметить, что сорта люпина узколистного отличаются повышенным содержанием сырого протеина (в среднем на 26 %). У большинства сортов зернобобовых культур его значения в 2022 г. (на 7…10 п. п.) были выше, чем в 2023 г. Более высоким содержанием сырого протеина отличаются сорта Федоровский (18,3 %) и Меценат (17,1 %), что превышает значение контроля на 37 и 28 п. п. соответственно.

Таблица 4
Содержание сырого протеина и сбор белка

Сорт	Содержание сырого протеина, %			Сбор белка, т/га
	2022 г.	2023 г.	Среднее	2022 г.	2023 г.	Среднее
Указ (К)	13,7	12,8	13,3 ± 0,45	1,90	1,70	1,80 ± 0,10
Сидерат 46	16,6	15,4	16,0  ±  0,60*	2,10	1,80	1,95 ± 0,15
Аккорд	17,0	14,5	15,8 ± 1,25*	2,90	2,30	2,60 ± 0,30*
Федоровский	18,1	18,4	18,3 ± 0,15*	2,50	2,60	2,55 ± 0,05*
Меценат	17,7	16,4	17,1 ± 0,65*	2,40	3,00	2,70 ± 0,30*

Примечание. * — р ≥ 0,95.
Источник: выполнено Е.С. Лыбенко, С.А. Емелевым в программе Microsoft Word 2010.

Table 4
Crude protein content and protein yield

Variety	Crude protein content, %			Protein yield, t/ha
	2022	2023	Average	2022	2023	Average
Ukaz (control)	13.7	12.8	13.3 ± 0.45	1.90	1.70	1.80 ± 0.10
Siderat 46	16.6	15.4	16.0 ± 0.60*	2.10	1.80	1.95 ± 0.15
Akkord	17.0	14.5	15.8 ± 1.25*	2.90	2.30	2.60 ± 0.30*
Federovsky	18.1	18.4	18.3 ± 0.15*	2.50	2.60	2.55 ± 0.05*
Metsenat	17.7	16.4	17.1 ± 0.65*	2.40	3.00	2.70 ± 0.30*

Note. * — р ≥ 0.95.
Source: compiled by E.S. Lybenko, S.A. Emelev in Microsoft Word 2010.

Сбор белка с единицы площади зависит от урожайности зеленой массы и содержания в ней сырого протеина. В 2022 г. значительно выделился по этому показателю сорт Аккорд (2,9 т/га), а в 2023 г. — сорт Меценат (3,0 т/га), что превышает показатели контроля на 50 п. п. В среднем за 2022—2023 гг. по сбору белка сорта узколистного люпина превышали контроль на 40 п. п. и более. Исключением стал сорт Сидерат 46, значение показателя которого находилось примерно на уровне контроля (1,95 т/га) и превысило его всего на 8 п. п.

Таблица 5
Содержание сырой золы и ее сбор

Сорт	Содержание сырой золы, %			Сбор сырой золы, т/га
	2022 г.	2023 г.	Среднее	2022 г.	2023 г.	Среднее
Указ (К)	6,3	5,5	5,9 ± 0,40	0,89	0,72	0,80 ± 0,09
Сидерат 46	7,6	7,5	7,6 ± 0,05*	0,92	0,88	0,90 ± 0,02
Аккорд	7,6	8,6	8,1 ± 0,50*	1,30	1,35	1,32 ± 0,03*
Федоровский	7,3	8,0	7,7 ± 0,35*	1,02	1,11	1,07 ± 0,05*
Меценат	7,6	8,9	8,3 ± 0,65*	0,99	1,63	1,31 ± 0,32*

Примечание. * — р ≥ 0,95.
Источник: выполнено Е.С. Лыбенко, С.А. Емелевым в программе Microsoft Word 2010.

Table 5
Raw ash content and yield

Variety	Raw ash content, %			Raw ash yield, t/ha
	2022	2023	Average	2022	2023	Average
Ukaz (control)	6.3	5.5	5.9 ± 0.40	0.89	0.72	0.80 ± 0.09
Siderat 46	7.6	7.5	7.6 ± 0.05*	0.92	0.88	0.90 ± 0.02
Akkord	7.6	8.6	8.1 ± 0.50*	1.30	1.35	1.32 ± 0.03*
Federovsky	7.3	8.0	7.7 ± 0.35*	1.02	1.11	1.07 ± 0.05*
Metsenat	7.6	8.9	8.3 ± 0.65*	0.99	1.63	1.31 ± 0.32*

Note. * — р ≥ 0.95.
Source: compiled by E.S. Lybenko, S.A. Emelev in Microsoft Word 2010.

Содержание сырой золы у контрольного сорта Указ составило в среднем 5,9 %; в 2022 г. — 6,3, в 2023 г. — 5,5 %. У сортов узколистного люпина не наблюдалось тенденции к уменьшению этого показателя по годам. Больше всего сырой золы сформировалось у сорта Меценат (8,3 %) и Аккорд (8,1 %), что на 39 и 37 п. п. соответственно больше контроля. Эти же сорта следует выделить и по сбору сырой золы, получаемой с зеленой массы (1,31 и 1,32 т/га соответственно).

Заключение

В почвенно-­климатических условиях Кировской области урожайность зеленой массы натуральной влажности рассматриваемых сортов люпина узколистного достоверно превосходит показатели контроля на 21…27 т/га в среднем. У большинства сортов вариабельность этого признака незначительная (2,5…5 %). При учете урожайности в абсолютно сухом веществе установлено, что только два сорта (Аккорд и Меценат) отличаются достоверно большим ее уровнем. Более стабильной урожайностью в пересчете на абсолютно сухое вещество обладает сорт Меценат. Существенных отличий между сортами люпина по доле элементов структуры продуктивности не отмечено. У гороха посевного, используемого в качестве контроля, зеленую массу в основном составляют стебли. В структуре продуктивности люпинов, определяемой на момент уборки, основная доля приходится на листья и стебли, в совокупности они занимают 90,8 %. Эти элементы характеризуются незначительной степенью вариации. Доля бобов варьирует в средней степени, на них приходится от 8,8 до 11,2 %. По содержанию сырого протеина сорта узколистного люпина превосходят горох посевной на 18…37 %, а по содержанию сырой золы — на 28…40 %. Лидером по сбору сырого белка и сырой золы с единицы площади является сорт Меценат (2,7 и 1,31 т/га соответственно). Благодаря экологическим и биологическим особенностям узколистного люпина сортов Аккорд, Федоровский и Меценат в агроклиматических условиях северо-­востока Нечерноземной зоны России возможно использовать их для нужд восстановительного земледелия с целью регенерации почвенного плодородия.

 

^{1 Стратегия научно-­технологического развития Российской Федерации: утв. Указом Президента РФ от 28 февр. 2024 г. № 145. Режим доступа: http://publication.pravo.gov.ru/document/0001202402280003?index=2 (дата обращения: 29.02.2024).}

^{2 Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Вып. 2. Зерновые, крупяные, зернобобовые, кукуруза и кормовые культуры. М., 1989. 197 с}

^{3 Доспехов Б.А. Методика полевого опыта: с основами статистической обработки результатов исследований. 5‑е изд., доп. и перераб. М. : Агропромиздат, 1985. 351 с. EDN ZJQBUD}

Об авторах

Елена Сергеевна Лыбенко

Вятский государственный агротехнологический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: elenalybenko@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-8853-1903
SPIN-код: 3688-0476

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры общего земледелия и растениеводства, агрономический факультет

Российская Федерация, 610017, г. Киров, Октябрьский проспект, д. 133

Сергей Александрович Емелев

Вятский государственный агротехнологический университет

Email: emeleffsergej@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4178-051X
SPIN-код: 4903-7819

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры биологии растений, селекции и семеноводства, микробиологии, агрономический факультет

Российская Федерация, 610017, г. Киров, Октябрьский проспект, д. 133

Список литературы

Дополнительные файлы