Установлено влияние сидератов на окислительно-восстановительный потенциал, суммарное содержание свободных фенольных веществ и аминокислот в почве

Аллелопатия (от греч. allelon – взаимно и pathos – страдание) – взаимное влияние растений друг на друга путем выделения в окружающую среду физиологически активных веществ. Первоначально аллелопатию считали исключительно отрицательным взаимодействием, о чем свидетельствует и выбор термина, предложенного австрийским физиологом растений X. Молишем в 1937 году. Позднее было установлено, что имеет место и положительное взаимодействие растений. Один из основоположников аллелопатии академик А. М. Гродзинский отмечал, что данное направление станет новым резервом повышения продуктивности культурных и естественных ценозов; позволит создать устойчивые и долговечные насаждения, станет основой для разработки смешанных и уплотненных посевов, повысит эффективность мероприятий по борьбе с сорной растительностью и с почво­утомлением.

Аллелопатия осуществляется посредством прижизненного обмена корневыми выделениями в почве и листовыми (летучие эфирные масла) – в окружающем воздухе; путем накопления в почве продуктов анаэробного метаболизма, токсинов, образующихся при перегнивании остатков корней и опавших листьев, метаболитов грибов и бактерий. Известно, что в аллелопатических явлениях важная роль отводится почве, оказывающей существенное влияние на биологическую активность колинов. Аккумуляция в почве растительных выделений может быть одной из причин почвоутомления при монокультуре.

 

Аллелопатия семян

С момента прорастания семян начинается выделение веществ в среду, поэтому они сразу же вступают в сложное взаимодействие как с почвой, так и с другими компонентами органического мира.

Установлено (Наумов и др., 1988; Гопций, 1988; Воронков, 1988), что биологически активные вещества прорастающих семян играют большую роль как в обеспечении самого процесса прорастания семян, так и в дальнейшем росте, развитии и продуктивности растений. Положительная роль выделений семян наблюдалась в опытах, в которых наряду с обычными семенами размещались семена-доноры, предварительно обогащенные экстрактом. Семена, расположенные ближе к семенам-донорам, прорастали более активно, чем отдаленные. Опреде­лено, что экзометаболиты семян различных посевных качеств характеризуются разным биохимическим составом и разной аллелопатической активностью. Наиболее высокой аллелопатической активностью и положительным влиянием на все показатели роста и развития растений обладали семена высоких посевных кондиций. В то же время обработка семян экстрактом, полученным из некондиционных семян, приводила к снижению посевных качеств семян всех категорий, в том числе и к снижению полевой всхожести на 2-3%.

По совместному прорастанию семян культуры-акцептора – кукурузы и семян культур-доноров установлено, что худшим донором для кукурузы являются просо, горох, овсюг. Выделения прорастающих семян этих культур оказывают угнетающее действие на прорастание семян кукурузы. Лучшие доноры пшеницы – это мягкая и твердая рожь, соя, подсолнечник, овес, ячмень. Прибавка урожая кукурузы при обработке экстрактами семян пшеницы и ржи составила 0,3-0,6 т/га.

П. Д. Татаренко разработал прием предпосевного обогащения семян физиологически активным экстрактом, полученным из прорастающих семян-доноров озимой пшеницы. Действие экстракта испытывали на семенах мальвы и других твердосемянных видах растений. Обогащение экстрактом повысило всхожесть мальвы на 10-30%, а щавната – на 7-15%.

Семена сорняков могут отрицательно влиять на семена культурных видов. При совместном прорастании в чашках Петри на фильтровальной бумаге семена щирицы обыкновенной угнетали прорастание семян пшеницы, проса и рост зародышевых корешков этих культур (Остапенко, 1970).

На основании обширных экспериментальных данных о взаимном влиянии семян культурных растений и теоретических рассуждений В. И. Шанда определил 13 динамических и статистических форм влияния одного вида семян на другой. Для качественной и количественной характеристик динамики взаимного влияния установлено соответственно 91 и 169 сочетаний форм одностороннего влияния в двучленных смесях семян. Взаимная стимуляция прорастания семян рапса и гречихи сохраняется, а капусты белокочанной и гречихи – сменяется угнетением капусты гречихой; капуста же благоприятно влияет на прорастание семян гречихи. Данные о взаимоположительном влиянии семян при прорастании важны для разработки практических методов использования в смешанных посевах, при посеве компонентов смеси в одно гнездо или в рядок (кукуруза + соя). Семена, в смесях которых наблюдается угнетение благоприятно влияющего вида или взаимоотрицательное влияние, скорее всего, целесообразно высевать раздельно.

Следующим этапом в формировании аллелопатического комплекса растений являются корневые выделения. Установлено, что корни зерновых, крупяных, масличных, технических, овощных и кормовых культур выделяют в среду разнообразные органические вещества. Количество и химическая природа выделений зависят от вида и возраста растений, фазы развития, условий произрастания. На выделительную деятельность корней влияют: температура, влажность почвы, уровень обеспечения растений элементами минерального питания, рН среды, освещенность, изменение фотосинтетической поверхности листьев.

Б. Радемахер считает, что вещества, освобождающиеся в измененном виде из отмерших растений и их частей, играют бóльшую роль, чем выделяемые живыми растениями. Наибольшей токсичностью обладают листья и их выделения, наименьшей – корни и корневые экстракты, стебли занимают промежуточное положение.

Достаточно глубокие исследования взаимодействия растений в одновидовых и разновидовых смешанных и уплотненных посевах проводились П. В. Юриным. Автором установлено, что в смешанных посевах гороха и кукурузы, помимо положительных результатов – повышения содержания белковых веществ в смеси, наблюдается снижение урожая кукурузы под влиянием гороха. Одна из главных причин – отрицательное физиолого-биохимическое взаимовлияние этих культур. Установлено достоверное снижение урожая сырой биомассы кукурузы под влиянием промывных вод с корневыми выделениями гороха, а также отмечено существенное снижение содержания калия, фосфора, азота в надземных органах кукурузы.

Установлено изменение темпов развития растений одних видов под влиянием других, независимо от свойственной растению реакции на загущение. При совмещении компонентов одного вида, различающихся по срокам созревания в условиях интенсивного обмена экзометаболитами, наблюдается ускорение развития позднего компонента под влиянием раннего. А в случаях контрастных физиологических различий между компонентами – задержка роста и развития одного из них. В загущенных посевах отмечена смена ускорения роста в высоту (явление «подгона») задержкой роста, своеобразной у разных видов.

 

Влияние сидератов

Таблица 1. Влияние альтернативных кормово-сидеральных культур на окислительно-восстановительный потенциал почвы

 

А теперь о том, какое влияние оказывает это явление при выращивании уже известных и новых сидеральных культур.

Под влиянием сидеральных культур окислительные процессы в почве происходят интенсивнее, что указывает на повышенный уровень подвижных веществ, которые освобождаются при разложении растительной массы (табл. 1).

Показатели окислительно-восстановительного потенциала почвы в фазе кущения и колошения ярового ячменя при сидерации существенно превышали контрольный вариант, тогда как перед уборкой урожая, на­оборот, отмечено высшую интенсивность окислительных процессов по сравнению с другими.

Как показало изучение окислительно-восстановительного потенциала почвы, заделка сидератов весной способствует их активному разложению. Поэтому показатели ОВП несколько выше, чем в случае осенней заделки, кроме варианта с навозом – 20 т/га. Таким образом, при осеннем внесении навоза окислительно-восстановительные процессы в почве протекают равномерно, а при весеннем – резко повышаются до конца вегетации ячменя ярового.

Таблица 2. Влияние сидеральных культур на содержание свободных фенольных веществ в почве

 

В результате установлено, что при разложении сидератов освобождаются отдельные органические вещества, находящиеся в почве в свободном состоянии (табл. 2).

После озимых сидератов в фазе выхода в трубку ячменя ярового количество свободных фенольных веществ значительно снижается при внесении сидератов по сравнению с фазой кущения и находится на уровне варианта с органикой.

В яровом блоке мальва мелюка к фазе кущения ячменя несколько уступала по суммарному содержанию свободных фенольных веществ в почве другим сидератам. В последующие периоды, наоборот, значительно превосходила их и была на уровне или выше варианта с навозом (20 т/га).

При разложении биомассы сидератов образуются и фенольные кислоты, источником которых являются лигнин и дубильные вещества, содержащиеся в растениях в больших количествах. Они осуществляют аллелопатичное влияние на растения, а также являются предшественниками образования гумусовых веществ в почве.

Таблица 3. Влияние альтернативных кормово-сидеральрных культур на содержание фенолкарбоновых кислот в почве

Как показали результаты проведенных исследований, содержание фенольных кислот зависит от видовых особенностей сидерата, сроков внесения и образца (табл. 3).

В целом яровые сидеральные культуры эффективнее влияют на суммарное содержание фенолкарбоновых кислот в почве, чем озимые. Общей закономерностью является и то, что содержание этих веществ с начала вегетации основной культуры до окончания значительно снижается во всех вариантах.

В яровом блоке количество фенолкарбоновых кислот возрастает за счет n-кумаровых кислот, образовавшихся при разложении сидератов. По результатам проведенных исследований, негумифицированная органическая масса сидератов в целом сильнее способствует пополнению органическими веществами, чем навоз, поскольку содержит легкогидролизующиеся вещества, они намного интенсивнее разлагаются в почве и включаются в процессы образования гумуса.

Таблица 4. Влияние альтернативных кормово-сидеральных культур на содержание свободных аминокислот в почве  Таблица 5. Влияние альтернативных кормово-сидеральных культур на качественный состав свободных аминокислот в почве во второй декаде мая

 

Важнейшим показателем биологической активности почвы является содержание свободных аминокислот (табл. 4). Сидеральные культуры влияют на количество аминокислот в почве и их состав. Полученные данные свидетельствуют о высоком уровне последних в почве. В фазе кущения ячменя содержание аминокислот в почве во всех вариантах превышало контрольный вариант на 15-70%, а в конце вегетации – на 55-150%. Мальва мелюка и редька масличная по содержанию свободных аминокислот в почве превосходили все другие варианты. В целом яровые сидеральные культуры влияют на количество свободных аминокислот в почве эффективнее, чем озимые.

В результате изучения качественного состава свободных аминокислот в почве установлено, что мальва мелюка и редька масличная и по этому показателю превышают все другие варианты (табл. 5). По таким аминокислотам, как цистин, гистидин, валин, мальва мелюка превосходила редьку масличную.

Таким образом, как показали биохимические исследования почвы, биомасса сидератов быстро гидролизуется и повышает подвижность органических веществ. Последние усиливают биологическую активность почвы, способствуют нормальному росту и развитию растений. Действие их на последующие культуры определяется скоростью разложения биомассы и темпами пополнения почвы органическими веществами. По результатам проведенных исследований, биомасса яровых сидеральных культур разлагается значительно быстрее, тем самым положительно влияя на урожайность основной культуры севооборота.

Общая биомасса сидеральных культур за счет постоянного пополнения почвы подвижными органическими веществами активизирует окислительно-восстановительные процессы в течение всего вегетационного периода. По влиянию на количественное и качественное содержание свободных фенолкарбоновых кислот и аминокислот в почве новые сидеральные культуры не уступают внесению 20 т/га навоза, а наоборот, значительно превышают его. Благодаря этому они существенно повышают биологическую активность почвы и усиливают образование гумусовых веществ.  

 

Экологические и экономические плюсы

Очевидно, что внедрение технологии выращивания альтернативных сидеральных культур на зеленое удобрение характеризуется высоким технико-экономическим эффектом и решает ряд важных социальных вопросов развития агросферы Украины.

Прежде всего, незасеянная поверхность почвы покрывается высокопластичными культурами, способными расти в период, когда традиционные культуры не эффективны – особенно в позднеосенний и ранневесенний периоды, за счет чего продлевается срок использования солнечной энергии. Увеличение периода прохождения процесса фотосинтеза в поукосных и по­жнивных промежуточных посевах является одним из способов повышения КПД, что обеспечивает достижение высокого биоэкологического уровня.

В названные периоды наиболее актуальны проявления эрозии почвы (водной, ветровой, антропогенной): поле, свободное от основной культуры, подвергается воздействию негативных внешних факторов. Поскольку с октября формируется прикорневая розетка из трех-четырех пар листьев сидерата, то в течение семи месяцев на посевах, выращиваемых для получения семян, поверхность почвы покрыта глубоко укоренившимися растениями. Это надежная защита от любых видов эрозии почвы. Кроме того, за счет формирования зеленого травостоя улучшается эстетический вид ландшафтов.

Таблица 6. Стоимость макроэлементов, которые содержатся в общей биомассе яровых и озимых альтернативных кормово-сидеральных инродуцентов и навоза в пересчете на туки минеральных удобрений

Традиционно с целью сидерации в сельском хозяйстве используются различные виды бобовых. В последние десятилетия эти культуры не всегда оправдывают себя в производстве. Причины этого – тяжелое и дорогое семеноводство, слабая устойчивость к болезням (растения поражаются пятнистостью листьев, иногда до 96%) и вредителям, недостаточная пластичность и толерантность, ограниченные сроки сева (выращивание в поздних пожнивных и по­укосных посевах неэффективное). Среди бобовых сидеральных культур также отсутствуют виды, имеющие перспективы выращивания в озимых промежуточных посевах, которые отличаются интенсивным ранневесенним отрастанием и освобождают поле до начала сева основной культуры севооборота хотя бы до первой декады мая.

Альтернативные сидераты, предусмотренные предложенной технологией, по сравнению с традиционными являются высокопластичными культурами ультракороткого периода вегетации, способными расти в критических экологических условиях. Они имеют высокий продуктивный потенциал (см. «Зерно», № 8, 9, 10 – Ред.) и возможности эффективного использования солнечной энергии. К их достоинствам также относятся высокая технологичность выращивания и использования, экономическая эффективность, значительно меньшая энергоемкость, малозатратность, большой коэффициент размножения (высокая урожайность семян и низкие нормы высева на единицу площади). Все это позволяет значительно быстрее и эффективнее решать вопросы размножения и использования на зеленое удобрение альтернативных сидеральных культур (сурепица озимая, тифон, редька масличная, мальва, горчица).

Сидераты – экономически наиболее выгодные удобрения. Прибыль от 1 т сидерата в 3 раза выше, чем от бесподстилочного навоза.

В таблице 6 приведена сравнительная оценка макроэлементов, содержащихся в общей биомассе яровых и озимых культур с 1 га в пересчете на минеральные удобрения. Как по количеству, так и по стоимости макроэлементов в надземной биомассе мальва мелюка значительно превышает другие яровые и озимые сидераты.

 

 

Джамал Рахметов,

заведующий отделом новых культур, доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Национальный ботанический сад им. Н. Н. Гришко НАН Украины