АГРОХИМИЯ, 2015, № 9, с. 80-94
ОБЗОРЫ
УДК 631.559:633.15:631.46:631.582
УРОЖАЙНОСТЬ КУКУРУЗЫ (Zea mays L.) И МИКРОБОЦЕНОЗ ЕЕ РИЗОСФЕРЫ В БЕССМЕННОМ ПОСЕВЕ И СЕВООБОРОТЕ
© 2015 г. Н.В. Верховцева, А.А. Романычева
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения 119991 ГСП-1, Ленинские горы, 1, стр. 12, Москва, Россия E-mail: verh48@list.ru
Поступила в редакцию 30.03.2015 г.
В обзоре обобщены результаты исследований по изучению возделывания Zea mays L. и формирование микробоценоза ризосферы растений в условиях длительных бессменных посевов и севооборотов. Проанализировано 3 аспекта устойчивости агроценозов бессменных посевов кукурузы: урожайность, агрохимические свойства почвы (поддержание стабильности органического вещества) и биоразнообразие микробного ценоза (севооборотный эффект, влияние типа почв, минеральных удобрений и фаз развития культуры на микроорганизмы в ризосфере Zea mays L.).
Ключевые слова: урожайность, кукуруза (Zea mays L.), бессменный посев, севооборот, микробоценоз, ризосфера.
ВВЕДЕНИЕ
Кукуруза в настоящее время - самая популярная и окупаемая культура в мире. Ее исключительность состоит в высокой потенциальной урожайности и многосторонности использования. Мировое производство кукурузы в 2013/2014 гг. составило 973.9 млн т. [1]. Для удовлетворения все возрастающего спроса без увеличения посевных площадей под кукурузой в сельскохозяйственную практику широко вошло бессменное возделывание этой культуры [2].
По своим биологическим особенностям кукуруза относится к культурам, устойчивым к возделыванию в бессменном посеве [3, 4]. Аргументированность данного заключения, по мнению ряда авторов, определяется уникальным комплексом свойств, выделяющих кукурузу среди других растений семейства мятликовые (Роасеа): С4-тип фотосинтеза и его высокая интенсивность при повышенной засухоустойчивости [5], значительная величина ассимиляционного аппарата и высокая плотность проводящей сети в нем, большое количество хлорофилла и высокие скорости фотохимических реакций, активное дыхание и интенсивный обмен веществ, хорошее развитие корневой системы [3]. Для кукурузы характерна своеобразная раздельнополость: женское и мужское соцветия формируются на побегах с различной динамикой развития. В связи с этим кукурузе
свойственна значительная генетически обусловленная изменчивость, которая является ресурсом для адаптации культуры в широком диапазоне условий выращивания [3, 4, 6]. Биологические требования этой сельскохозяйственной культуры могут значительно варьировать, что обусловлено изменением комплекса коррелирующих физио-лого-биохимических, морфологических и других признаков [7]. Кукуруза также способствует накоплению большого количества растительных остатков (5-12 т/га) с продолжительным периодом разложения, что способствует поддержанию содержания гумуса и препятствует эрозии почв [8]. Эта культура характеризуется высокоэффективным спонтанным микоризообразованием [9, 10], улучшающим поступление фосфора из почвы и фосфорных удобрений, а также таких микроэлементов как цинк и медь [11]. В свою очередь, это способствует наращиванию биомассы растения (надземной части и корней) и, соответственно, большему поступлению из почвы питательных элементов. Устойчивость кукурузы в бессменном посеве связывается, в том числе, и со специфическим микробным сообществом, участвующим в трансформации трудноразлагаемых растительных остатков. Предполагают, что соотношение доминирующих в микробоценозе агрономически важных групп микроорганизмов предопределяет направление почвенных процессов и, в конечном счете, продуктивность растений, а также баланс
питательных элементов и устойчивость органического вещества в почве.
Несмотря на возражения со стороны фундаментальной науки, многие фермеры считают, что бессменный посев кукурузы экономически целесообразен, т.к. не требует значительных трудозатрат. Экономисты приводят статистически сопоставимые урожайные данные для этой культуры на удобренном фоне, как в бессменном посеве, так и севообороте [12]. Чаще всего бессменную кукурузу возделывают с целью технической переработки на биотопливо для развивающейся спиртовой промышленности (особенно в США) при использовании внесевооборотных и труднодоступных участков, вблизи животноводческих ферм ввиду рентабельности перевозки большого количества зеленой массы на малые расстояния [4]. В США примерно 15% посевных площадей занимает кукуруза, выращиваемая более 5 лет подряд в бессменном посеве [12].
В России, Украине и Белоруссии ориентация сельскохозяйственных предприятий на культивирование одной-двух (максимум, трех) культур -выраженная тенденция двух последних десятилетий. Описано бессменное выращивание кукурузы при условии ежегодного внесения средней дозы полного минерального удобрения на фоне применения органических удобрений на протяжении 6-15 лет на черноземах, на менее плодородных почвах - в течение 3-5 лет [4, 5, 13].
ИССЛЕДОВАНИЕ БЕССМЕННЫХ ПОСЕВОВ КУКУРУЗЫ В ДЛИТЕЛЬНЫХ ПОЛЕВЫХ ОПЫТАХ
Изучением длительных бессменных посевов кукурузы и севооборотов с ней занимались многие ученые как в России, так и за рубежом. Основой таких исследований служат длительные полевые опыты.
В Российской Федерации наиболее длительный опыт с бессменной кукурузой и кукурузой в 9-польном севообороте проводили в Мироновском институте пшеницы им. В.М. Ремесла с 1929 г. (недавно закрыт). В настоящее время существуют 2 длительных полевых опыта Воронежского филиала ВНИИ кукурузы с бессменными посевами кукурузы с 1960 г. и 10-польным севооборотом с 1967 г. [14]. Длительный продолжающийся опыт с бессменной кукурузой также проводит Полтавский институт агропромышленного производства им. Н.И. Вавилова на Украине (с 1964 г.) [15].
В Германии бессменный посев кукурузы на фоне NPK и без удобрений с 1961 г. возделывают на опытной станции Галле [16]. Во Франции с 1970 г. на протяжении 23-х лет бессменный посев кукурузы выращивали на опытной станции в Бон-невиле [17], с 1967 г. - в Серлу и Доази [18]. На опытной станции Асков, в Дании, с 1988 г. продолжают опыт по возделыванию кукурузы в бессменном посеве без удобрений и на фоне NPK, с 1987 г. существуют длительные опыты с бессменной кукурузой в Роскилле, Ронхаве и Лундгар-де [19]. В Швеции с 1956 г. существует длительный полевой опыт по ведению бессменной кукурузы в Упсале [20].
В Канаде продолжает свою работу экспериментальное хозяйство им. Е.Ф. Уилана в Вудсли, провинция Онтарио, где с 1959 г. выращивают кукурузу в бессменном посеве и в 4-польном севообороте с последовательностью кукуруза-овес-люцерна-люцерна [21].
В США с 1876 г. существует самый длительный в мире продолжающийся опыт с кукурузой в бессменном посеве и 2-3-польных севооборотах в Иллинойском университете в г. Урбана-Шампейн, опытные поля Морроу [22, 23]. С 1888 г. бессменную кукурузу возделывают в штате Миссури на опытных полях Санборн [24]. Кроме того, в США с 1960 г. бессменный посев кукурузы ведется на опытной станции в Ламбертоне, штат Миннесота; с 1958 г. - в Арлингтоне, штат Висконсин [25]; с 1939 г. - в северных Аппалачах, штат Огайо [26]; с 1957 г. - в штате Айова [27]; с 1980 г. - в штате Небраска [28]; с 1962-1964 гг. существуют опыты с бессменной кукурузой в Вустере, Хойтвилле и Саут Чарлстоне, штат Огайо [25]. С 1957 по 1982 г. бессменный посев кукурузы и севооборот (хлопок-кукуруза-кукуруза) изучали на Техасской сельскохозяйственной экспериментальной станции, США [29].
В Сербии в Институте исследования кукурузы в Земун-Полье в Белграде с 1972 г. изучают возможность длительного возделывания кукурузы на зерно в бессменном посеве и на разных фонах минеральных удобрений [30], с 1946 г. существуют опыты с бессменной кукурузой в Нови-Саде [31]. В Венгрии, в Мартонвашаре, в длительном полевом опыте, заложенном в 1958 г., сотрудники Академии наук Венгрии проводят многолетние опыты по сравнительному изучению урожайности зерна кукурузы в бессменном посеве и севооборотах [32-34].
В Китае с 1979 г. существует длительный полевой опыт по возделыванию кукурузы в бессменном посеве на опытной станции в Гунчжулин,
провинция Цзилинь [35]. Бессменный посев кукурузы изучают в Кении [36], с 1973 г. - в Тай-ланде на базе Национального научно-исследовательского центра кукурузы и сорго в провинции Накхонратчасима [37].
Основываясь на результатах этих опытов, рассмотрим отдельные аспекты направлений исследований в области возделывания бессменной кукурузы: урожайность, агрохимические свойства и микробоценоз почв в ризосфере Zea mays L. в условиях бессменного посева и в севообороте.
Урожайность Zea mays L. в бессменном посеве и севообороте. Важнейшим агротехническим приемом сельскохозяйственного землепользования является севооборот - «чередование культур во времени при соответствующем чередовании в пространстве» [38]. Оптимальное соотношение и чередование культур в севообороте способствует устойчивому функционированию агроэкосисте-мы, формированию высокой урожайности в ней и обеспечению воспроизводства плодородия почвы [39]. Традиционно считается, что бессменные посевы значительно уступают по продуктивности севооборотам. Однако существуют различные точки зрения исследователей на урожайность бессменной кукурузы.
В опыте с бессменной кукурузой в Полтавском институте АПП им. Н.И. Вавилова (Украина) показали, что продуктивность бессменной кукурузы с годами не снижалась, а даже наоборот, была отмечена тенденция к ее росту [13]. Сравнение выращивания культуры в севообороте и бессменно на аналогичных фонах удобрения (навоз 30 т/га + N60P40K60) показало, что средняя продуктивность бессменной кукурузы за 19641983 гг. была лишь на 0.5 ц/га, за 1984-2008 гг. -на 5.3 ц/га меньше и составила 51.9 ц/га. В среднем за 45 лет (1964-2008 гг.) выращивания кукурузы на постоянном участке урожайность ее составила 45.9 ц/га, что на 3.3 ц/га меньше, чем в севообороте, и находится в пределах ошибки опыта. Рассмотрена возможность бессменного возделывания кукурузы на зерно на черноземах типичных при ежегодном внесении удобрений: навоз 30 т/га + N60P40-80K60-8
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.