Взаимоотношения между сельскохозяйственными культурами в различных типах посевов в степной зоне края

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

На основной площади культивируемых земель во всем мире 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 экосистемам. Важным направлением агроландшафтного производства является создание совместных смешанных посевов [1,2,3], 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. Настоящая статья посвящается изучению биотических взаимоотношений в чистых и совместных посевах некоторых полевых культур степной зоны края.

Методика наших исследований. Целью постановки опытов было изучение особенностей биотических взаимоотношений в чистых и совместных посевах сои, сорго и амаранта в условиях степной зоны Кубани. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи, включающие изучение особенностей роста и развития культур в чистых и совместных посевах на основе анализа особенностей развития конкурентных отношений между отдельными видами растений. Изучение особенностей отношений между культурными растениями и микробным комплексом, а также выяснение особенностей взаимоотношений между растениями и почвенной мезофауной в различных типах посевов проводилось на основе оценки урожайности в чистых и совместных посевах конкретных видов с учетом влияния отходов химического производства на загрязнение окружающих ландшафтов [9]. В условиях Кубани дана оценка совместного посева как фитоценоза со сложными межвидовыми отношениями, а также изучена специфика трофических групп микрофлоры и мезофауны при различных способах размещения культур. На основании проведенных опытов установлено преимущество совместных посевов по урожайности надземной массы и формированию ими полноценных в трофическом отношении микробных и зоофаунистических сообществ и т.д. На основании полученных данных разработан метод управления относительной конкурентоспособностью отдельных видов в совместных посевах.

Опытное поле, на котором проводились исследования, расположено на территории учхоза "Кубань", в 10 км от г. Краснодара. Климат умеренно-континентальный, сумма эффективных температур (более 10С°) составляет 3350-3450°С. Количество осадков широко варьирует по годам - от 510 до 858 мм. Наибольший дефицит влаги наблюдается в середине лета (июль-август). Почвы учхоза "Кубань" представлены черноземом выщелоченным малогумусным сверхмощным, содержание гумуса в пахотном слое колеблется в пределах 2,5-2,9 %; объемная масса в слое 0-100 см составляет 1,3-1,5 г/см3 , а количество доступной растениям влаги составляет 40-45 % от ПВ. Погодные условия в годы проведения опытов заметно варьировали по температурному режиму и условиям увлажнения: два года были засушливые (в среднем за год выпало менее 450 мм осадков), один год был умеренно влажным, два года выпадение осадков было крайне неравномерным. При проведении исследований использовали лабораторный и полевой методы, с помощью которых изучали биотические отношения, складывающиеся в чистых и совместных посевах сои, сорго и амаранта при следующих способах размещения культур: 1) чистые посевы культур с нормой высева сои - 250 000 растений /га, сорго - 100 000 растений/га, амаранта - 100 000, ширина междурядий - 45 см; 2) совместные посевы с размещением сорго 50 000 растений/га и амаранта - 50 000, в междурядьях сои - 250 000, ширина междурядий 45 см; 3) совместные посевы с размещением сои - 125 000, в междурядьях сорго - 100 000, ширина междурядий 45 см; 4)совместные посевы сои 125 000 растений/га и сорго - 50 000 растений/га) чередующимися рядами 1+1, и 2+2, ширина междурядий 45 см.

В опытах использовалась соя среднепозднего сорта Ходсон (вегетационный период 125-130 дней), сорго сорта Хазине 1 (среднеспелый, вегетационный период 120-125 дней), амарант багряный - образец Кубанского ГАУ. Общая площадь каждой делянки составляет 63 м2, учетная площадь делянки - 36 м2. Повторность четырехкратная. Делянки были размещены на участке рендомизированным методом, под основную обработку вносили органические удобрения из расчета 20 т/га. Учеты и наблюдения в полевых опытах проводили по методикам ВНИИМКа. В течение вегетационного периода наряду с фенологическими наблюдениями определяли густоту стояния растений, динамику формирования надземных структур, динамику накопления сухого вещества и показатели чистой продуктивности 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, прямой счет клеток на фиксированных окрашенных мазках - методом Виноградского, Шульгиной, Брида. 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 совместных посевах. Формирование совместных посевов - достаточно сложная биологическая и хозяйственная проблема, так как для их создания используются культуры, обычно возделываемые в чистых посевах. В совместных посевах для таких культур создаются несколько иные условия, которые сказываются на их росте и развитии. В годы проведения исследований нами было установлено, что возделывание в совместных посевах влияет на сроки наступления основных фаз вегетации у сравниваемых культур. 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 [2].

Формирование надземных структур растений. При анализе взаимовлияния культур в совместных посевах наибольший интерес представляют биометрические показатели растений, способствующие более полному перехвату солнечной энергии и формированию полноценного урожая отдельными культурами [3,4,5].

1. Высота растений. Совместное выращивание культур влияло на линейные размеры растений. В среднем за годы исследований высота растений сои в чистом посеве составила 81,7±1,7 см на неудобренном фоне и 84,2±2,2 см при применении органических удобрений. В совместных посевах высота растений сои увеличивалась. При расположении сорго в междурядьях сои его высота составляла 86,2±2,2 см при естественном плодородии и 83,1±1,8 см при применении органического вещества. Высота растений сорго и амаранта в совместных посевах снижалась. Линейные размеры растений сорго в чистом посеве составили 135,7±6,2 см, а амаранта -144,1±7,4 см, в то время как при размещении их в междурядьях сои эти показатели составляли 122,5±13,5 см и 79,0±12,3 см соответственно [2].

2. Фотосинтетический аппарат. У сои и сорго интенсивное образование фотосинтетического аппарата происходило до начала периода образования генеративных органов. Затем темпы листообразования снижались. В среднем за 5 лет максимальная площадь листовой поверхности у сои в чистом посеве составляла 34,7 тыс. м2/га при естественном уровне плодородия и 37,4 тыс. м2/га при применении органических удобрений; у сорго 29,1 тыс. м2/га и 33,4 тыс. м2/га соответственно. Для амаранта характерен медленный рост в период от всходов до формирования соцветия. По мере развития генеративных органов темпы роста значительно возрастают, достигая пика при цветении. В этот период площадь листьев у амаранта в чистом посеве составляла 24,0-29,1 тыс. м2/га. За счет усыхания и опадения части листьев в дальнейшем площадь ассимиляционной поверхности культур закономерно снижалась [2].

В совместных посевах динамика роста и развития культур была сходна с таковой в чистых посевах. Наибольшей площадь листовой поверхности была в совместных посевах с размещением сорго в междурядьях сои - 43,4 и 40,8 тыс. м2/га на удобренном и неудобренном фоне соответственно. Площадь листьев отдельных компонентов в совместном посеве была снижена по сравнению с этим показателем в чистых посевах. Наибольшее угнетение в совместных посевах испытывал амарант. При размещении в междурядьях сои площадь листьев амаранта снизилась в 1,7 раза по сравнению с чистым посевом.

Чистая продуктивность фотосинтеза культур была наибольшей в первую половину вегетационного периода до фазы цветения (до 3,79-4,8 г/м2сут., у сои и до 6,8-7,7 /м2сут., у сорго). В фазу цветения чистая продуктивность фотосинтеза уменьшалась, а затем по мере формирования и созревания зерна снова повышалась. В конце вегетации чистая продуктивность фотосинтеза закономерно снижалась. В совместных посевах чистая продуктивность фотосинтеза была ниже, чем в чистых посевах сорго и амаранта. Применение органических удобрений способствовало снижению продуктивности фотосинтеза.

3. Конкурентные отношения между культурами в посевах. По конкурентоспособности изучаемые нами виды неравнозначны. Наибольшей конкурентной способностью в посевах выделяется сорго. 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 использования в практике [6,7]. 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).

Самые высокие показатели конкурентоспособности были характерны для сорго. Во всех вариантах посева соя характеризовалась отрицательным значением показателя конкурентоспособности. Наибольшим показателем агрессивности у сои выделялся при её размещении в междурядьях сорго, а также при размещении амаранта в междурядьях сои. Показатель действительных потерь или прибавок урожая (ДПУ) у всех культур при всех способах посева был отрицательным, что говорит о снижении продуктивности растений в совместных посевах по сравнению с чистыми. Наибольшее снижение продуктивности характерно для загущенных посевов, где одна культура располагалась в междурядьях другой.

4. Взаимоотношения в совместных посевах между растениями и микрофлорой. Известно, что совместные посевы изменяют ряд параметров окружающей среды (содержание органического вещества в почве, ее влажность и плотность), что ведет к изменению видового и количественного состава организмов, приуроченных к определенным местообитаниям. Ряд авторов указывают на существование взаимосвязи между способом посева культур, их агротехникой и составом микробонаселения почвы. Выявление этой взаимосвязи важно с точки зрения повышения видового разнообразия в агроценозах и стабилизации системных процессов в почвах. В связи с этим мы поставили задачу выяснить влияние совмещения культур в посевах на симбиотический аппарат сои [10].

На количественные характеристики 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 [10].

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. Количественный и качественный состав эколого-трофических групп микроорганизмов в ризосфере чистых и совместных посевов сои и сорго заметно варьировали [10].

Количественный 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.

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. Эти данные могут свидетельствовать о достаточно высоком содержании легко утилизируемых органических веществ в почве. 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 [4].

Таким образом, совместные посевы способствуют активизации более ранних стадий микробных сукцессии, что, очевидно, связано с притоком органических веществ за счет увеличения массы корней и корневых выделений, а также за счет разнообразия последних. При сравнении двух вариантов *совместных посевов между собой можно предположить, что поддержание микробных сообществ на более ранних стадиях сукцессии, развитие бесспоровых псевдомонад и почвенных дрожжей (Lipomyces) обеспечивает вариант посева с размещением сорго в междурядьях сои.

5. Взаимоотношения между культурами и почвенной меэофауной. Некоторыми исследованиями установлено, что на численность и активную биомассу почвенных микробных сообществ прямо и косвенно влияют почвенные беспозвоночные, что проявляется через изменение представителями мезофауны некоторых агрофизических и агрохимических характеристик почв. 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.

Все выделенные виды и роды являются типичными представителями почвенной мезофауны выщелоченных черноземов. 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) [2].

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. Иными словами, совместные посевы способствуют повышению видового разнообразия и количественных характеристик фаунистических сообществ почвы.

6. Урожай сухого вещества и зерна в чистых и совместных посевах. Совместные посевы в большинстве случаев несут значительную функциональную нагрузку с точки зрения формирования урожая сухой массы и зерна (табл. 1, 2). 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 [2].

Таблица 1. Урожайность сухого вещества в чистых и совместных посевах, т/га (среднее за 6 лет)

В годы проведения исследований на величину урожая зерна в значительной степени влияли погодные условия отдельных лет, 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. Следует отметить, что в удобренных вариантах увеличивалось соотношение между накоплением сухого вещества и зерновой продуктивности.

Таблица 2. Урожайность зерна в чистых и совместных посевах, т/га

(среднее за 6 лет)

На основании полученных данных нами сделаны следующие выводы. 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. Конкурентоспособность сорго в совместных посевах может быть снижена в пользу сои путем уменьшения площади питания сорго [2].

Способ посева культур влияет на видовой состав микробных сообществ. В большей степени влияние проявлялось при размещении сорго в междурядьях сои. 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. Остальные группы организмов в почвенном зооценозе представлены численно небольшими популяциями [8].

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 11,080,7 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 [2].

Литература

Белюченко И.С., Перебора Е.А., Гукалов В.Н. Физико-географическая характеристика Ленинградского района // Экологические проблемы Кубани. - 2002. - № 16. - С. 7-38. посевы степной биотический соя

Белюченко И.С. Применение органических и минеральных отходов для подготовки сложных компостов с целью повышения плодородия почв // Тр. / КубГАУ. - Краснодар, 2012. - № 39. - С. 63-68.

Белюченко И.С. Экология Краснодарского края (Региональная экология): учебное пособие. - Краснодар: КубГАУ, 2010. - 354 с.

Белюченко И.С., Мустафаев Б.А. Интродукция растений как метод расширения видового состава культурных фитоценозов в южных районах СНГ // Экол. Вестник Сев. Кавказа. - 2013. - Т. 9. - № 4. - С. 73-89.

Белюченко И.С., Мельник О.А. Сельскохозяйственная экология: учебное пособие. - Краснодар: КубГАУ, 2010. - 297 с.

Белюченко И.С., Славгородская Д.А. Изменение плотности и аэрации пахотного слоя чернозема обыкновенного под влиянием сложного компоста // Доклады РАСХН. - 2013. - № 2 - С. 40-43.

Белюченко И.С., Славгородская Д.А. Изменение агрегатного состава чернозема обыкновенного при внесении органоминерального компоста // Доклады РАСХН. - 2013. - № 4. - С. 23-25.

Муравьев Е.И., Белюченко И.С., Гукалов В.В., Мельник. О.А. Влияние фосфогипса на развитие растений сахарной свеклы в степной зоне Краснодарского края // Экол. Вестник Сев. Кавказа. - 2008. - Т. 4. - № 4. - С. 112-114. посев степной биотический соя

Муравьев Е.И. Белюченко И.С. Влияние отходов химического производства на загрязнение окружающих ландшафтов // Экол. Вестник Сев. Кавказа. - 2007. - Т. 3. - № 4. - С. 77-86.

Kurakov AV., Than H.T.H., Belyuchenko I.S. Microscopic fungi of soil, rhizosphere, and rhizoplane of cotton and tropical cereals introduced in southenTajikistan / Микробиология, 1994. - Т. 63. - № 6. - С. 1101.

Размещено на Allbest.ru