Научное обоснование реализации биологического потенциала люцерны в центральной части Северного Кавказа

Удельная активность симбиоза и количество фиксированного азота воздуха в зависимости от обеспеченности элементами минерального питания. Удельная активность симбиоза (УАС) характеризуется количеством симбиотически фиксированного азота воздуха одним килограммом активных клубеньков в сутки.

Во все годы исследований во II агроклиматическом районе величина удельной активности симбиоза изменялась незначительно. Так, в год посева, в 2000 и 2001 годах УАС составила 12,0…13,3 г/кг активных клубеньков в сутки. В 2001 и 2002 годах УАС незначительно снизилась - 11,9…12,0 г/кг·сутки. А на посевах третьего года жизни достигла своего максимума - 14,1 г/кг·сутки.

III агроклиматический район в РСО-Алания занимает промежуточное положение между II и IV районами, как по теплообеспеченности, так и по условиям влажности вегетационного периода. В связи с этим мы ожидали получение здесь сравнительно средних величин удельной активности симбиоза. Однако полученные в ходе исследований данные не подтвердили ожидаемые результаты. Диапазон варьирования УАС по годам был не большой и составил 3,6…5,5 г/кг·сутки, при этом минимальные значения УАС приходятся на неблагоприятный по влагообеспеченности год, а максимальные - на 2003 и 2005 годы, когда растения были обеспечены влагой. Весьма неустойчивое и недостаточное увлажнение в этом районе способствовало получению низких показателей УАС в сравнении с другими агроклиматическими районами.

Конечным результатом симбиотической деятельности бобовых культур является фиксация молекулярного азота атмосферы.

Результаты наших исследований свидетельствуют о максимальном уровне азотфиксации посевов люцерны во II агроклиматическом районе. В год посева объемы азотфиксации составили здесь 231…329 кг/га, во второй год жизни - 407…613 кг/га и на третий год - 403…528 кг/га.

Промежуточное положение III агроклиматического района было подтверждено и по количеству фиксированного азота воздуха за исключением 2004 года, отличившегося крайне неравномерным распределением и недостаточным количеством осадков.

В 2004 году в посевах первого года жизни было усвоено самое низкое количество азота воздуха 16…40 кг/га, что примерно в 2 раза уступает соответствующим показателям IV агроклиматического района и в 7…10 раз меньше II района.

В IV агроклиматическом районе наименьшая симбиотическая азотфиксация отмечена посевами первого года жизни в 1996 г. и составила 27...68 кг/га.

В 1997 году посевами люцерны первого года жизни усвоено азота воздуха за вегетацию в 1,5...2 раза больше, чем в 1996 году. В этом же году количество фиксированного азота воздуха составило 168...217 кг/га, а посевы третьего года жизни в 1998 г. - 63…74 кг/га азота.

Сравнительная оценка количества фиксированного азота воздуха симбиотическим аппаратом люцерны в различных экологических условиях Центральной части Северного Кавказа показывает, что наиболее полно реализуется симбиотический азотфиксирующий потенциал этой культуры во II агроклиматическом районе при оптимизации фосфорного питания, предпосевной инокуляции семян ризоторфином в смеси с природной агрорудой - ирлитом-1 при орошении. Клубеньковые бактерии люцерны усваивают из атмосферы в этих условиях до 600 кг молекулярного азота на одном гектаре.

Фотосинтетическая деятельность люцерны в зависимости от активности симбиоза

Рост и развитие люцерны. Люцерна отличается более интенсивным формированием симбиотического и фотосинтетического аппарата во второй год жизни. В первый год жизни люцерна растет значительно медленнее. Всходы её появляются на 7...10 день после посева. При появлении первых настоящих листьев начинают образовываться первые клубеньки, при недостатке влаги этот процесс задерживается.

В первый год жизни во II агроклиматическом районе более благоприятные тепло- и влагообеспеченность позволили получить два полноценных укоса, тогда как в III и IV агрорайонах - по одному полноценному укосу и отаве.

Максимальной высотой отличались растения люцерны при улучшении режима минерального питания и активизации симбиотической азотфиксации. При этом во всех вариантах наибольшую высоту имели растения первого укоса второго года жизни.

Густота всходов во всех агроклиматических районах также зависела от используемых агроприемов. В первый год жизни растений все используемые агроприемы достоверно повышали густоту стояния люцерны, на второй и третий год опытов существенные различия отмечены только на вариантах с предпосевной инокуляцией семян. В конце пользования посевами люцерны густота растений в опытах составила 720…1260 тыс./га, при этом все варианты опыта имели достоверную разницу.

На второй и третий годы жизни люцерны наступление фенологических фаз практически не зависело от агроприемов. В то же время, благоприятные климатические условия (температурный режим и влагообеспеченность) во II агроклиматическом районе позволили получить четыре полноценных урожая, тогда как в III и IV районах климатические условия способствовали формированию только трех укосов люцерны.

Динамика площади листьев. В соответствии с уровнем активности симбиоза шёл процесс фотосинтетической деятельности посевов.

Результаты наших исследований свидетельствуют, что вносимые минеральные макро- и микроудобрения, а также бактериальный препарат - ризоторфин, оказали существенное влияние на основные фотосинтетические показатели посевов люцерны, в том числе и на площадь листьев.

В динамике площадь листьев уменьшается с каждым укосом в течение вегетационного периода. Минимальная площадь листовой поверхности отмечается в первый год жизни растений, максимальная - в первом укосе второго года жизни растений.

Во II агроклиматическом районе посевы люцерны формировали значительно большую ассимиляционную поверхность в сравнении с III и IV районами. В год посева было сформировано 24,4…27,9 тыс.мІ/га листьев, что примерно на 37% выше III района и на 55 % больше IV агроклиматического района. В отличие от других районов исследований здесь был сформирован второй укос со средней площадью листьев 24 тыс.мІ/га.

Во второй и третий годы жизни уменьшается площадь листьев от первого укоса к последнему на всех вариантах. Максимальная площадь ассимиляционной поверхности формируется к первому укосу во все годы жизни растений и постепенно уменьшается с каждым укосом. Диапазон площади листьев по вариантам составил 28,6…51,2 тыс.мІ/га.

В III агроклиматическом районе в целом закономерность динамики площади листьев по укосам сохранилась.

На рисунке 6 приведены по агроклиматическим районам средние значения фотосинтетического потенциала посевов люцерны за все годы пользования посевами. Незначительные различия отмечены между III и IV районами в пользу последнего в среднем на 6…12 %. ФП посевов люцерны во II агроклиматическом районе примерно в два раза выше, чем в других районах. При этом максимальный фотосинтетический потенциал составил в среднем за годы опытов 3 292 000 мІ/га.

Динамика накопления сухого вещества посевами люцерны. Накопление сухого вещества отдельными органами и целым растением люцерны в решающей степени зависит от обеспеченности растений биологически фиксированным азотом и коррелирует с другими показателями фотосинтетической деятельности посевов, в частности, с величиной площади листьев и высотой растений.

Во II агроклиматическом районе общая закономерность в накоплении сухого вещества была аналогична III и IV агрорайонам, однако объемы его значительно выше. В контрольном варианте в посевах первого года жизни растений было накоплено 10,05…10,43 т/га сухого вещества. При улучшении фосфорного и борного питания оно увеличилось на 0,72…0,95 т, активизация симбиотической деятельности позволила дополнительно получить 8…20 ц/га сухого вещества, а использование агроруды - Ирлит-1 - ещё на 2,8…9 ц/га выше.

Во второй год жизни люцерны в контрольном варианте накапливалось порядка 18,0 т/га сухого вещества. Внесение фосфорных и борных удобрений увеличило этот показатель на 5,7…8,8 %, использование ризоторфина - на 12,3…13,5 %, а предпосевная инокуляция семян ризоторфином и Ирлитом-1 - на 16,8…18,8 %.

Накопление сухого вещества отдельными органами и целым растением люцерны в решающей степени зависит от обеспеченности растений биологически фиксированным азотом. Активизация симбиотической деятельности посевов - вариант Р + инокуляция + Ирлит-1, позволяет растениям накапливать на 10…27 % больше сухого вещества, чем в контрольных вариантах в каждом агроклиматическом районе.

Влагообеспеченность зоны оказывает влияние, как на объемы накопления сухого вещества, так и на соотношение надземной и подземной массы растений. В засушливых условиях корни в поисках влаги сильнее развиваются, и их доля в общей массе растения возрастает.

Во II агроклиматическом районе при благоприятных условиях влагообеспеченности за счет орошения и оптимальных условиях биологической азотфиксации накопление сухого вещества достигает 56,1 ц/га в среднем за один укос.

Чистая продуктивность фотосинтеза. Во II агроклиматическом районе чистая продуктивность фотосинтеза в среднем по годам жизни растений и в целом по опыту была выше, чем в других агроклиматических районах.

В первый год жизни растений чистая продуктивность фотосинтеза составила 4,2…5,0 г/мІ·сутки. Оптимизация условий для симбиотической азотфиксации повысила величину ЧПФ на 0,1…0,5 г/мІ·сутки, увеличиваясь по мере улучшения обеспеченности растений биологически связанным азотом.

Во второй и третий годы жизни растений чистая продуктивность фотосинтеза оставалась примерно на таком же уровне, что говорит о сравнительной выравненности факторов жизни растений во II агроклиматическом районе. Величина ЧПФ в среднем за год изменялась в этот период в диапазоне 3,9…4,8 г/мІ·сутки.

В III агроклиматическом районе величина чистой продуктивности фотосинтеза изменялась по годам жизни растений от 2,6 г/мІсутки - до 4,9 г/мІ·сутки. Различия в величине ЧПФ обусловлены в большей степени уровнем влагообеспеченности и в меньшей условиями питания растений по вариантам опыта.

В IV агроклиматическом районе чистая продуктивность фотосинтеза была сравнительно близкой во всех вариантах опыта. Лишь в год посева в контрольном варианте чистая продуктивность фотосинтеза была ниже, чем в других вариантах - 3,2 против 3,3…3,4 г/мІ·сутки.

При сравнении данных по трем агроклиматическим районам по величине чистой продуктивности фотосинтеза можно выделить II агрорайон с более высокими и стабильными показателями. III и IV агроклиматические районы с нестабильными экологическими условиями имели более низкие показатели в диапазоне 2,2…5,1 г/мІ·сутки.

Продуктивность посевов люцерны в зависимости от условий выращивания и активности симбиотической азотфиксации

Урожай сена люцерны. Результатом симбиотической и фотосинтетической деятельности посевов является урожай. Данные, проведенных нами исследований, показывают, что во всех агроклиматических районах Центральной части Северного Кавказа возможно получение высоких урожаев сена люцерны с высокой питательной ценностью.

II агроклиматический район отличался максимальной урожайностью, где лучшие тепло- и влагообеспеченность позволили в среднем за один укос получать 3,51…4,24 т/га сена. Оптимизация условий для симбиотической азотфиксации позволила сформировать на 20,8 % больше сена, чем в контрольном варианте. Использование только минеральных удобрений дало прибавку в 6%, а предпосевная инокуляция семян на этом же фоне увеличила урожайность на 14,2 %.

В III агроклиматическом районе средний урожай сена за один укос был значительно ниже и колебался в пределах 1,95…2,24 т/га. Предпосевная инокуляция семян ризоторфином совместно с ирлитом-1 на фоне оптимизации фосфорного питания повышала урожай на 16,1 %.

За годы исследований в IV агроклиматическом районе урожай сена за один укос составил 2,38…2,72 т/га, увеличиваясь с улучшением азотного питания растений. Оптимизация фосфорного и молибденового питания здесь способствовали формированию сена на 5 % больше контрольного варианта, инокуляция семян на этом фоне позволила получить на 11 % больше, а использование ирлита-1 дало максимальный эффект - 14 %.

Необходимо также отметить, что урожайность люцерны во II агроклиматическом районе на 47…56 % выше показателей IV района и на 80…90% превосходит урожайность посевов в III агроклиматическом районе (рисунок 4).



Рисунок 4 - Урожай сена люцерны в зависимости от условий выращивания (в среднем за один укос) в различных агроклиматических районах, т/га (1996…1998; 2000…2002; 2003…2005 г.г.)

Следовательно, наибольший урожай сена люцерны формируется при активизации симбиотической азотфиксации посевов. Продуктивность растений при этом увеличивается на 14…20,8 %.

Белковая продуктивность посевов люцерны. Белковая продуктивность является важным показателем, характеризующим эффективность использования того или иного агроприема в решении проблемы растительного белка и повышении продуктивности животноводства.

II агроклиматический район отличался, как самыми высокими урожаями сена, так и максимальными показателями сбора белка с единицы площади.

В посевах первого года жизни здесь всего за два укоса было собрано 920…1285 кг/га сырого белка. При этом прибавка от применения минеральных удобрений составила 8,2…11,5 %, предпосевной инокуляции семян на фоне минеральных удобрений - 23,3…34,6 %, использования ирлита-1 на фоне других агротехнических приемов - 34,4…39,7 %. На второй год пользования посевом белковая продуктивность в варианте с наиболее активной симбиотической азотфиксацией превысила 3 т/га. При этом было получено на 736…792 кг/га или на 26…28 % больше белка, чем в контрольном варианте.

В посевах третьего года жизни сбор белка несколько снизился вследствие некоторого снижения урожая сена, однако, эффективность лучшего варианта (Р+инокуляция+ирлит-1) достигала 40 % в сравнении с контрольным вариантом.

В III агроклиматическом районе вследствие более низкого урожая сена накопление белка также было ниже, чем в других районах исследований.

Эффективность использования фосфорных и борных удобрений в среднем за годы опытов в сравнении с контрольным вариантом составила 8,4 %, дополнительная инокуляция семян ризоторфином способствовала увеличению сбора белка с 1 га на 17,7 %, а оптимизация условий для симбиотической азотфиксации в варианте (Р+инокуляция+ирлит-1) позволила повысить сбор белка на 24,7 %.

Анализ показателей сбора белка по годам исследований подтверждает тенденцию снижения эффективности от первого года к последнему. Однако и в третий год пользования посевом прибавка в лучшем варианте достигала 10 % в сравнении с контрольным вариантом.

В IV агроклиматическом районе в год посева сбор белка был в диапазоне 788…1162 кг/га. Инокуляция семян ризоторфином способствовала получению дополнительных 62…132 кг/га белка в зависимости от условий влагообеспеченности. В варианте (Р+инокуляция+ирлит-1) сбор белка был максимальным - 1043…1162 кг/га, что на 32,4…36,7 % выше показателей контрольного варианта.

На второй год пользования травостоем в 1997 году при оптимизации условий минерального питания, активизации симбиотической деятельности и оптимальной влагообеспеченности он возрастал с 1732 до 2072 кг/га или на 19,6 % по сравнению с контролем.

Следовательно, сбор белка с единицы площади увеличивается по мере улучшения условий минерального питания и активизации симбиотической деятельности посевов. Эффективность предлагаемых агроприемов достигает от 20 % в IV агроклиматическом районе, до 40 % во II агроклиматическом районе по сравнению с контрольными вариантами.

Семенная продуктивность люцерны в степной зоне. Экологические условия, необходимые для выращивания люцерны на корм, отличаются от условий, способствующих формированию урожая ее семян. Большинство исследователей отмечают важность экологических факторов в создании генеративного потенциала. Среди указанных факторов решающее значение в процессах плодообразования люцерны имеют погодные условия.

Результаты наших исследований показали, что различия между вариантами в структуре урожая незначительны. Мы это связываем, прежде всего, с тем, что для получения семян люцерны в наших опытах густота стояния растений завышена. И недостаточная освещенность растений явилась главным ограничивающим фактором в формировании семенной продуктивности.

Количество кистей с бобами на одном растении сильно варьирует в зависимости от года жизни растения. Так, у люцерны в первый год жизни формируется не более 3 генеративных органов с соцветиями, на второй год жизни их образуется уже более 10, а на третий год - более 15 шт на одном растении. В этой же связи значительно изменяется количество кистей с бобами на одном растении. Длина кисти по вариантам опыта была близкой и закономерностей по этому показателю не выявлено.

Полноценных семян в одном бобе насчитывалось от 3,0 в контроле до 4,1 в варианте с оптимизацией фосфорного питания и инокуляции семян ризоторфином и ирлитом-1.

Семена люцерны высокого качества имеют массу 1000 семян 2,0 г и более. В наших опытах этот показатель изменялся в диапазоне 1,54…1,92 г, что говорит об их низких качественных показателях. Главной причиной этому, на наш взгляд явились загущенные посевы люцерны. В то же время, оптимизация условий для симбиотической азотфиксации способствовала увеличению массы 1000 семян на 24,7 % в сравнении с контрольным вариантом.

Урожай семян люцерны (табл. 6) в наших исследованиях был сравнительно невысоким.

В экологических условиях II агроклиматического района уже в первый год пользования посевом можно получать урожай семян. Однако в этом случае он бывает невысоким в зависимости с биологическими особенностями роста люцерны. Так, в 2000 году урожай колебался в пределах 50,2…112,6 кг/га, увеличиваясь по мере улучшения условий для симбиотической азотфиксации.

Таблица 6 - Урожай семян люцерны (кг/га). 2000…2002 г.г. II агрокл. район (Моздокский ГСУ).

Год жизни	Год	Контроль	Р + В	Р+В+ин.	Р+ин.+ир-1	НСР05
1 год жизни	2000	50,2	76,0	110,0	112,6	3,4
	2001	64,9	100,6	141,0	146,2	4,2
2 год жизни	2001	80,9	123,2	178,8	181,2	5,6
	2002	107,4	164,2	228,3	225,2	9,3
3 год жизни	2002	129,7	201,2	281,9	292,5	8,8

На второй и на третий годы жизни растений биологические особенности роста и развития люцерны позволяют получать значительные прибавки к урожаю семян по сравнению с первым годом пользования посевами.

В 2002 году в более загущенных посевах урожай семян находился в диапазоне 107,4…228,3 кг/га, сохранив при этом выявленную закономерность повышения урожайности семян по мере улучшения условий выращивания.

Растения третьего года жизни в 2002 году оказались в условиях меньшей густоты стояния из-за сильной изреживаемости посевов к третьему году. Сформировав значительно больше генеративных побегов с соцветиями к третьему году, семенная продуктивность люцерны достигла максимальных показателей и составила 129,7 кг в контрольном варианте и 292,5 кг/га в варианте Р+инокуляция+ирлит-1.

Таким образом, оптимизация условий для симбиотической азотфиксации увеличивает все показатели структуры урожая - количество соцветий на одном растении, количество бобов в кисти, число семян в одном бобе, массу 1000 семян, и, в конечном счете, урожай семян. В среднем за три года исследований семенная продуктивность люцерны повысилась на 110…125 % в сравнении с контрольным вариантом.

Химический состав и качество корма в зависимости

ОТ условий выращивания и активности симбиоза

Содержание азота и фосфора в органах растений в зависимости от условий выращивания. В ходе исследований выявлено, что содержание азота в растениях люцерны прямо зависит от величины симбиотического аппарата и обеспеченности растений биологически фиксированным азотом. Улучшение азотного питания повышает его концентрацию в органах растений.

Во II агроклиматическом районе растения отличались сравнительно большей концентрацией азота во всех органах растений вследствие лучшей обеспеченности биологически связанным азотом.

В год посева содержание азота в листьях колебалось в пределах 4,54…4,76 %, в стеблях - 2,48…2,62 % и в корнях - 2,05…2,38 %. При этом во втором укосе концентрация азота несколько повышается в сравнении с первым укосом.

Во второй год жизни содержание азота в вегетативных органах растений люцерны в первом укосе было несколько ниже и составило в 2001 году - 4,31…4,45 % и в 2002 году - 4,34…4,52 %. Однако с каждым укосом его концентрация увеличивалась и к концу вегетации содержание азота дошло до уровня показателей первого года.

На посевах третьего года жизни снижение азотфиксирующей активности посевов повлекло за собой и некоторое снижение содержания азота в органах растений люцерны.

Активность симбиоза в степной зоне оказывала заметное влияние и на содержание фосфора в органах растений люцерны.

В III агроклиматическом районе менее активная в сравнении с посевами других зон исследований, биологическая фиксация азота воздуха обусловила и меньшую концентрацию его во всех частях растений.

Концентрация фосфора в органах растений в III агроклиматическом районе была довольно высокой в сравнении со II и находилась примерно на уровне показателей IV. Тенденция, отмеченная в двух других агроклиматических районах, по содержанию азота и фосфора в растениях четко прослеживается и в III агроклиматическом районе - концентрация фосфора имеет обратную связь с содержанием азота. Такую закономерность отмечали в каждом укосе во все годы проведения исследований.

Наши исследования показали, что во всех трех агроклиматических районах наибольшее содержание азота во всех органах растений в каждый укос и во все годы жизни было при достаточной обеспеченности макро- и микроэлементами, предпосевной инокуляции семян ризоторфином в смеси с агрорудой ирлитом-1. В контрольном варианте содержание азота во всех органах растений было самым низким. Отмечена четкая тенденция снижения содержания фосфора с повышением содержания азота в растениях.

Потребление и вынос элементов минерального питания единицей урожая. Потребление элементов минерального питания посевами является функцией накопления абсолютно сухого вещества и содержания в нем данного элемента.

С улучшением условий для симбиотической азотфиксации повышалось накопление сухого вещества посевами и содержание азота во всех органах растений. Как следствие, возрастало и накопление азота.

Во II агроклиматическом районе накопление азота шло с максимальной интенсивностью. Здесь в среднем за один укос в корневой системе растений накапливалось 7,5…10,6 кг/га азота или на 25…30 % больше, чем в IV агроклиматическом районе. В стеблях в каждый укос было 36,4…47,4 кг/га азота и в листьях - 86,4…109,9 кг/га.

Оптимизация факторов среды для максимальной симбиотической азотфиксации способствовала накоплению азота в вегетативных органах люцерны на 27…41 % больше, чем в контрольном варианте во все годы жизни и в каждый укос.

Накопление азота в органах растений в III агроклиматическом районе было сравнительно ниже, чем в других агрорайонах. Основной причиной этому является неустойчивое увлажнение почв данного района.

В корнях накапливалось в среднем 4,9…6,4 кг/га азота, при этом наименьшее накопление было в контрольном варианте - 4,9 кг/га. При оптимизации фосфорного и борного питания накопление азота в корнях увеличилось на 10,2 %; инокуляция семян, способствуя лучшей обеспеченности растений азотом, и лучшему развитию корневой системы, увеличило накопление азота на 24,5 %.

Накопление азота в стеблях и листьях имело ту же закономерность.

Наибольшее потребление азота отмечено в варианте с максимальной биологической азотфиксацией - «Р + инокуляция + ирлит-1».

В IV агроклиматическом районе в среднем за каждый укос в корнях растений контрольного варианта накапливалось 5,2 кг/га азота. При улучшении азотного питания, в вариантах с инокуляцией семян, накопление азота в корнях достигало соответственно 6,6 и 6,8 кг/га.

В стеблях люцерны в этих же условиях накапливалось от 18,9 кг/га азота в контрольном варианте до 22,7 кг/га в варианте Р+инокуляция+ирлит-1. Максимальное накопление азота происходило в листьях - 48,9…57,5 кг/га за один укос.

Растения люцерны накапливали фосфора намного меньше, чем азота.

Так, во II агроклиматическом районе потребление фосфора посевами люцерны во все годы было выше, чем в III и IV агрорайонах, вследствие формирования более высокого урожая сена. В первый год жизни растениями было накоплено 15…22 кг/га фосфора, во второй и третий годы потребление фосфора достигало 43…61 кг/га, увеличиваясь по мере роста урожая.

Посевы люцерны в III агроклиматическом районе в первый год жизни потребили всего 10…15 кг/га, второго года - 16…22, и третьего - 17…22 кг/га фосфора.

В IV агрорайоне потребление растениями фосфора в год посева составило около 16 кг/га, на второй год жизни - 16…27 к/га и на третий год - 15…18 кг/га.

Наибольшее потребление фосфора, 22…27 кг/га, отмечено посевами люцерны второго года жизни растений при оптимальной влагообеспеченности.

Сведения о максимальном потреблении элементов минерального питания представляют интерес при разработке системы удобрения севооборота. Они показывают, какое количество данного элемента растения должны потребить для формирования единицы урожая. Для бобовых культур наиболее важными являются показатели максимального потребления азота, фосфора и калия. Поскольку в почвах опытных участков содержание калия высокое мы не применяли калийные удобрения под люцерну, следовательно, сведения о потреблении калия отсутствуют.

Зная максимальное потребление азота и вынос его 1 тонной сена люцерны и урожай сена, мы определили количество азота, оставляемое в почве после уборки урожая. Для люцерны это может представлять интерес только в конце третьего года жизни.

Во II агроклиматическом районе потребление азота в первый год жизни растений составило 40,3…45,0 кг/т. В лучшем варианте (Р+инокуляция+ирлит-1) потребление азота на 3,4…4,5 кг/т было больше, чем растениями контрольного варианта. Во второй и третий годы жизни растений отмечается некоторое снижение содержания азота в сене - во второй год 37,4…41 кг/т и на третий год - 32,2…34,3 кг/т.

Вынос азота с 1 т сена аналогичен его потреблению.

Потребление и вынос фосфора единицей урожая мало отличались по вариантам опыта и составили: потребление - от 3,0 до 3,6 кг/т, вынос - от 2,1 до 2,9 кг/т сена. При этом отмечается снижение потребления и выноса фосфора по годам исследований - чем старше посевы, тем больше они выносят фосфора. Сравнивая эти показатели с данными о потреблении и выносе азота, можно отметить обратную зависимость - с уменьшением потребления и выноса азота увеличивается потребление и вынос фосфора.

В конце пользования посевом люцерны во II агрорайоне в почве осталось в контрольном варианте 71,3 кг/га азота, а в лучшем варианте - 97,9 кг/га азота.

Закономерности, установленные во II агроклиматическом районе по потреблению и выносу азота и фосфора, отмечались и в III агрорайоне.

После уборки в конце третьего года пользования посевом люцерны в почве осталось в контрольном варианте 33,8 кг/га азота, в варианте с использованием минеральных удобрений - 34,6 кг/га азота, при инокуляции семян на фоне удобрений - 37,6 кг, а в варианте (Р+инокуляция+ирлит-1) - 38,5 кг/га азота.

В IV агроклиматическом районе показатели потребления и выноса азота и фосфора были очень близки к показателям III агрорайона.

В конце третьего года жизни в почве контрольного варианта осталось 30 кг азота на 1 га, а в лучшем варианте - 35 кг/га.

Максимальное потребление и вынос фосфора единицей урожая люцерны меньше различается по вариантам опыта.

Кормовые достоинства люцерны в зависимости от условий выращивания. Качественные характеристики многолетних бобовых трав определяются биохимическим составом получаемого из них корма, содержанием: сырого белка, жира, безазотистых экстрактивных веществ, клетчатки и зольных элементов.

Результаты наших исследований (табл. 7) показывают, что содержание сырого белка повышается с улучшением условий для симбиотической азотфиксации и обеспеченности растений азотом.

Во II агроклиматическом районе растения люцерны отличались большей концентрацией сырого белка. Содержание белка в надземной массе в среднем за время исследований возрастало с 21,2 до 23,0 %. При этом, применение фосфорных удобрений, предпосевная инокуляция семян ризоторфином и ирлитом-1 повышало содержание белка на 1,8 % в сравнении с контрольным вариантом.

В III агроклиматическом районе, где менее благоприятные условия для симбиотической азотфиксации и худшая обеспеченность растений азотом, содержалось меньше сырого белка в сравнении с посевами люцерны II и IV районов. В среднем за годы проведения исследований содержание белка в сене колебалось от 19,3 до 20,5% АСВ, увеличиваясь по мере улучшения обеспеченности растений биологически связанным азотом.

В IV агроклиматическом районе в год посева концентрация сырого белка в абсолютно сухом веществе повысилась с 21,1…22,8 % до 23,2…23,5 %. На второй год жизни при достаточной влагообеспеченности содержание сырого белка в растениях колебалось от 19,2…21,6 в контрольном варианте до 21,9…22,2 % в лучшем варианте.

Таблица 7 - Кормовые достоинства сена люцерны в зависимости от условий выращивания и зоны, % АСВ (в среднем). 1996…2005 г.г.

Показатели	Контроль	Р + В	Р + В + ин.	Р+ин.+ир-1
II агроклиматический район (в ср. за 2000…2002 г.г.) (135 м н.у.м. - Моздокский ГСУ)
Сырой белок	21,2	21,6	22,2	23,0
БЭВ	32,4	32,1	31,8	31,5
Клетчатка	22,5	22,3	21,4	20,8
Жир	3,9	3,9	3,6	3,5
Зола	11,6	11,6	12,1	12,2
III агроклиматический район (в ср. за 2003…2005 г.г.) (400 м н.у.м. - Кировский ГСУ)
Сырой белок	19,3	19,6	20,1	20,5
БЭВ	33,6	33,1	32,9	32,4
Клетчатка	23,8	23,4	23,2	22,7
Жир	4,1	4,0	4,0	3,8
Зола	11,4	11,5	11,6	11,8
Показатели	Контроль	Р + Мо	Р + Мо + ин.	Р+ин.+ир-1
IV агроклиматический район (в ср. за 1996…1998 г.г.) (600 м н.у.м. - ст. Архонская)
Сырой белок	20,2	20,4	20,9	21,3
БЭВ	32,9	32,9	32,6	32,4
Клетчатка	22,8	22,5	22,1	21,7
Жир	4,0	4,0	3,8	3,8
Зола	11,5	11,5	11,8	11,9

При ухудшении влажности почвы в 1998 г. данный показатель изменялся в пределах от 18,1…20,4 до 18,9…21,3 %. В течение вегетации колебания содержания сырого белка в сене люцерны находились в диапазоне 17,1…21,5 %.

Содержание жира, клетчатки и безазотистых экстрактивных веществ имеет обратную закономерность, то есть их концентрация несколько снижается.

Содержание золы имеет ту же тенденцию, что и сырой белок, то есть увеличивается по мере улучшения режима минерального питания. В IV агроклиматическом районе в среднем за первый год жизни растений содержание золы возросло с 11,0…11,1 до 11,3…11,6 %. В посевах люцерны второго года жизни соответственно с 11,0…12,2 % до 11,3…12,9 %; на третий год пользования посевом этот показатель вырос с 11,4…12,8 % до 11,9…12,9 % АСВ.

Во II и III агроклиматических районах данная закономерность сохранилась, а диапазон концентрации зольных элементов был близок к показателям IV агрорайона.

Агротехническая роль люцерны в различных экологических условиях

Доля участия биологического азота в питании растений. Весьма большой научный и практический интерес представляют данные о соотношении биологического и минерального азота почвы в питании бобовых культур. Доля участия каждого источника зависит от величины и активности симбиотического аппарата, который в свою очередь, определяется обеспеченностью элементами минерального питания и метеорологическими условиями года.

Интенсивная симбиотическая азотфиксация люцерны во II агроклиматическом районе позволила значительно увеличить роль атмосферного азота в структуре источников азота в питании растений (табл. 8).

Таблица 8 - Доля участия азота воздуха в питании растений люцерны, %. 2000…2002 г.г. - II агрокл. район (Моздокский ГСУ).

Год жизни	Год	Контроль	Р + В	Р+В+ин.	Р+ин.+ир-1
Год посева	2000	74	77	79	80
	2001	81	82	84	85
Второй год жизни	2001	70	70	77	80
	2002	70	70	76	79
Третий год жизни	2002	78	80	80	80

В год посева доля азота воздуха в питании растений достигала 74…85%, во второй год жизни растений - 70…80 % и на третий год пользования посевами - 78…80 %, увеличиваясь по мере роста объемов азотфиксации.

Это способствовало значительной экономии энергии на азотные удобрения и снижению себестоимости продукции до минимальных значений по сравнению с другими агроклиматическими районами.

Минимальный процент участия азота воздуха в питании растений во все годы исследований отмечен в контрольном варианте и составил 70…81%.

Максимальный процент участия азота воздуха в питании растений люцерны был отмечен в варианте (Р+инокуляция+ирлит-1). Во все годы исследований он не опускался ниже 79 %, но достигал 85 %.

В год посева (2003 г) в III агроклиматическом районе доля участия азота воздуха в питании растений люцерны была довольно высока - 58…68 % (табл. 9).

Эти показатели выше, чем аналогичные в IV агроклиматическом районе. Это произошло за счет лучшей влагообеспеченности растений в 2003 году, тогда как в 1996 году в IV агроклиматическом районе посевы страдали от недостатка влаги.

Таблица 9 - Доля участия азота воздуха в питании растений люцерны, %. 2003…2005 г.г. - III агрокл. район (Кировский ГСУ).

Год жизни	Год	Контроль	Р + В	Р+В+ин.	Р+ин.+ир-1
Год посева	2003	58	63	67	68
	2004	16	26	29	31
Второй год жизни	2004	49	52	56	56
	2005	61	64	66	68
Третий год жизни	2005	64	66	66	67

В засушливом 2004 году эти показатели резко снизились до 16…31%, что ниже показателей IV агроклиматического района в засушливом 1996 году на 6…9% (табл. 10).

В этом же году в посевах второго года пользования доля азота воздуха в питании растений повысилась до 49…56 %, что объясняется лучшей приспособленностью и конкурентоспособностью растений люцерны второго и третьего года жизни.

Таблица 10 - Доля участия азота воздуха в питании растений люцерны, %. 1996…1998 г.г. - IV агрокл. район (ст. Архонская).

Год жизни	Год	Контроль	Р + В	Р+В+ин.	Р+ин.+ир-1
Год посева	1996	22	31	35	40
	1997	44	49	51	62
Второй год жизни	1997	61	65	65	65
	1998	44	46	48	51
Третий год жизни	1998	37	38	40	41

В год посева в IV агроклиматическом районе при недостатке влаги растения использовали в основном азот почвы, доля биологического азота составила всего 22…40 %, увеличиваясь по мере улучшения условий питания. В 1997 году при лучшей влагообеспеченности она возросла до 44…62 %.

На второй год пользования посевом при достаточной влагообеспеченности в 1997 г. доля биологического азота в питании растений повысилась до 61…65 %.

В засушливом 1998 году доля биологического азота в питании растений второго года жизни снизилась до 44…51 %, а на посевах третьего года жизни - до 37…41 %.

На структуру источников азота воздуха в питании растений по вариантам опыта существенное влияние оказывали условия для симбиотической азотфиксации.

Оптимизация фосфорного и молибденового питания повышала долю азота в питании растений в год посева на 5…9 %, дополнительная инокуляция семян ризоторфином - на 7…13 %, а использование ирлита-1 - на 18 %.

На второй и третий годы пользования посевом при недостаточной влагообеспеченности доля участия азота воздуха в питании растений разных вариантов была практически одинаковой.

Количество органического вещества и азота оставляемого в почве с корневыми и пожнивными остатками. Ценность бобовой культуры, как предшественника, определяется многими факторами, важнейшим из которых является количество органического вещества и элементов минерального питания, в первую очередь азота, оставляемого в почве после её уборки. Люцерна, при благоприятных условиях выращивания, оставляет с корнями и пожнивными остатками до 10 т/га органического вещества и более 100 кг/га азота.

Во II агроклиматическом районе накопление сухого вещества корней и пожнивных остатков, а также азота в них, шло с большей интенсивностью в сравнении с III и IV агрорайонами.

В контрольном варианте после трех лет пользования посевом было накоплено около 4 т корневых и более 1,6 т пожнивных остатков, в которых содержалось около 109 кг/га азота.

Максимальное количество корневых и пожнивных остатков и азота было оставлено в почве после уборки посевов люцерны в варианте с наиболее интенсивной азотфиксацией - Р+инокуляция+ирлит-1. С корневыми и пожнивными остатками в среднем на одном гектаре было оставлено около 152 кг/га азота или на 40 % больше, чем в контрольном варианте.

В III агроклиматическом районе аналогичные показатели несколько уступали показателям IV агрорайона. Так, масса корней с одного гектара за три года пользования посевом здесь ниже примерно на 80…220 кг, стерни - на 50…55 кг/га, что привело к меньшему накоплению азота в почве.

В лучшем варианте эти показатели составили 3,3 т/га органического вещества и 55 кг/га азота, что на 15 и 21 % выше контрольного варианта.

В IV агроклиматическом районе за 3 года в контрольном варианте накопилось более 2,2 т абсолютно сухого вещества корней и около 0,8 т пожнивных остатков. Инокуляция семян ризоторфином и оптимизация фосфорного и молибденового питания дало прибавку 236 кг/га сухой массы корней.

В лучшем варианте - Р+инокуляция+ирлит-1, в органических остатках содержалось 67,2 кг азота. Этого азота достаточно для того, чтобы обеспечить прибавку урожая зерна пшеницы 2,2 т/га, т.к. 1 т зерна выносит 30 кг азота с гектара.

Результаты исследований доказывают, что по мере улучшения условий симбиотической азотфиксации увеличивается количество корневых и пожнивных остатков в почве на 15…25 % и содержание в них азота на 21…40 % в зависимости от зоны возделывания люцерны.

Энергетическая и экономическая оценка технологии возделывания люцерны

Энергетическая оценка технологических приемов возделывания люцерны. В наших исследованиях энергосодержание урожая существенно различалось как по агроклиматическим районам возделывания, так и по вариантам опыта. В большей степени это обусловлено величиной полученной продукции с единицы площади.

В первый год жизни в IV агроклиматическом районе с урожаем было получено 44,0…55,4 ГДж/га, в таких же условиях в III агроклиматическом районе в урожае содержалось 42,1…51,5 ГДж/га. Во II районе в условиях орошения в течение двух укосов энергосодержание урожая увеличилось до 83,1…103,9 ГДж/га, или в два раза больше, чем в III и IV агроклиматических районах.

Во второй год жизни растений с увеличением урожайности посевов значительно выросло и его энергосодержание. Так, в IV агроклиматическом районе энергии с урожаем было получено в три раза больше, чем в первый год пользования посевом, в III районе энергосодержание выросло примерно в 1,8 раз, и во II районе - в 2,8…3,0 раза.

На третий год жизни растений снижение урожайности посевов люцерны привело соответственно и к снижению энергосодержания в нем, за исключением III агрорайона, где более благоприятные климатические условия в 2005 году позволили сформировать больший урожай в сравнении со вторым годом пользования посевом.

Эффективность от инокуляции семян ризоторфином была очень высокой и составила от 6,4 % в III агроклиматическом районе до 8,8 % во II районе в сравнении со вторым вариантом (Р + В).

Использование ирлита-1 оказалось эффективным во всех зонах исследований и позволило дополнительно получить 10,2…42,2 ГДж/га энергии или 4,4…8,0 % прибавки в сравнении с третьим вариантом (Р + В + инокуляция).

Самые высокие показатели энергетической эффективности оптимизации факторов среды для максимальной симбиотической азотфиксации люцерны были отмечены во II агроклиматическом районе в условиях орошения.

Чистый энергетический доход изучаемых агроприемов за три года пользования посевом достигал 496…583 ГДж/га, увеличиваясь по мере активизации азотфиксации, что выше показателей контрольного варианта на 5…23 %.

Коэффициенты энергетической эффективности и биоэнергетические коэффициенты во всех вариантах во II агроклиматическом районе также были самыми высокими, достигнув значений 10,24 и 11,24 соответственно, в варианте с активной симбиотической азотфиксацией растений люцерны.

Энергетическая себестоимость единицы продукции была самой низкой. Оптимизация минерального питания снизили себестоимость 1 тонны сена с 1,58 до 1,54 ГДж, инокуляция семян снизила этот показатель ещё на 0,1 ГДж, а использование ирлита-1 позволило получить самую дешевую продукцию стоимостью 1,35 ГДж/т. Соответственно снизилась и себестоимость белка с 9,04 до 7,09 ГДж/т, а в III и IV агроклиматических районах с 18,78 до 15,02 и 11,84 до 10,31 ГДж/т соответственно.

Следовательно, лучшие показатели энергетической эффективности технологических приемов возделывания люцерны во всех агроклиматических районах были при оптимизации фосфорного питания, инокуляции семян ризоторфином и предпосевной обработке их ирлитом-1. В этом же варианте отмечена наибольшая экономия невосполнимой энергии за счет симбиотической азотфиксацию и минимальная себестоимость 1 тонны сена и растительного белка.

Экономическая эффективность производства семян люцерны. Экономическая оценка возделывания той или иной культуры является наиболее удобной и приемлемой с практической точки зрения.

Так как люцерна возделывается на одном поле несколько лет, а затраты на её производство складываются в основном из затрат первого года, то логично проводить экономическую оценку технологических приемов её возделывания на весь период пользования посевом люцерны.

Расчеты на основе технологических карт возделывания люцерны показали, что совокупные затраты на возделывание люцерны на семена в течение трех лет пользования посевами в расчете на один гектар на контрольном варианте составили 16 561 руб./га, то есть в среднем на один год пользования травостоем люцерны приходится 5520 руб./га. В варианте с внесением фосфорных и борных удобрений совокупные затраты выросли до 18 914 руб./га или 6305 руб./га в год. Дополнительная инокуляция семян ризоторфином увеличила общие затраты еще на 758 руб./га, при этом в 3 и 4 вариантах затраты были практически одинаковыми 19664…19672 руб./га (табл. 11).

Как показывают данные расчетов экономической эффективности, все дополнительные мероприятия по активизации симбиотической деятельности и урожайности люцерны оказались эффективными по сравнению с контрольным вариантом.

Стоимость произведенной продукции составила от 39,1 тыс. рублей в контрольном варианте, до 87,9 тыс. рублей в варианте с максимальной симбиотической азотфиксацией. Следует также отметить, что вариант Р+В+инокуляция незначительно уступал лучшему варианту по этому показателю и составил 85,6 тысяч рублей.

Чистый доход на контрольном варианте составил 22559 руб./га или 7520 руб./га ежегодно. Оптимизация факторов среды для симбиотической азотфиксации повышало чистый доход в 3 раза за весь период пользования посевами и ежегодно.

Таблица 11 - Экономическая эффективность производства семян люцерны (за три года пользования посевами - 2000…2002 г.г.). II агрокл. район (Моздокский ГСУ).

Показатели	Контроль	Р + В	Р+В+ин.	Р+ин.+ир-1
Урожай семян (за 3 года), кг/га	260,8	400,4	570,7	586,3
Всего затрат (за 3 года), руб./га	16 561	18 914	19 672	19 664
Стоимость продукции, руб./га	39 120	60 060	85 605	87 945
Чистый доход, руб./га
за 3 года польз. посевом	22 559	41 146	65 933	68 281
в среднем за 1 год	7 520	13 715	21 978	22 760
Себестоимость, руб./ц	6 350	4 724	3 447	3 354
Эконом. эффективность, руб./ц	8 650	10 276	11 553	11 646
Рентабельность, %	136	218	335	347

Себестоимость 1 центнера семян люцерны в контрольном варианте составила 6350 рублей. В вариантах: Р+В она снизилась в 1,3 раза, Р+В+инокуляция - в 1,8 и Р+инокуляция+ирлит-1 - 1,9 раза.

Уровень рентабельности изучаемых технологических приемов был очень высоким и составил от 136 до 347 %. Такая высокая рентабельность объясняется рядом причин. Во-первых, высокая реализационная цена семян люцерны (150…300 руб./кг). Во-вторых, использование дешевых природных материалов (ризоторфин и агроруда ирлит-1), а также низкая их норма применения в технологии производства семян люцерны. И, в-третьих, оптимизация азотного питания за счет естественного биологического процесса - симбиотической азотфиксации.

Кроме того, это способствует снижению себестоимости продукции последующей культуры, вследствие отказа от применения дорогостоящих и экологически опасных минеральных азотных удобрений после возделывания люцерны. Следовательно, предлагаемые нами технологические приемы возделывания люцерны очень эффективны с экономической точки зрения.

Выводы

1. Оптимальными параметрами факторов среды для максимальной симбиотической активности и продуктивности люцерны в различных экологических условиях Центральной части Северного Кавказа следует считать:

- на выщелоченных черноземах (IV агроклиматический район) 25...50 г молибденовокислого аммония на гектарную норму семян;

- на каштановых почвах и карбонатных черноземах (II и III агроклиматические районы) внесение до посева борных удобрений (2 кг/га);

- повышенное содержание подвижного фосфора в почве - 40 мг/кг (по Мачигину) в каштановой почве и предкавказском карбонатном черноземе и 110 мг/кг (по Чирикову) - в выщелоченных черноземах;

- нижний порог диапазона оптимальной влажности почвы - 60 % предельной полевой влагоемкости, близкая к влажности разрыва капилляров;

- предпосевная инокуляция семян ризоторфином - штаммом 425а;

- посев наиболее конкурентоспособным и продуктивным сортом «Надежда».

2. Во все годы исследований, в трех агроклиматических зонах оптимизация фосфорного, борного и молибденового питания, инокуляция семян ризоторфином штамм 425а, а также предпосевная обработка их ирлитом-1, увеличивают массу клубеньков, продолжительность симбиоза и активный симбиотический потенциал (АСП) люцерны за счет лучшей обеспеченности микроэлементами. По величине АСП, характеризующему размеры симбиотического аппарата, лучший вариант (Р + инокуляция + ирлит-1) превышает посевы контрольного варианта на 44,2 % - во II агроклиматическом районе, на 35,7 % - в III и на 29,4 % в IV агроклиматических районах.

3. В первый год жизни в III и IV агроклиматических районах можно получить по одному полноценному укосу и отаве. Во II районе при более благоприятной тепло- и влагообеспеченности можно получить в первый год жизни два полноценных укоса, на второй и третий - 4 полноценных укоса, а в III и IV районах климатические условия позволяют формировать только 3 укоса люцерны.

4. Густота всходов люцерны зависит от метеорологических условий года и применяемых технологических приемов. Изреживаемость посевов люцерны независимо от зоны произрастания довольно высока и составляет от 48 до 64% за три года пользования посевами. Активизация симбиотической деятельности снижает изреживаемость посевов на 4…8 % к концу 3-го года жизни растений.

5. Лучшие показатели площади листьев отмечаются при использовании фосфорных удобрений, ризоторфина и природной агроруды - ирлит-1, а наименьшие показатели - в контрольном варианте. Максимальный фотосинтетический потенциал посевов люцерны во II агроклиматическом районе составил в среднем за годы исследований 3292000 мІ/га, что примерно в два раза выше, чем в других агроклиматических районах.

6. Накопление сухого вещества отдельными органами и целым растением люцерны зависит от обеспеченности растений биологически фиксированным азотом. Активизация симбиотической деятельности посевов позволяет растениям накапливать на 10…27 % больше сухого вещества, чем в естественных посевах люцерны. Во II агроклиматическом районе при благоприятных условиях влагообеспеченности и оптимальных условиях для биологической азотфиксации накопление сухого вещества может достигать 56,1 ц/га в среднем за один укос.

7. II агроклиматический район отличается более высокими и стабильными показателями фотосинтетической деятельности. Диапазон ЧПФ в зависимости от условий минерального питания и годов жизни растений находился в пределах 3,6…5,0 г/мІ·сутки. III и IV агроклиматические районы с менее стабильными экологическими условиями имели показатели ЧПФ в диапазоне 2,2…5,1 г/мІ·сутки.

8. Наибольший урожай сена формируется при интенсивной симбиотической азотфиксации. Продуктивность люцерны при этом повышается в различных агроклиматических районах Центральной части Северного Кавказа на 14-20,8 %.

9. Максимальное количество белка - 36,1 ц с гектара можно получить на второй год пользования посевом люцерны во II агроклиматическом районе при оптимизации факторов для биологической азотфиксации. В III и IV агроклиматических районах 13,1 и 20,7 ц/га соответственно. Эффективность предлагаемых технологических приемов по агроклиматическим районам достигает 40 %, 24 и 20 % в сравнении с контрольными вариантами.

10. Семенная продуктивность люцерны зависит от климатических условий, густоты стояния растений и обеспеченности растений биологически связанным азотом. Оптимизация условий для максимальной симбиотической азотфиксации увеличивает все показатели структуры урожая - количество соцветий на одном растении, количество бобов в кисти, число семян в одном бобе, массу 1000 семян, и, в конечном счете, урожай семян. За годы исследований семенная продуктивность люцерны повышалась от 110 % до 125 % в сравнении с контрольным вариантом.

11. Во всех агроклиматических районах Центральной части Северного Кавказа наибольшее содержание азота во всех органах растений в каждый укос и во все годы жизни было при достаточной обеспеченности макро- и микроэлементами, инокуляции семян перед посевом ризоторфином и обработкой их ирлитом-1 (в листьях - 4,00…4,76; в стеблях - 1,60…2,62; в корнях - 1,56…2,38 %). Самым низким содержание азота было во всех органах растений контрольного варианта (в листьях - 3,93…4,57; в стеблях - 1,55…2,51; в корнях - 1,48…2,10 %). Отмечена четкая тенденция снижения содержания фосфора с повышением содержания азота в растениях.

12. При оптимизации режима минерального питания увеличивается накопление азота посевами люцерны в каждый год и в каждый укос, как в единице урожая, так и на единице площади. Потребление растениями фосфора возрастало за счет увеличения урожая сена. Наибольшее потребление азота и фосфора во всех агроклиматических районах Северного Кавказа отмечено посевами люцерны второго года жизни растений при оптимальной влагообеспеченности (азота - 283…766 кг/га, фосфора - 22…61 кг/га).

...