Сергей Банадысев, доктор сельскохозяйственных наук, ООО «Дока-Генные Технологии»
Севооборот культур важен для сведения к минимуму проблем, обусловленных накоплением в почве инфекции, но не может полностью их снять даже при 8-летнем перерыве с возвращением картофеля на конкретное поле. Использование сидеральных культур оказывает комплексный положительный эффект на систему земледелия. Биофумигационные свойства при этом усиливают общую эффективность сидерации.
Ее эффективное включение в короткие севообороты является экономичным агроприемом успешного выращивания качественного картофеля.
Промышленное производство картофеля связано с интенсивной обработкой почвы, многократными проходами тяжелой техники по полям и длительными периодами нахождения почвы без растительного покрова. Следствием этого являются распыление почвенных частиц, переуплотнение, разрушение естественной структуры почвы, ускоренная минерализация органического вещества. При этом не будем забывать о том, что количество оставляемых картофелем растительных остатков относительно небольшое, содержание гумуса после картофеля снижается. В почве, на растительных остатках, длительно сохраняются большинство болезней и вредителей картофеля, происходит увеличение засоренности полей устойчивыми сорняками. Некоторые ротационные культуры имеют общих вредителей с картофелем. Резюмируя, можно отметить, что сокращение продолжительности севооборота в хозяйствах, специализирующихся на выращивании картофеля, приводит к ухудшению почвенных условий формирования урожая, а при коротких ротациях затраты удобрений, воды и пестицидов могут быть выше, а урожайность — ниже.
Только однолетние злаковые культуры (пшеница, рожь, ячмень, овес, тритикале, кукуруза, райграс) не имеют общих фитопатогенных проблем с картофелем.
Соя и рапс восприимчивы к ризоктониозу и белой плесени. От поражения вертициллезом страдает множество культурных и сорных видов растений. Нематоды и насекомые имеют альтернативных хозяев и хорошо сохраняют популяции в те годы, когда картофель не выращивается. На пастбищах, многолетних посевах клевера и злаковых
трав создаются хорошие условия для размножения проволочников, и следует избегать такого варианта севооборота, если отмечалось повреждение картофеля. Это единичные примеры, а в целом фитопатологические проблемы имеют разные, часто взаимоисключающие способы их преодоления с помощью севооборота (табл.1).
Универсальных решений нет, но знание биологии, отличий каждого патогена позволяет найти рациональные варианты выхода из конкретных ситуаций, возникающих вследствие большой концентрации картофеля в структуре посевных площадей.
Эффективные схемы севооборотов, грамотно подобранные предшественники обеспечивают повышение урожайности, улучшение агрофизических, химических и биологических свойств, поддержание и даже повышение плодородия почвы, оптимизацию водопотребления, снижение затрат на борьбу с сорняками, вредителями и болезнями, снижение потребности в минеральных удобрениях, в первую очередь — азотных, равномерное распределение пиковых нагрузок по ходу сезона полевых работ, возможность широкого применения минимальной обработки почвы, стабилизацию экономики растениеводства.
Такой комплексный эффект легче получить в многолетних севооборотах культур разного целевого назначения, не только зерновых, но и кормовых. Суровые экономические реалии не позволяют большинству предприятий отвлекать много времени и средств на длительное выращивание других культур севооборота и на животноводство.
С учетом этого существенного обстоятельства рассмотрим возможности коротких ротаций культур (не более двух лет перерыва в возвращении картофеля на поле) достигать перечисленных целей в контексте приоритетности решения проблем картофелеводства.
О преумножении плодородия почвы при выращивании картофеля речь не идет. Результаты многолетних научных исследований однозначно свидетельствуют: никаких объемов пожнивных остатков и длительных сроков выращивания трав не достаточно для сохранения неизменного содержания гумуса, даже если картофель занимает только одно поле в восьмипольном севообороте. О коротких ротациях и говорить нечего. Но этими же опытами доказано, что однолетнее интенсивное выращивание многолетних трав дает лучшую прибавку органического вещества в почве по сравнению с многолетним неинтенсивным (Лукин, 2009, Никончик П.И., 2012). Для бездефицитного баланса гумуса нужно вносить не менее 10 т/га органических удобрений ежегодно или эквивалентную норму периодически. Если органики у предприятия нет, то аналогичный эффект обеспечивает запашка зеленых удобрений, т.е. всей биомассы специально выращиваемых для этого сидеральных культур.
Зеленое удобрение, прежде всего, важный источник органического вещества и питательных элементов, «навоз, выращенный на пашне», который по удобрительной ценности не уступает подстилочному навозу. Бобовые сидеральные культуры пополняют запасы биологического азота в почве, переводят минеральный азот почвы и удобрений в органическую форму, экологически безопасную для окружающей среды. Зеленое удобрение повышает коэффициент использования минерального азота, предотвращая его экологически опасное накопление в почве. Зеленое удобрение повышает биологическую активность почвы, оптимизируя условия жизни для почвенной биоты и снижая фитопатогенный фон почвы. Сидерация снижает засоренность посевов и почвы сорняками и способствует уменьшению пестицидной нагрузки на агроценозы. Зеленое удобрение повышает удобрительную ценность соломы и других органических удобрений.
Запахивать, в принципе, можно любые растения. Перечень культурных растений, которые можно использовать для основных и промежуточных посевов, в портфеле ведущих селекционно-семеноводческих фирм насчитывает более 30 наименований, начиная с привычной озимой ржи и заканчивая такими экзотами, как гвизотия абиссинская.
Таблица 2. Биомасса сидеральных культур (Русакова И.В., 2017)
Есть попытки теоретического обоснования запашки даже сорняков (ничего вообще сеять не нужно, просто подождать с весны пару месяцев и все — чудный бурьян дурнотравья готов). Объективно самую высокую ценность имеет биомасса бобовых растений, достоверно уступает им масса злаковых и крестоцветных видов растений. Эта таблица наглядно показывает преимущество бобовых сидератов (табл.2).
Общая биологическая оценка культур, выращиваемых в одном севообороте с картофелем, определяется не только количеством и качеством органики, но и способностью биомассы оказывать фитосанитарное, т.е. оздоровительное действие. Речь идет о выявленной относительно недавно способности уникальных биохимических соединений отдельных видов растений угнетать, подавлять инфекционные начала болезней, сорные растения и вредителей. Термин «биофумигация» впервые был употреблен для описания воздействия севооборота с крестоцветными культурами и зеленого удобрения крестоцветных культур на почвообитающих вредителей (Matthiessen and Kirkegaard, 2006). Термин подразумевает возможность достижения эффекта фумигации почвы с помощью растений, а не химии. Химические фумиганты в России разрешено применять только для обеззараживания помещений, зерна, пиломатериалов и т.п. А в европейских странах, США, Канаде, Австралии массово проводится химическая фумигация почв, при которой официально используются нормы 400-500 кг/ га таких «авторитетных» препаратов, как, допустим, метам-натрий и хлорпикрин.
К настоящему времени мировой наукой накоплен огромный массив данных о влиянии самых разнообразных растений в последействии на величину и качество урожая картофеля.
К примеру, в Польше выявлено эффективное подавление нескольких видов нематод с помощью зеленой массы или вытяжек из бархатцев, а также вики озимой. Но чаще всего отмечается фумигационная эффективность крестоцветных культур. Рапс, горчица, редька содержат биологически активные химические вещества, называемые глюкозинолатами. В почве глюкозинолаты корней, стеблей и листьев зеленых удобрений распадаются на изотиоцианаты, которые убивают или подавляют некоторые заболевания, нематод и сорняки. За последние 12 лет ученые Министерства сельского хозяйства США провели более 70 исследований по изучению влияния различных ротаций на заболевания, передаваемые почвой картофеля. Хотя результаты варьировались из года в год и от поля к полю, в целом крестоцветные культуры снижали картофельные заболевания (такие как ризоктониоз, парша и вертициллез), а также значительно улучшали урожайность картофеля. Лучшим фитонцидным эффектом обладает редька масличная, затем горчица сарептская, затем горчица белая и рапс, т.е. эффективность культур разная. В Германии созданы специальные нематодорезистентные сорта редьки масличной для подавления свободных и галловых нематод.
Активные биохимические соединения имеет донник желтый (Melilotus officinalis Desr.) и белый (Melilotus albus Desr.) — традиционно двулетние бобовые травянистые растения, но выделена и однолетняя разновидность, что очень ценно. Органические и минеральные вещества, выделяемые донником в почву, состоят из аминокислот, соединений фосфора, калия, серы, кальция и других химических элементов. Под влиянием корневой системы донника в почве растворяются труднорастворимые соединения, они переходят в усвояемые для растений формы питательных веществ. Введение донника в севооборот уменьшает зараженность почвы нематодами и проволочником. Причиной гибели вредителей и возбудителей болезней является дикумарин — ядовитое вещество, образуемое из кумарина при разложении корневых и пожнивных остатков донника. Разные сорта желтого и белого донника практически не отличаются по содержанию кумарина в растениях. Сорго-суданковый гибрид и суданская трава эффективны против галловых нематод. Эти культуры выделяют в почву дуррин, который распадается на циановодород. Однолетний люпин (алкалоидный и кормовой) — основная сидеральная культура для дерново-подзолистых почв.
Сидеральные сорта люпина выделяют в почву алкалоиды — производные хинолизидина с бактериостатическими, противовирусными и гербицидными эффектами. В то же время алкалоиды могут повышать всхожесть и энергию прорастания семян, урожайность различных сельскохозяйственных культур за счет стимуляции процессов обмена веществ в растениях, снижают накопление нитратов, они также обладают антимутагенным действием. Алкалоиды, как уже было отмечено, могут использоваться как защитные вещества против болезней растений. Показано, что они могут быстро разрушаться в среде. По данным Gross R. Wink M., только 0,1 -2,0% спартеина остается в почве спустя 20 дней после его внесения. Исследована антибактериальная и антигрибковая активность алкалоидного экстракта растений Lupinus angustifolius против стандартных штаммов следующих бактерий: Escherichia coli, Pseudomonos aeruginosa, Bacillus subtilis u Staphylococcus aureus, а также против таких грибков, как Candida albicans и С. krusei. Алкалоидный экстракт проявил значительную активность в отношении Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus и Pseudomonos aeruginosa.
Многолетние производственные опыты, проведенные в США и Канаде под руководством главного специалиста по биофумигации картофеля — профессора Ларкина — подтвердили высокий потенциал использования крестоцветных в севообороте как предшественника и зеленого удобрения для борьбы с болезнями, передающимися через почву. По большей части, биофумигация через производство токсичных метаболитов является предполагаемым механизмом, но эффекты, опосредованные почвенными микробными сообществами, также играют важную роль. В ряде исследований указано, что рапс выращивался как товарная культура, и не вся биомасса попадала в почву. Это доказало, что благотворное воздействие рапса не было связано с биофумигационным воздействием инкорпорированной зеленой биомассы, а было просто результатом выращивания другого вида растений. Зеленое удобрение рапса и белой горчицы обеспечивало большее снижение заболеваемости ризоктонией, чем горчичные культуры с гораздо более высоким уровнем глюкозинола- тов, что указывает на то, что продукты биофумигации не являлись основным механизмом действия. В целом роль зеленого удобрения ниже, чем значение севооборота. Более разнообразные системы земледелия приводят к увеличению биомассы почвенных микроорганизмов. Севооборот является основным источником формирования полноценной структуры микробных сообществ. Каждая севооборотная культура вносит свой вклад в формирование уникальных микробных характеристик и может повлиять на структуру и функцию микробных сообществ. Добавление сидерата не обязательно сокращает популяции патогенов или выживаемость, но увеличивает популяцию антагонистических по отношению к патогенам микроорганизмов. Севообороты ячменя и крестоцветных последовательно имели более высокие бактериальные популяции и микробную активность, чем большинство других севооборотов, тогда как непрерывный картофель (без севооборота) приводит к самому большому снижению уровня микробной активности. Сочетание промежуточной озимой ржи с рапсом приводит к снижению черной парши и парши обыкновенной на 25-41%о относительно непрерывного картофельного севооборота и на 2137% относительно стандартного севооборота ячмень/клевер. Эти данные согласуются с концепцией, согласно которой более высокая микробная активность и разнообразие способствуют лучшему подавлению инфекции.
Однако эффект самых лучших предшественников часто не только позитивный. Выяснилось, что красный клевер связан с повышенным уровнем ризоктониоза. Фацелия, например, подавляет галловых нематод, но является растением-хозяином нематод из рода Триходорус, которые переносят раттл-вирус. А этот вирус, в свою очередь, вызывает симптомы железистой пятнистости клубней. Горчица может провоцировать проявление железистой пятнистости. И любые севооборотные культуры имеют свои ограничения или даже отрицательные свойства, которые нужно знать. Здесь уместно привести основательную оценку немецких исследователей в отношении воздействия культурных растений севооборота на встречающиеся виды нематод и физиологические нарушения (табл. 3).
Охарактеризуем биофумигационные культуры, семена которых можно использовать в основных и промежуточных посевах на территории РФ.
1. Суданская трава и сорго-pыхлитель, почвообразователь, биофумигатор. Сорго-суданковый гибрид (ССГ) — это гибрид сорго и суданской травы (суданграсса). Оба вида самостоятельно используются в качестве сидератов, но гибрид имеет преимущество по устойчивости к засухе и морозостойкости. Сорговые вносят огромное количество органического вещества в почву при заделке. Эти высокие, быстрорастущие, теплолюбивые однолетние растения душат сорняки, подавляют некоторые виды нематод и проникают в глубокие слои почвы. ССГ — лучший сидерат после уборки пропашных и бобовых, так как потребляет много азота. Имеет агрессивную корневую систему, являющуюся аэратором почвы, подкашивание укрепляет и ветвит корень суданской травы в 5-8 раз. Толщина стебля достигает 4 см в диаметре, высота — до 3 метров.
Корни ССГ выделяют особое аллелопатическое вещество — sorgoleone. Это, по сути, гербицид, который начинает выделяться уже на пятый день после прорастания. Наиболее жестко воздействуют вещества сорго на канатник, росичку, ежовник, щетинник зеленый, щирицу, амброзию. Сильно влияет и на культурные растения, поэтому необходимо выдерживать интервал между запашкой суданской травы и посадками культур. Посев суданского сорго на место убранного урожая является отличным способом нарушить жизненный цикл многих болезней, нематод и других вредителей. За счет огромной биомассы и подпочвенной корневой системы суданское сорго за год восстанавливает плодородность истощенной и уплотненной почвы. Это лучший сидерат для осушения глинистых, влажных почв, на которых работала тяжелая техника. Скошенную зеленую массу можно использовать для мульчирования на других полях, на корм и силосования. Одно подкашивание за сезон является оптимальным. Разлагается биомасса долго, без запашки оставлять нельзя. Подавление нематод возможно только при запашке свежей зеленой массы, не достигшей стадии трубочек. У сорго есть свои вредители, некоторые гибридные сорта не годятся на корм скоту, так как содержат синильную кислоту.
2. Крестоцветные сидераты удовлетворяют всем требованиям к зеленому удобрению: быстро растут, имеют сочную богатую биомассу и огромную сеть мелких корней, подавляют сорняки, грибки, проволочников и нематод, паршу. Некоторые крестоцветные, например, дайкон, имеют корень, способный пройти через плужную подошву гораздо эффективнее других сидератов.
Горчица идеально подходит для фиксации азота, оставшегося после сбора урожая, так как быстро наращивает зелень. Подавление и контроль сорняков крестоцветными сидератами обусловлены быстрым ростом и «смыканием купола», то есть высокой укрывающей способностью почвы. Не последнюю роль играет аллелопатическое влияние разлагающихся остатков, запаханных осенью. Горчица и редька масличная мешают развитию пастушьей сумки, мари, щетинника, прутняка, ежовника, щирицы и др. Культуры можно подсевать к бобовым, т.е. когда те уже укоренились, сеять в смеси не стоит — крестоцветные обгоняют другие растения и угнетают их развитие. Расход семян — 10-30 кг/га. Заделка крестоцветных сидератов может проводиться на любой стадии вегетации, но оптимальное время — начало-середина цветения, в этот период растение достигает максимальной биомассы.
Заделанная поздней осенью биомасса начинает отдавать азот ранней весной, т.е. как раз к посадке.
Капустные виды нуждаются в дополнительном азоте и сере, с их помощью синтезируются эфирные масла-фунгициды и глюкозинолат. Минеральные удобрения хорошо вносить именно под сидераты, так как они возвращают накопленное в хелатной форме. Хорошо накапливают фосфор, делают его более доступным с помощью корневых выделений. По содержанию углерода и скорости разложения крестоцветные занимают промежуточное положение между злаками и бобовыми.
Основная проблема капустных зеленых удобрений — опасность повреждения и даже полного уничтожения всходов крестоцветной блошкой. Кроме того, при использовании крестоцветных нельзя допускать созревания семян, поскольку это формирует огромный запас нежелательных сорняков для всего севооборота. И еще раз необходимо подчеркнуть, что виды и сорта крестоцветных культур имеют много биологических, технологических отличий и далеко не равноценны по биофумигационным свойствам. На первом месте — редька масличная (нематодорезистентные сорта), на втором — горчица желтая или сарептская. К сожалению, оценка фумигационных свойств сортов крестоцветных культур отечественной селекции аграрной наукой не проведена, а немецкие специальные сорта недоступны официально, поскольку не включены в российский реестр.
3. Донник — двулетнее, реже однолетнее растение высотой в культуре до 2-2,5 м с неполегающим стеблестоем, одна из ценнейших сидеральных культур.
В отличие от большинства других бобовых видов, очень пластичен и формирует большую зеленую массу. При возделывании накапливает от 100 до 300 кг азота на гектаре.
По скорости разложения органических остатков, из-за узкого соотношения углерода и азота (около 20), донник не имеет себе равных среди бобовых. Велика его роль в регулировании баланса органического вещества, активизации биологических процессов в почве, в оптимизации агрофизических свойств, и особенно на тяжелых суглинистых и глинистых почвах. Если при запашке 60 т/га навоза водопроницаемость почвы увеличивается в 1,5 раза, то при запашке 20 т зеленой массы донника — в 2 раза. Улучшается дренаж, аэрация, структура, физико-химические свойства и в целом окультуривается подпахотный горизонт. Донник имеет мощную глубоко проникающую корневую систему, благодаря которой в верхние слои частично перемещаются труднодоступные соединения фосфора, кальция, калия и других элементов. Это не только увеличивает содержание легкодоступной пищи, но и способствует некоторому раскислению почвы за счет увеличения в почвенно-поглощающем комплексе оснований.
Донниковый сидеральный пар улучшает пищевой, водно-воздушный режимы и обеззараживает почву от вредных патогенов благодаря усилению микробиологической активности сапрофитной микрофлоры. Сидеральная масса донника, содержащая кумарин, переходящий при гниении в декумарин, значительно уменьшает численность проволочника, нематод и корнеедов. Кроме того, донник является «ловушкой» тлей- переносчиков вирусов картофеля. Поэтому особенно ценен сидеральный пар из донника желтого в хозяйствах, специализирующихся на производстве картофеля. Так, например, ООО «Агрофирма «Слава картофелю» использует такую схему: донник желтый — озимая пшеница — картофель — яровые зерновые с подсевом донника. В то же время на фоне засухи донник может критично снизить запасы влаги в почве. 4. Люпин — желтый, белый, синий (узколистный) и другие однолетние виды. Люпин синий узколистный — один из лучших сидератов для песчаных и супесчаных почв, дает по 30-40 т/га зеленой массы плюс 10-15 тонн корней, итого до 50-65 т/га органической массы, которая по удобрительной ценности не уступает основным видам навоза. Помимо азота зеленая и корневая масса люпинов богата фосфором, калием, кальцием, микроэлементами и в таком соотношении, которое необходимо для нормального роста и развития основных сельскохозяйственных культур. И что очень ценно — эти питательные вещества находятся в составе органической массы, запахиваемой в почву.
Поэтому они не вымываются из почвы, как это часто происходит с минеральными удобрениями.
В тех районах, где хорошо растет люпин, ему нужно отдавать предпочтение как более ценной культуре. Как вариант, зеленую массу можно убирать на корм, а пожнивные остатки будут ценным удобрением. Хорошие результаты получают и в том случае, когда его высевают в конце мая после ржи, скошенной на зеленый корм. К осени он наращивает значительную массу, и его подкашивают на высоком срезе (15-20 см) для силосования, а стерню запахивают под картофель. В результате урожайность картофеля увеличивается на 3-5 т/га. Как показали исследования Новозыбковской опытной станции, азот пожнивно-корневых остатков люпина картофель использует лучше, чем озимая рожь и яровые зерновые. Для фумигации лучше всего подходят сорта узколистного люпина, в названии которых есть слова «сидерат, сидеральный». Это подразумевает повышенное содержание алкалоидов. Люпин, наряду с многолетними травами, клевером, люцерной, относится к категории гумусообразователей. В качестве примера использования люпина приводим севооборот СПК «Дмитриевы Горы» Владимирской области: 1 — люпин; 2 -зерновые озимые; 3 — картофель; 4 — люпин; 5 — картофель.
Наряду с достоинствами, у однолетних люпинов есть и относительные недостатки. Они накапливают гораздо меньше азота по сравнению с многолетними, не могут улучшить структуру почвы, так как их корневая система слишком мала. Следующим недостатком однолетних бобовых растений является их медленный рост в начале вегетации и чувствительность к засорению сорняками. Кроме того, в сравнении с другими сидератами семена бобовых обходятся существенно дороже в расчете на гектар.
В целом фитосанитарная роль зеленых удобрений заключается в повышении биологической активности почвы и активном развитии сапрофитной почвенной микрофлоры, подавлении возбудителей болезней и ряда вредителей. При запашке сидератов улучшается качество и увеличивается урожай картофеля, уменьшаются потери при хранении, улучшается вкус продукции. Комбинированное использование сидератов еще более эффективно. В Германии в последние годы стали широко использовать многокомпонентные сидеральные смеси.
Агроклиматические ресурсы большинства картофелепроизводящих регионов РФ вполне благоприятны для выращивания пожнивных культур и использования их в качестве сидератов.
После уборки озимых и ранних яровых культур поля остаются незанятыми более 70 дней, а после однолетних на зеленый корм — до 80-90 дней. При благоприятных условиях сумма эффективных температур за этот период составляет 800-1000°С, или 30-40% агроклиматических ресурсов всего теплого периода года. Сидераты можно возделывать целый сезон и получать два урожая, например, озимая рожь + редька масличная, суданская трава, горчица, гречиха, люпин. Равнозначный эффект даст выращивание ячменя на зерно и пожнивный сидерат.
Резюме: Севооборот культур важен для сведения к минимуму проблем, обусловленных накоплением в почве инфекции, но не может полностью их снять. Использование сидеральных культур оказывает комплексный положительный эффект на систему земледелия (добавление органического вещества, борьба с эрозией, борьба с сорняками, улучшение структуры почвы, повышение ее плодородия, рост продуктивности сельскохозяйственных культур). Биофумигационные свойства при этом усиливают общую эффективность сидерации. Доказано оздоровление почвы с помощью зеленого удобрения крестоцветных культур, люпина, суданской травы и донника.
Включение эффективной сидерации в короткие севообороты является экономичным агроприемом успешного выращивания качественного картофеля. У любой сидеральной культуры есть своя природная ниша, достоинства и недостатки, но всегда можно найти рациональные решения. Выбор оптимального варианта сидерации делают на основе учета всех существенных обстоятельств конкретного предприятия: почва, климат, фитопатология, экономика, специализация. Выращивание сидеральных культур нужно осуществлять на высоком организационно-технологическом уровне, иначе результат будет недостаточным или даже отрицательным.
