Влияние бобового компонента на урожайность смешанных посевов злаковых кормовых культур

УДК 633.2:58.02

Влияние бобового компонента на урожайность смешанных посевов злаковых кормовых культур

Пакшина С. М., доктор биологических наук

Чесалин С. Ф., кандидат сельскохозяйственных наук

Шаповалов В. Ф., доктор сельскохозяйственных наук

Смольский Е. В., кандидат сельскохозяйственных наук

ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет», кафедра агрохимии, почвоведения и экологии

243365, Россия, Брянская обл., Выгоничский р-н, с. Кокино, ул. Советская, д. 2а

E-mail: bgsha@bgsha.com

Полевые опыты проведены в 2011–2014 годах на опытном поле Новозыбковской сельскохозяйственной опытной станции – филиала ФНЦ кормопроизводства и агроэкологии им. В. Р. Вильямса. Цель работы — поиск способов повышения питательности грубых кормов и обоснование выбора компонентов для смешанных посевов, характеризующихся более высокой ёмкостью катионного обмена корневой системы, а также раскрытие механизма формирования урожайности. Опыты проведены на дерново-подзолистых песчаных почвах с одновидовыми и смешанными посевами кормовых трав. Одновидовые посевы состояли из овса посевного (Avena sativa L.), райграса однолетнего (Lolium multiflorum Lаm.), суданской травы (Sorghum sudanense Pers.), проса посевного (Panicum miliaceum L.). Смешанные посевы состояли из этих же культур с добавлением люпина жёлтого (Lupinus luteus L.) из семейства Бобовые (Fabaceae). Норма высева семян одновидовых и смешанных посевов кормовых культур была приблизительно равной. Нами установлено, что добавление бобового компонента в смеси кормовых культур приводило к усилению напряжённости электростатических полей вокруг корневых систем растений, ускорению движения почвенной влаги к зоне всасывания корневых волосков, повышению доступности влаги и элементов питания, урожайности посева. Отмечено, что увеличение доступности азота корневым системам бобовых культур, обусловленное фиксацией азота клубеньковыми бактериями жёлтого люпина, не компенсируется необходимым количеством калия для осуществления процесса синтеза сырого протеина, при этом происходит использование магния для создания безазотистых экстрактивных веществ (БЭВ). Результаты опытов открывают широкие возможности для решения практических задач выбора необходимого компонента к планируемому посеву кормовых культур, расчёта дозы калийного удобрения, от решения которых зависит урожайность и качество кормов.

Ключевые слова: дерново-подзолистая песчаная почва, кормовые культуры, одновидовые и смешанные посевы, напряжённость электростатического поля корневой системы, доступность влаги и элементов питания, урожайность.

В работах (Белоус и др., 2012; Харкевич и др., 2012) рассмотрено влияние видовых различий мятликовых трав на урожайность одновидовых посевов. В работе (Пакшина, Белоус, 2018) выполнена сравнительная оценка урожайности одновидовых и смешанных посевов кормовых культур. Одновидовые посевы состояли из овсяницы луговой, двукисточника тростникового и лисохвоста лугового, которые были также компонентами смешанных посевов. Нормы высева семян в одновидовых и смешанных посевах были равными.

Природной средой обитания введённых в культуру трав были травянистые леса, луга и болота. Овсяница луговая имеет мочковатую корневую систему, двукисточник тростниковидный и лисохвост луговой — ползучие корневища (Маевский, 1954). Ёмкость катионного обмена (ЕКО) корней овсяницы луговой, двукисточника тростникового и лисохвоста лугового соответственно составляет 30,4, 30,8, 22,6 мг-экв на 100 г воздушно-сухих корней (Drake, 1964; Drake, Vengris, Colby, 1951; Vengris, Drake, 1955; Willams, Coleman, 1950).

Известно, что напряжённость электростатического поля капиллярно-пористых систем зависит от величины ЕКО (Воюцкий, 1975). В работе (Пакшина, Белоус, 2018) было показано, что при достатке и избытке влаги смешанные посевы формируют более высокую урожайность, чем одновидовые. При недостатке влаги и повышенном радиационном балансе смешанные посевы в большей степени, чем одновидовые, снижают поглощение солнечной радиации, а также урожайность (Пакшина, Белоус, 2018). Введение в смешанные посевы культур с более низкой ЕКО корней, чем у остальных, понизило напряжённость электростатического поля всей корневой системы, скорость потоков влаги к зоне корневых волосков, доступность влаги и элементов питания, а также урожайность в сравнении с одновидовыми посевами.

Цель работы — поиск способов повышения питательности грубых кормов и обоснование выбора компонентов для смешанных посевов, характеризующихся более высокой ёмкостью катионного обмена корневой системы, раскрытие механизма формирования урожайности.

Методика исследований. Полевые опыты проведены в 2011–2014 годах на опытном поле Новозыбковской сельскохозяйственной опытной станции – филиала ФНЦ кормопроизводства и агроэкологии им. В. Р. Вильямса.

Почва опытного участка дерново-подзолистая песчаная, подстилаемая с глубины 1,2 м мощными водноледниковыми песками. Мощность гумусового слоя составляет 18–20 см. Содержание органического вещества (по Тюрину) — 2,14–2,5%; pH_KCl — 6,7–6,9; сумма поглощённых оснований — 7,2–9,3 мг-экв на 100 г почвы; гидролитическая кислотность — 0,59–0,73 мг-экв на 100 г почвы; степень насыщенности основаниями — 92–93%; содержание подвижного фосфора — 357–380 мг/кг; обменного калия — 69–110 мг/кг почвы (по Кирсанову). Обеспеченность почвы фосфором очень высокая, калием — средняя. Почва не нуждается в известковании. Содержание гумуса высокое для дерново-подзолистой песчаной почвы. Учитывая высокую окультуренность почвы и среднюю обеспеченность калием, в опыт включили следующие варианты: контроль, К₁₈₀, К₂₁₀. В качестве калийного удобрения использовали хлористый калий с содержанием К₂О 56%.

В качестве объектов исследования использовали одновидовые и смешанные посевы кормовых культур. Одновидовые посевы состояли из следующих культур: овса посевного (Avena sativa L.), райграса однолетнего (Lolium multiflorum Lаm.), суданской травы (Sorghum sudanense Pers.), проса посевного (Panicum miliaceum L.). Ёмкость катионного обмена корней этих кормовых культур составляет соответственно 22,8; 22,5; 13,5; 12,2 мг-экв на 100 г воздушно-сухой массы (Drake, 1964; Drake, Vengris, Colby, 1951; Vengris, Drake, 1955; Willams, Coleman, 1950).

Учитывая результаты полевого опыта, изложенные в работе (Пакшина, Белоус, 2018), компонентом для смешанного посева необходимо было выбрать культуру, имеющую значительно большую ЕКО корневой системы, чем одновидовые посевы кормовых культуры. К таким культурам относятся: горох посевной, люпин жёлтый, люпин синий, клевер луговой, люцерна посевная. ЕКО корней этих культур составляет соответственно 49,6; 47,7; 53,3; 47,5; 48,0 мг-экв на 100 г воздушно-сухой массы (Drake, 1964; Drake, Vengris, Colby, 1951; Vengris, Drake, 1955; Willams, Coleman, 1950). Для составления смешанных посевов был выбран люпин жёлтый, учитывая, что природной средой его обитания являются лёгкие почвы нижнего пояса горных систем, наиболее близкие к почвам и условиям возделывания введённого в культуру вида.

Использовались следующие сорта культур: люпин жёлтый Престиж, овёс посевной Скакун, суданская трава Кинельская 100, райграс однолетний Изорский, просо посевное Квартет. Норма высева семян составляла соответственно 1,2; 5,0; 2,0; 8,0; 5,0 млн шт./га. Опыт был развёрнут в звене севооборота со следующим чередованием культур: озимая рожь, картофель, одновидовые и бобово-злаковые посевы. Посев проводили сеялкой CH-10 в первой декаде мая.

Химический анализ отобранных после уборки урожая растительных образцов корма после высушивании при постоянной температуре 105^○С проводили в центральной учебно-научной испытательной лаборатории БГАУ общепринятыми методами. Озоление проводили методом сжигания по Гинзбургу. Содержание калия определяли на пламенном фотометре (ГОСТ 30504-97), фосфора — на фотоэлектроколориметре (ГОСТ 26657-97). Содержание азота в растительных образцах определяли по ГОСТ Р 51417-99, при пересчёте на сырой протеин использовали коэффициент 6,25.

Полученные экспериментальные данные обрабатывались статистическими методами дисперсионного и корреляционного анализов с использованием стандартного компьютерного программного обеспечения (Excel 7,0; Statistic 7,0; NC SS-2000).

Численные методы исследования включали следующие расчёты: транспирация рассчитывалась по формуле Пенмана (Пенман, 1972), испаряемость — по формуле Н. Н. Иванова (Иванов, 1954), удельная поверхность почвы — по методу, изложенному в работе (Пакшина, Сковородникова, 2010), ёмкость катионного обмена корней кормовых культур была взята из работ (Drake, 1964; Drake, Vengris, Colby, 1951; Vengris, Drake, 1955; Willams, Coleman, 1950).

Для расчёта удельной поверхности корней, числа Пекле (Ре), параметра биовыноса использовались следующие формулы:

С_i = C_k exp(±λ_б∑_вЕ_т), (1)

где С_i, C_k — содержание иона в фитомассе культуры в варианте i и контроле; λ_б — параметр биовыноса (знак «+» относится к элементам N, P, K, Ca, знак «–» — к элементу Mg); ∑_вЕ_т — транспирация за вегетацию, мм.

Параметр биовыноса λ_б выражается следующей формулой:

λ_б = 1,8 × 10³(σ_к – σ_п) Pe/T, (2),

где σ_к, σ_п — поверхностная плотность отрицательных зарядов корневой системы и почвы, Кл/м²; z₁, z₂ — соответственно валентности аниона и катиона соли; Pe — число Пекле, T — абсолютная температура почвы (Пакшина, Петухов, 1976).

Коэффициент λ_б в формуле (1) характеризует интенсивность поглощения иона из почвы корнями в варианте по сравнению с контролем.

Результаты исследований. Для выявления механизма влияния бобового компонента на урожайность кормовых культур использовали средние значения показателей фитоклиматических условий в весенне-летний период вегетации, урожайности, транспирации, доступности влаги и элементов питания для посевов кормовых культур за период 2011–2014 годов.

В табл. 1 представлены фитоклиматические показатели в период весенне-летней вегетации посевов кормовых культур по данным метеостанции «Красная гора».

1. Фитоклиматические показатели вегетации (май-июль)

Примечание: ∑_вQ_c — сумма суточных значений радиационного баланса в период вегетации, Мдж/м²; ∑_вQ_ф — сумма суточных значений в течение вегетации фотосинтетически активной радиации, МДж/м²; Т — температура воздуха, ºС; L — теплота парообразования МДж/кг; ∑_вЕ₀ — испаряемость за период вегетации, мм; ∑_вН — сумма осадков за период вегетации, мм; ∑_в(Н–Е₀) — дефицит атмосферной влаги в период вегетации, мм; КУ — коэффициент увлажнения.

Период вегетации культур в 2013 году характеризовался повышенными радиационным балансом, температурой воздуха, испаряемостью, а также дефицитом атмосферной влаги и коэффициентом увлажнения (КУ), соответствующим степной зоне. В другие годы (2011, 2012, 2014 годы) условия были благоприятными для возделывания кормовых культур (табл. 1).

В табл. 2 приведены показатели, характеризующие протекание процесса биовыноса элементов питания из почвы. При приблизительно равной норме высева смешанные посевы люпин + овёс, люпин + суданская трава, люпин + просо увеличили урожайность фитомассы по сравнению с одновидовыми посевами в вариантах контроль, К₁₈₀, К₂₁₀ соответственно в 3,7; 2,2; 2,3; 2,8; 2,1; 2,1 и 2,6; 2,6; 2,0 раза. При снижении нормы высева семян райграса в 2 раза смешанные посевы люпин + райграс увеличили урожайность фитомассы в тех же вариантах по сравнению с одновидовыми посевами райграса в 4,4; 4,0; 3,6 раза. Из этих цифр следует, что произошло увеличение урожайности смешанных посевов кормовых культур по сравнению с урожайностью одновидовых посевов, полученной в контроле.

2. Относительная транспирация и урожайность одновидовых и смешанных посевов кормовых культур (среднее за 2011–2014 гг.)

Примечание: H — норма выноса семян, млн шт. на 1 га; У — урожайность воздушно-сухой фитомассы кормовых культур, т/га; Ʃ_вЕ_т — транспирация за период вегетации, мм; Ʃ_вЕ_т/Ʃ_вЕ₀ — относительная транспирация; Ре — число Пекле (отношение диффузии к конвекции в общем потоке влаги, D/vr).

Смешанные посевы овса посевного, райграса однолетнего, суданской травы, проса посевного с люпином жёлтым в среднем по трём вариантам повысили урожайность фитомассы по сравнению с одновидовыми посевами соответственно на 5,1; 5,6; 4,6; 4,3 т/га.

Если сравнивать урожайность смешанных посевов кормовых культур с одновидовыми посевами люпина жёлтого, то средняя прибавка в вариантах опыта составит соответственно 1,5; 1,3; 2,5; 2,2 т/га. Отсюда следует, что наибольшую прибавку по урожайности имели смешанные посевы с засухоустойчивыми культурами (суданской травой, просом посевным) по сравнению с одновидовыми посевами люпина жёлтого.

Количественным показателем доступности почвенной влаги для корневой системы кормовых культур является относительная транспирация. На смешанных посевах по сравнению с одновидовыми посевами она увеличилась в среднем в трёх вариантах соответственно в 3,1; 4,0; 2,1; 2,2 раза. Число Ре снизилось на смешанных посевах в 1,5 раза по сравнению с одновидовыми посевами кормовых культур.

Доступность почвенной влаги для смешанных посевов по сравнению одновидовыми посевами люпина жёлтого увеличилась незначительно: соответственно в 1,3; 1,3; 1,4; 1,4 раза.

На одновидовых посевах овса посевного, райграса однолетнего, суданской травы, проса посевного доступность почвенной влаги для корневой системы растений была приблизительно равной соответственно ВРК, ВЗ, ВРК, ВРК, тогда как на смешанных посевах — оптимальной влажности при ППВ.

Для выявления механизма, вызывающего увеличение скорости потока влаги к корневой системе смешанных посевов трав, была рассчитана по формулам (1) и (2) напряжённость электростатических полей вокруг корневых систем одновидовых и смешанных посевов трав. В табл. 3 представлены эти данные.

3. Напряжённость электростатических полей вокруг корневых систем одновидовых и смешанных посевов кормовых культур в течение вегетации (среднее за 2011–2014 гг.)

Примечание: H — норма выноса семян, млн шт. на 1 га; ∑C_i — суммарное содержание элементов питания в фитомассе трав, %; λ_б — параметр биовыноса, 1/м; E — безразмерное значение напряжённости электростатического поля корневой системы и почвы, 1/м.

Как следует из табл. 3, на смешанных посевах кормовых культур наблюдалось повышение напряжённости отрицательного электростатического поля вокруг корневых систем и поверхности почвенных капилляров. Напряжённость электростатических полей у смешанных посевов овса посевного, райграса однолетнего, суданской травы, проса посевного по сравнению с одновидовыми посевами повысилась соответственно в 9, 3, 1,5, 2,7 раза. Увеличение E вызвало ускорение потоков влаги к корневой системе, изменение соотношения конвекции и диффузии в общем потоке влаги.

Как следует из табл. 2, доля конвекции в потоке почвенной влаги к корневой системе растений у одновидовых посевов культур (овса посевного, райграса однолетнего, суданской травы, проса посевного) составляла соответственно 14, 10, 13, 2%, тогда как у смешанных посевов — соответственно 40, 40, 46, 45%.

Увеличение конвекции и потока почвенной влаги к корневой системе растений оказало существенное влияние на доступность элементов питания культурам. В табл. 4 приведён элементный состав одновидовых и смешанных посевов кормовых культур.

Как следует из табл. 4, содержание макроэлементов P, K, Ca в фитомассе растений в вариантах, за некоторым исключением относящихся к посевам суданской травы, повышалось у смешанных в сравнении с одновидовыми посевами культур.

Макроэлементы P, K, Ca передвигаются с потоком почвенной влаги в виде ионов РО₄^3–, НРО₄^2–, Н₂РО₄^–, К⁺, Ca²⁺. Доступность этих ионов для корневой системы растений зависит от доли конвекции в общем потоке почвенного раствора, которая значительно повышается у смешанных посевов.

Ион Mg²⁺ обладает высокой адсорбционной способностью среди катионов, превосходящей ион Ca²⁺. Большая часть иона Mg²⁺ сосредоточена в адсорбционном слое ДЭС, и доставка его к поверхности корней может осуществляться диффузионным потоком. В корнеобитаемом слое почвы у смешанных посевов суданской травы и проса посевного доля диффузии в общем потоке почвенного раствора была понижена в сравнении с посевами овса посевного и райграса однолетнего. Поэтому содержание Mg в фитомассе овса посевного и райграса однолетнего смешанных посевов увеличивалось в сравнении с одновидовыми, в фитомассе суданской травы и проса посевного, наоборот, уменьшалось.

Содержание азота в фитомассе смешанных посевов трав было в 1,5–2 раза больше, чем в фитомассе одновидовых посевов. Увеличение содержания азота в фитомассе смешанных посевов позволяет предположить, что фиксированный клубеньковыми бактериями на корнях люпина жёлтого азот доступен для корневых систем компонентов кормосмесей.

4. Элементный состав одновидовых и смешанных посевов кормовых культур (среднее за 2011–2014 гг.)

Примечание: H — норма высева семян, млн шт. на 1 га; C_i — содержание элемента питания в воздушно-сухой фитомассе, %; K/N — соотношение содержания K и N в фитомассе кормовых культур.

Величина K/N является важным показателем процесса биосинтеза органических веществ в фитомассе растений. Из экспериментальных данных работ (Анишина, 2012; Кротова, 2011) следует, что при K/N ≥ 1 в фитомассе трав увеличивается содержание сырого протеина, при K/N < 1 увеличивается содержание безазотистых экстрактивных веществ (БЭВ). Имеет место одновременная прямо пропорциональная зависимость от содержания K в фитомассе растений сырого протеина и прямо пропорциональная зависимость БЭВ от содержания Mg.

Как следует из табл. 4, во всех вариантах одновидовых посевов значение K/N ≥ 1, тогда как на смешанных посевах K/N < 1. Увеличение содержания N в фитомассе смешанных посевов вызвано доступностью N, фиксированного клубеньковыми бактериями на корнях люпина жёлтого, для корневой системы основной культуры, оно не компенсируется необходимым количеством К для синтеза сырого протеина, и возникают условия для синтеза БЭВ в фитомассе смешанных посевов.

В табл. 5 представлены показатели качества кормов, полученных на одновидовых и смешанных посевах кормовых культур.

5. Экспериментальные показатели качества кормов, полученных на одновидовых и смешанных посевах трав (среднее за 2011–2014 гг.)

Примечание: H — норма высева семян, млн шт. на 1 га.

Содержание Mg в фитомассе смешанных посевов повлияло на показатели качества кормов, отношение кальция к магнию и калия к сумме кальция и магния. Как следует из табл. 5, смешанные посевы суданской травы и проса посевного характеризовались большими значениями Са/Mg и меньшими значениями K/(Ca+Mg), чем смешанные посевы овса посевного и райграса однолетнего. Отношение Ca/P зависело от доли конвекции в общем потоке влаги, которая более высока, чем у одновидовых посевов. У смешанных посевов кормовых культур с люпином жёлтым основные показатели качества корма были выше по сравнению с одновидовыми посевами.

Заключение. Анализ результатов исследования даёт возможность сделать следующие выводы: 1) раскрыт механизм действия бобового компонента смешанного посева кормовых культур, который за счёт высокой ЕКО корневой поверхности повышает напряжённость отрицательного поля вокруг общей корневой системы (E). Увеличение E вызывает ускорение потока влаги к корневой системе смешанного посева, увеличение конвекции в общем потоке влаги, повышение доступности влаги и элементов питания, а также урожайности по сравнению с одновидовым посевом; 2) бобовый компонент увеличивает в 1,5–2,0 раза содержание азота в фитомассе смешанного посева кормовых растений за счёт азота, фиксируемого клубеньковыми бактериями; 3) если содержание азота в фитомассе смешанного посева не компенсируется необходимым количеством К⁺ для синтеза сырого протеина, то повышается синтез БЭВ.

Результаты полевых опытов по сравнительной оценке одновидовых и смешанных посевов кормовых культур с бобовым компонентом дают возможность предложить следующие практические рекомендации: 1) для повышения доступности влаги и элементов питания, а также урожайности одновидовых посевов кормовых культур необходимо добавлять бобовый компонент; 2) при выборе бобового компонента для запланированного смешанного посева необходимо соблюдать следующие условия: природная среда обитания бобового компонента должна приблизительно совпадать со средой обитания основных культур, и ёмкость катионного обмена корней бобового компонента должна превышать аналогичный показатель корней основной культуры; 3) для повышения содержания сырого протеина, уменьшения содержания БЭВ в фитомассе смешанных посевов кормовых культур в связи с доступностью фиксированного клубеньковыми бактериями азота для корневой системы основной культуры и недостатком К в почве, а также для синтеза белковых веществ необходимо внесение калийного удобрения.

Литература

1. Анишина Ю. А. Эффективность возделывания многолетних мятликовых трав в одновидовых посевах на радиоактивно загрязнённых поймах: автореф. дисс. … канд. с.-х. наук. — Брянск, 2012. — 20 с.

2. Влияние удобрений на продуктивность и накопление радионуклидов при возделывании мятликовых трав в одновидовых посевах / Н. М. Белоус, В. Ф. Шаповалов, Н. К. Симоненко, Е. В. Смольский // Агрохимический вестник. — 2012. — № 5. — С.22–24.

3. Воюцкий С. С. Курс коллоидной химии / С. С. Воюцкий. — М.: Химия, 1975. — 512 с.

4. Иванов Н. Н. Об определении величины испаряемости / Н. Н. Иванов // Известия Всесоюзного географического общества. — 1954. — Т. 86. — № 2. — С.189–195.

5. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных: справочное пособие / Под ред. А. П. Калашникова, В. И. Фисинина, В. В. Щеглова, Н. И. Клейменова. — 3-е изд., перераб. и доп. — Москва, 2003. — 456 с.

6. Кротова Е. А. Продуктивность пойменных сенокосов в зависимости от агрохимических и агротехнических приёмов в условиях радиоактивного загрязнения: автореф. дисс. … канд. с.-х. наук. — Брянск: БГСХА, 2011. — 22 с.

7. Маевский П. Ф. Флора средней полосы Европейской части СССР / П. Ф. Маевский. — М.: Госиздат сельскохозяйственной литературы, 1954. — 912 с.

8. Пакшина С. М. Влияние двойных электрических слоёв поверхности корня и почвенных частиц на доступность питательных элементов растениям / С. М. Пакшина, В. Р. Петухов // Агрохимия. — 1976. — № 5. — С.97–102.

9. Пакшина С. М. Сборник задач по почвоведению: почвенные процессы, формулы, расчёты / С. М. Пакшина, Н. А. Сковородникова. — Брянск, 2010. — 98 с.

10. Пакшина С. М. Биовынос цезия-137 из почвы продукцией растениеводства: монография / С. М. Пакшина, Н. М. Белоус. — Брянск: БГАУ, 2018. — 125 с.

11. Пенман Х. Круговорот воды. Биосфера / Х. Пенман. — М.: Мир, 1972. — С.60–72.

12. Обработка почвы и удобрение многолетних трав в условиях радиоактивного загрязнения / Л. П. Харкевич, А. Л. Силаев, Ю. А. Анишина, Д. Н. Прищеп // Агрохимический вестник. — 2012. — № 5. — С.25–27.

13. Drake M. Soil chemistry and plant nutrition / M. Drake // Chemistry of the soil. — New York – London, 1964. — P.395–444.

14. Drake M. Cation exchange capacity of plant roots / M. Drake, A. Vengris, W. Colby // Soil Science. — 1951. — Vol. 72. — No. 2. — P.139–149.

15. Vengris A. Chemistry of the soil / A. Vengris, M. Drake. — New York, 1955. — P.286–328.

16. Willams D. E. Cation exchange properties of plant root surfaces / D. E. Williams, N. T. Coleman // Soil and plant. — 1950. — No. 2. — P.243–256.

Impact of legume component on productivity of gramineous mixtures

Pakshina S. M., Dr. Biol. Sc.

Chesalin S. F., PhD Agr. Sc.

Shapovalov V. F., Dr. Agr. Sc.

Smol’skiy E. V., PhD Agr. Sc.

Bryansk State Agrarian University, Department of Agrochemistry, Soil Science and Ecology

243365, the Bryansk region, Vygonichskiy rayon, selo Kokino (village), Sovetskaya str., 2a

E-mail: bgsha@bgsha.com

The field trial took place at the Novozybkovskaya Agricultural Experimental Station – branch of the Federal Williams Research Center of Fodder Production and Agroecology in 2011–2014. The goal of the research was to increase nutritional value of roughage and select optimal components for grass mixtures having higher cation exchange capacity of plant roots as well as to test crop yield formation. Grass monocultures and mixtures grew on sod-podzolic sandy soil. Monocultures were oats (Avena sativa L.), annual ryegrass (Lolium multiflorum Lаm.), Sudan grass (Sorghum sudanense Pers.), common millet (Panicum miliaceum L.). Grass mixtures were composed of the same crops combined with yellow lupin (Lupinus luteus L.). Seeding rates of monocultures and mixtures were approximately equal. Legume component increased cation exchange capacity, intensity of water movement to the absorption area of root hairs, water and nutrient availability, and mixture yield. Even though nitrogen-fixing bacteria improved N availability, effective crude protein synthesis required sufficient potassium amount. Also, magnesium was utilized to produce nitrogen-free extractive substances. The obtained results provided valuable information on choosing the necessary component for forage crop mixtures as well as potassium fertilization to improve forage production and quality.

Keywords: sod-podzolic sandy soil, forage crop, monoculture, grass mixture, electric field strength of the root system, water and nutrient availability, productivity.

References

1. Anishina Yu. A. Effektivnost vozdelyvaniya mnogoletnikh myatlikovykh trav v odnovidovykh posevakh na radioaktivno zagryaznennykh poymakh: avtoref. diss. … kand. s.-kh. nauk. — Bryansk, 2012. — 20 p.

2. Vliyanie udobreniy na produktivnost i nakoplenie radionuklidov pri vozdelyvanii myatlikovykh trav v odnovidovykh posevakh / N. M. Belous, V. F. Shapovalov, N. K. Simonenko, E. V. Smolskiy // Agrokhimicheskiy vestnik. — 2012. — No. 5. — P.22–24.

3. Voyutskiy S. S. Kurs kolloidnoy khimii / S. S. Voyutskiy. — Moscow: Khimiya, 1975. — 512 p.

4. Ivanov N. N. Ob opredelenii velichiny isparyaemosti / N. N. Ivanov // Izvestiya Vsesoyuznogo geograficheskogo obshchestva. — 1954. — Vol. 86. — No. 2. — P.189–195.

5. Normy i ratsiony kormleniya selskokhozyaystvennykh zhivotnykh: spravochnoe posobie / Pod red. A. P. Kalashnikova, V. I. Fisinina, V. V. Shcheglova, N. I. Kleymenova. — 3^rd Ed., pererab. i dop. — Moscow, 2003. — 456 p.

6. Krotova E. A. Produktivnost poymennykh senokosov v zavisimosti ot agrokhimicheskikh i agrotekhnicheskikh priemov v usloviyakh radioaktivnogo zagryazneniya: avtoref. diss. … kand. s.-kh. nauk. — Bryansk: BGSKhA, 2011. — 22 p.

7. Maevskiy P. F. Flora sredney polosy Evropeyskoy chasti SSSR / P. F. Maevskiy. — Moscow: Gosizdat selskokhozyaystvennoy literatury, 1954. — 912 p.

8. Pakshina S. M. Vliyanie dvoynykh elektricheskikh sloev poverkhnosti kornya i pochvennykh chastits na dostupnost pitatelnykh elementov rasteniyam / S. M. Pakshina, V. R. Petukhov // Agrokhimiya. — 1976. — No. 5. — P.97–102.

9. Pakshina S. M. Sbornik zadach po pochvovedeniyu: pochvennye protsessy, formuly, raschety / S. M. Pakshina, N. A. Skovorodnikova. — Bryansk, 2010. — 98 p.

10. Pakshina S. M. Biovynos tseziya-137 iz pochvy produktsiey rastenievodstva: monografiya / S. M. Pakshina, N. M. Belous. — Bryansk: BGAU, 2018. — 125 p.

11. Penman Kh. Krugovorot vody. Biosfera / Kh. Penman. — Moscow: Mir, 1972. — P.60–72.

12. Obrabotka pochvy i udobrenie mnogoletnikh trav v usloviyakh radioaktivnogo zagryazneniya / L. P. Kharkevich, A. L. Silaev, Yu. A. Anishina, D. N. Prishchep // Agrokhimicheskiy vestnik. — 2012. — No. 5. — P.25–27.

13. Drake M. Soil chemistry and plant nutrition / M. Drake // Chemistry of the soil. — New York – London, 1964. — P.395–444.

14. Drake M. Cation exchange capacity of plant roots / M. Drake, A. Vengris, W. Colby // Soil Science. — 1951. — Vol. 72. — No. 2. — P.139–149.

15. Vengris A. Chemistry of the soil / A. Vengris, M. Drake. — New York, 1955. — P.286–328.

16. Willams D. E. Cation exchange properties of plant root surfaces / D. E. Williams, N. T. Coleman // Soil and plant. — 1950. — No. 2. — P.243–256.