Постановка проблемы (Introduction)В настоящее время в Ставропольском крае на всех типах почв – от каштановых до черноземов – сложилась система земледелия, которая по своей структуре является интенсивной, а по уровню и степени использования средообразующего потенциала и влияния на плодородие почв, их эрозионную устойчивость – крайне экстенсивной [1, с. 21], [2, с. 116], [3, с. 164]. Для края, где 70 % территории относится к полупустынным и сухостепным ландшафтам, система земледелия не в полной мере адаптирована к меняющемуся климату, рельефу, почвенному покрову [4, с. 112], [5, с. 273].Для увеличения производства кормов и зерна необходимо воздействовать на все факторы роста и развития растений, в том числе использовать такое мощное агротехническое средство, как правильный севооборот [6, с. 159].В основу севооборотов положен комплекс агротехнических и организационных мероприятий, направленных на повышение плодородия почвы и увеличение урожайности полевых культур, защиту ее от разрушающих структуру факторов [7, с. 132], [8, с. 797].Сложившаяся в последние десятилетия структура посевных площадей разрушила всю систему полевых севооборотов, деформировала систему ведения полевого и лугового кормопроизводства. Рост посевных площадей под зерновые культуры за последние 10 лет, усиление экологических рисков, обусловленных неблагоприятными климатическими изменениями, уже привели к тому, что в зоне каштановых почв содержание гумусовых веществ приблизилось к пороговому уровню – 1,7–1,9 % [9, с. 6330]. Снижение гумуса в почве может привести к необратимым процессам и экологическому кризису [10, с. 3].Повсеместный переход в восточных засушливых районах края к севообороту с короткой ротацией (черный пар – озимые зерновые), в котором до 50 % занимают пары, повысил односторонний вынос элементов питания, увеличил численность популяций вредителей и возбудителей болезней, привел к изменению видового состава сорняков и прогрессированию эрозионных процессов [11, с. 133]. Для зоны сухих степей пар черный является основным предшественником под зерновые и как наиболее эффективно сохраняющий почвенную влагу [12, с. 7]. Вместе с тем доказано, что без внесения высоких доз органических и минеральных удобрений эффективность черного пара как предшественника резко падает за счет получения урожая зерна один раз в два года [13, с. 234]. К этому необходимо добавить высокие затраты по поддержанию поля в чистом от сорняков состоянии за счет применения гербицидов и механических обработок почвы [14, с. 28].Именно в связи с этим неизмеримо возрастает роль многолетних бобовых трав (люцерна, эспарцет, донник), которая диктуется их высоким средообразующим потенциалом, играющим решающую роль в воспроизводстве почвенного плодородия, уменьшения энергетических затрат на выращивание сельскохозяйственных культур в системе севооборота и снижения процессов водной и ветровой эрозии на пашне [15, с. 8], [16, с. 99], [17, с. 246], [18, с. 35].Однако до настоящего времени детальных исследований о сравнительном влиянии многолетних бобовых трав на урожайность озимой пшеницы в сравнении с черным паром на каштановых почвах сухостепной зоны Ставрополья не проводилось. Методология и методы исследования (Methods)Полевые опыты с многолетними травами проводились в СПК племзавод «Дружба» Апанасенковского района Ставропольского края. Тип почвы – каштановые. Содержание гумуса в горизонте А за последние 15 лет сократилось с 2,52 % до 1,98 % при его запасах в слое 0–100 см 105–120 т/га. Порозность почвы 42 %, плотность в слое 0–30 см – 1,28 г/см3. Среднегодовое количество осадков составляет 432 мм, коэффициент увлажнения (КУ) – 0,25–0,28.Сравнительное изучение различных видов бобовых трав (люцерна, эспарцет, донник желтый, донник белый) в качестве предшественников, черного и занятого паров на урожайность озимой пшеницы сорта Зустрич проводили в 2008–2018 гг. путем закладки вариантов опыта в 2008–2011 гг. по схеме: 1) люцерна; 2) эспарцет; 3) донник желтый двулетний; 4) донник белый однолетний (пар занятый); 5) пар черный. Многолетние травы высевали в III декаде марта следующими нормами: люцерна изменчивая (Вега 87) – 22 кг/га; донник желтый двулетний (Альшеевский) и донник белый однолетний (Снежок) – по 18 кг/га; эспарцет песчаный (Северокавказский) – 120 кг/га. Озимую пшеницу высевали 22–25 сентября нормой высева 210 кг/га. Глубина заделки семян бобовых трав – 2–3 см, эспарцета – 2–5 см, озимой пшеницы – 5–7 см. Культуры высевали сеялкой Amazone D9 6000-ЕС Combi в 4-кратной повторности. Уход за черным паром соответствовал общепринятым рекомендациям для восточных засушливых районов Ставропольского края. После посева выполняли прикатывание почвы кольчатыми катками 3 ККШ-6. Площадь опытной делянки составляла 360 м2, учетной – 50 м2. Размещение вариантов опыта рандомизированное.Результаты (Results)Экспериментально установлено, что в первый год пользования сеянным травостоем с бобовыми травами было получено для скашивания два укоса: первый – в середине июня, второй – в первой половине сентября. Среди изучаемых видов наибольшей облиственностью обладала люцерна – 65 %, затем эспарцет – 45 %, наименьшей – донник белый однолетний – 37 %. Облиственность и ботанический состав растений в одновидовых и смешанных фитоценозах практически не отличались. У всех изучаемых видов наблюдалось снижение облиственности по фазам вегетации (бутонизация – цветение). Люцерна, эспарцет и донник, относящиеся к растениям, фиксирующим атмосферный азот, обеспечивали более высокую урожайность надземной и корневой массы в смешанном фитоценозе, чем при раздельном их высеве, вследствие более высокой плотности травостоя. Этому способствовали их ярусное размещение, разная величина и форма надземных и подземных органов растений, что на протяжении всего периода кормового использования позволяло формировать большую общую фотосинтезирующую поверхность фитоценоза.В наших опытах величина урожая корневой и зеленой надземной биомассы в зависимости от видового состава трав подвергалась большим колебаниям (таблица 1).Таблица 1Динамика накопления пожнивно-корневых остатков предшественниками озимой пшеницы по годам продуктивной жизни, т/гаВариантСухих корней в слое 0–20 смПожнивные остаткиОрганической массы за 4 года1-й год2-й год3-й год4-й годвсе-го1-й год2-й год3-й год4-й годвсе-гоЛюцерна 1,421,932,741,853,450,710,940,930,703,286,73Эспарцет0,961,321,84–2,250,620,860,67–2,154,40Донник желтый1,12,0––2,110,731,05––1,783,89Донник белый0,57–––0,570,31–––0,310,88Люцерна + эспарцет + донник желтый + донник белый1,502,181,81,212,281,201,050,810,543,45,68Table 1 Dynamics of accumulation of crop-root residues predecessors of winter wheat by years of productive life, t/haVariantDry roots in a layer of 0–20 cmCrop residuesOrganic weight for 4 years1st year2nd year3rd year4th yeartotal1st year2nd year3rd year4th yeartotalAlfalfa1.421.932.741.853,450,710.940.930.703,286.73Sainfoin0.961.321.84–2.250.620.860.67–2,154.40Yellowmelilot 1.12.0––2,110.731.05––1,783.89Whitemelilot 0.57–––0.570.31–––0,310.88Alfalfa + sainfoin + yellow melilot + white melilot1.502.181.81.212.281.201.050.810.543.45.68По количеству накопленного в почве органического вещества наиболее эффективными как предшественники оказались люцерна и травосмесь – люцерна + эспарцет + донник желтый + донник белый.Благодаря развитию мощной корневой системы все изучаемые виды трав с учетом своего онтогенеза в разной степени пополняли в почве запасы органического вещества. Важная характеристика многолетних бобовых трав – почвообразующая способность благодаря их корневым и пожнивным остаткам. В наших опытах наибольшее количество пожнивно-корневых остатков в сумме за 4 года продуктивной жизни перед распашкой травостоя поступило с люцерной и травосмесью с участием люцерны, донников и эспарцета до 5,68–6,73 т/га органического вещества. В среднем за 1 год они оставляли в почве органических остатков: одновидовые посевы люцерны – 1,68 т/га; эспарцет – 1,47; донник желтый – 1,94; донник белый – 0,88, травосмесь – 1,42 т/га.Нарастание корневой массы в одновидовых и смешанных посевах разного ботанического состава имело свои особенности. Общая масса корней в слое почвы 0–20 см на посевах второго года жизни колебалась в пределах 1,93–2,18 т/га. На посевах третьего года жизни в связи с выпадением из состава травосмеси донника желтого двулетнего масса корней увеличилась только у люцерны до 2,74 т/га и эспарцета до 1,84 т/га. На посевах четвертого года жизни, в связи с выпадением эспарцета из состава травосмеси процессы разложения преобладали над процессами накопления и количество общей корневой массы у люцерны уменьшилось на 0,9 т/га. Высеваемые в качестве предшественника озимой пшеницы культуры представляют интерес не только как поставщики органического вещества в почву, но и собственно как производители сельскохозяйственной продукции. Как и следовало ожидать, в год посева наибольший прирост зеленой массы был получен у двух видов донника: белого (однолетнего) – 9,7 т/га, желтого (двулетнего) – 7,8 т/га, а также травосмеси с участием донников – 8,2 т/га, что выше соответственно в 1,2, 1,4, 1,3 раза по сравнению с люцерной в чистом воде. Различия в величине урожайности зеленой массы и сухого вещества между одновидовыми посевами бобовых трав и их травосмеси в первый год жизни не превышали 6,5–7,2 % (таблица 2).Таблица 2Продуктивность многолетних бобовых трав разных лет жизниВариант Срок жизни травостоя (лет)Урожайность по годам продуктивной жизни, т/га1-й год2-й год3-й год4-й годСреднее за 4 годаЗеленая массаСухоевеществоЗеленая массаСухоевеществоЗеленая массаСухоевеществоЗеленая массаСухоевеществоЗеленая массаСухоевеществоЛюцерна 46,41,414,23,019,84,316,33,614,23,1Эспарцет 36,01,112,62,713,82,9–10,82,2Донник желтый 27,81,310,42,4––9,11,8Донник белый 19,72,2–––9,72,2Люцерна + эспарцет + донник желтый + донник белый48,21,718,53,312,22,810,52,212,32,5НСР05, т/га 0,620,781,180,96 Table 2Productivity of perennial legumes of different years of lifeVariantThe life of grass (years)Yield by year of productive life, t/ha1st year2nd year3rd year4th yearAverage for 4 yearsGreen massDry matterGreen massDry matterGreen massDry matterGreen massDry matterGreen massDry matterAlfalfa46.41.414.23.019.84.316.33.614.23.1Sainfoin36.01.112.62.713.82.9–10.82.2Yellow melilot 27.81.310.42.4––9.11.8White melilot 19.72.2–––9.72.2Alfalfa + sainfoin + yellow melilot + white melilot48,21.718.53.312.22.810.52.212.32.5SSD05, t/ha 0.620.781.180.96 На второй год жизни трав все изучаемые виды трав обеспечили к моменту бутонизации как в одновидовых, так и в поливидовых фитоценозах урожайность зеленой массы порядка 10,4–18,5 т/га, что превышало урожайность первого года в среднем в более чем в 1,9 раза. Что касается травосмеси, то на второй год люцерна в смеси с эспарцетом и донниками превышала достоверно урожайность одновидовых посевов на 4,3–8,1 т/га. Урожайность донника однолетнего в системе занятого пара находилась на уровне 9,7 т/га зеленой массы. В среднем за 4 года пользования травостоя наиболее продуктивными были одновидовые посевы люцерны с урожайностью зеленой массы 14,2 т/га, сухого вещества – 3,1 т/га. Урожайность травосмеси была ниже соответственно на 13,4; 19,4 % за счет поэтапного выпадения двух видов донника и эспарцета. Большие потенциальные возможности травосмесей из нескольких видов бобовых трав, используемых в качестве предшественника под озимую пшеницу, позволяли более эффективно использовать среду обитания. Высокая фитомелиоративная способность бобовых видов трав с разным циклом онтогенетического развития во многом обеспечивала повышение продуктивности бобового агрофитоценоза, что способствовало более высокому эффекту последействия, выразившемуся в росте урожайности озимой пшеницы в звене зерно-кормового севооборота: многолетние травы + озимая пшеница, которая была почти на уровне черного пара (таблица 3).Таблица 3Влияние предшественников на урожайность озимой пшеницыПредшественникУрожайность зерна по годам, т/га20112012201320142015201620172018Среднее за 4 годаЛюцерна ––––4,95,14,64,04,6Эспарцет–––4,54,64,14,6 4,4Донник желтый ––4,04,84,03,5  4,1Донник белый (пар занятый)–3,03,53,73,2   3,4Люцерна + эспарцет + донник желтый + донник белый––––4,94,84,34,04,5Пар черный 5,55,84,24,6    5,0НСР05, т/га0,380,410,290,330,350,180,730,64  Table 3Influence of predecessors on winter wheat yieldPredecessorGrain yield by year, t/ha20112012201320142015201620172018Averagefor 4 yearsAlfalfa––––4.95.14.64.04.6Sainfoin–––4.54.64.14.6 4.4Yellow melilot––4.04.84.03.5  4.1White melilot (busy steam)–3.03.53.73.2   3.4Alfalfa + sainfoin +yellow melilot  + white melilot––––4.94.84.34.04.5Black steam 5.55.84.24.6    5.0SSD05, t/ha0.380.410.290.330.350.180.730.64  Анализ урожайных данных озимой пшеницы по предшественникам (многолетние бобовые травы) показал, что при равной норме высева семян число растений и продуктивных стеблей на 1 м2 наблюдалось в следующей последовательности: пар черный – 237–250 шт/м2, люцерна – 218–230 шт/м2, эспарцет – 241–255 шт/м2, донник желтый – 198–202 шт/м2, донник белый – 178–202 шт/м2. Наиболее благоприятные условия складывались по пару черному и люцерне.Увеличение количества органического вещества, накопленного различными бобовыми травами за годы продуктивной жизни, тесно коррелирует с уровнем урожайности озимой пшеницы. Корреляционный анализ связей ч1 (предшественник) и ч2 (урожайность зерна озимой пшеницы) показал, что они существенно прямолинейны и характеризуются коэффициентами корреляции различной степени сопряженности: для люцерны ч1,2 = 0,76, для черного пара ч1,2 = 0,83, для эспарцета ч1,2 = 0,68, для донника желтого (двулетнего) ч1,2 = 0,62, для донника белого (однолетнего) ч1,2 = 0,43, для бобовой травосмеси ч1,2 = 0,72.При колебаниях экологических условий в пределах диапазона зоны, допускающего их функционирование, озимая пшеница по предшественникам (бобовые травы и черный пар) направляет свою жизнедеятельность на максимизацию продукционного процесса, используя образующиеся ассимилянты для формирования урожая зерна, в наших опытах от 4,5 до 5,8 т/га. Обсуждение и выводы (Discussion and Conclusion)Результаты исследований показали, что для условий сухостепной зоны выращиваемые многолетние бобовые травы (люцерна, эспарцет, донник) в зерно-кормовом севообороте в качестве предшественника обеспечивают наибольший выход кормов и зерна и по своей эффективности не уступают черному пару. Кроме этого, многолетние травы оставляют в почве в среднем за 1 год пользования травостоя до 1,42–1,94 т/га органического вещества, что в значительной мере сказывается на стабилизации и повышении содержания гумуса в почве.В стратегическом плане наиболее действенным фактором сокращения затрат на выращивание озимой пшеницы и улучшение экологического состояния агроландшафтов является интенсификация производства кормов на посевах бобовых трав при расширении их площадей в 2,5–3,0 раза, особенно в восточных засушливых районах Ставрополья. Восстановление площадей кормовых культур и особенно многолетних трав, несомненно, обеспечит более устойчивое функционирование полевых агроэкосистем на Юге России.