Эстафетное совмещение твердой пшеницы и чечевицы – опыт Италии

В органическом земледелии культурные растения стараются помочь друг другу, так почему бы использовать эту зеленую взаимовыручку во благо всей Земли? Задались таким вопросом исследователи из Группы агроэкологии Института наук о жизни, Пиза, и вместе с коллегами Департамента сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды Пизанского университета нашли ответ! Своими выводами ученые поделились в статье, опубликованной в журнале Agronomy 2022, на портале MDPI.

…В глобальном масштабе необходимо решать проблему продовольственной безопасности в условиях сокращения общей площади пахотных земель, роста численности населения и спроса на продукты питания. Задача усложняется с учетом контроля выброса парниковых газов и поддержания устойчивости экосистем.

Эстафетное совмещение - агроэкологическая практика, которая позволяет выращивать две и более взаимодополняющих культур, особенно в органических системы земледелия.

В Италии продуктивность твердой пшеницы и качество урожая значительно различаются год к году, в основном, из-за неустойчивых осадков. Колебания урожайности еще больше усугубляются влиянием изменяющихся средиземноморских климатических условий, что ставит под сомнение экономическую жизнеспособность и устойчивость монокультуры твердой пшеницы.

Диверсификация выращивания твердой пшеницы за счет включения бобовых, таких как чечевица, могла бы принести ряд выгод. Во-первых, финансовую. В Европе растет потребительский спрос на чечевицу, но ее производство в Италии остается низким.

Различная фенология и морфология культур твердой пшеницы и чечевицы обеспечивают пространство для максимизации надземных межвидовых взаимодействий в использовании света и пространства на уровне полога - для борьбы с сорняками, а также для усиления подземных взаимодействий с точки зрения питательных веществ.

Более того, совместное выращивание злаков с бобовыми способствует образованию клубеньков у бобовых, повышая азотфиксацию, и выделению аллелопатических соединений для конкуренции с сорняками.

Таким образом, увеличение разнообразия видов растений с дополнительными функциональными признаками за счет эстафетного совмещения культур представляет собой интересную возможность оптимизации производства.

Было показано, что совмещение зерновых и бобовых повышает рентабельность, увеличивает поглощение азота и фосфора зерновыми и концентрацию белка в зерне, обеспечивает физическую поддержку вьющимся бобовым культурам, тем самым уменьшая полегание, обогащает почву азотом и сокращает использование синтетических удобрений и выбросы парниковых газов.

Следует отметить, современное совмещение культур может быть неприемлемым в определенных геоклиматических районах из-за чувствительности к температуре и биологического цикла двух культур.

Однако, средиземноморский климат позволяет сеять озимую твердую пшеницу в октябре–декабре, с последующим эстафетным посевом чечевицы в феврале-марте каждого сезона.

Эти две культуры достигают зрелости почти в одно и то же время (в начале лета), что позволяет совмещать механическую уборку и сепарацию.

В первом трехлетнем эксперименте открытого поля по эстафетному совмещению твердой пшеницы и чечевицы, которое проводились в Межведомственном центре агроэкологических исследований Энрико Аванци (CiRAA) Пизанского университета, было решено имитироватьь систему с низкими затратами без использования химических удобрений и пестицидов.

Предпосевная подготовка включала отвальную вспашку на глубину 25 см с последующим неглубоким (на глубину 10 см) дисковым боронованием.

Ученые сравнивали различные типы насаждений (монокультурные и межкультурные) и целевую плотность растений (высокая — 100 % против низкой — 33 % плотности твердой пшеницы при 100 % постоянной плотности чечевицы) на агрономические показатели и конкурентоспособность культуры.

«Мы проверили четыре гипотезы: (i) эстафетное совмещение культур повысит общую продуктивность культуры, в большей степени в системе с менее плотным совмещением культур; (ii) снижение плотности пшеницы до 33% при совмещении культур снизит конкуренцию пшеницы за производство чечевицы по сравнению с промежуточными посевами твердой пшеницы высокой плотности, сохраняя при этом ожидаемые экосистемные услуги совмещения культур; (iii) включение чечевицы в уже выращенную твердую пшеницу повысит поглощение фосфора твердой пшеницей; и (iv) включение твердой пшеницы в промежуточные культуры создаст благоприятную микросреду, которая повысит конкурентоспособность чечевицы по отношению к сорнякам, тем самым максимизируя ее продуктивность. – Пишут авторы.

- Результаты показали, что промежуточный посев увеличио урожайность зерна по сравнению с монокультурой: значительно (p< 0,0001) по сравнению с обеими монокультурами в 2021 году, и незначительно по сравнению с твердой пшеницей в 2019 и 2020 гг.

Преимущество в урожайности в обеих системах совмещения культур колебалось от 164 до 648%.

Конкурентоспособность твердой пшеницы была выше в 2019 и 2021 годах, тогда как чечевица была наиболее конкурентоспособным компонентом в 2020 году.

Совмещение культур способствовало накоплению фосфора в побегах твердой пшеницы. В 2020 и 2021 годах не было разницы в урожайности зерна обеих культур между высоко- и низкоплотными системами. Обе стратегии оказались столь же эффективны, как механическое рыхление, в борьбе с сорняками и полезными для стабилизации урожайности чечевицы.

В этом исследовании мы наблюдали тенденцию к увеличению концентрации фосфора в побегах твердых сортов пшеницы, собранных в эстафетной посадке, на стадии цветения, что соответствовало нашей третьей гипотезе.

Однако тенденция к снижению концентрации фосфора наблюдалась в посевах чечевицы. Это говорит о том, что чечевица, вероятно, способствовала доступности фосфора для использования сопутствующей твердой пшеницей.

Бобовые в симбиотической ассоциации с ризобиями могут биологически фиксировать атмосферный N 2 в ризосфере и делиться до 15% азота со злаками, в то же время модулируя доступность и распределение фосфора за счет усиленного микробного и дополнительного обмена через радикальные биохимические сети.

Возможно, широко переплетенные корневые и гифальные комплексы микоризной обеспечивают расширенную площадь поверхности корня, с которой может происходить обмен питательными веществами. Результаты нашего исследования также подтверждаются данными других ученых, которые отмечают: ассимиляция фосфора и калия в промежуточных культурах была выше (43% P, 35% K), чем в чистых насаждениях.

Согласно гипотезе iv, сочетание твердой пшеницы и чечевицы в обеих системах значительно снизило биомассу сорняков по сравнению с единственной культурой чечевицы. Листовой полог двух культур ограничил сорнякам доступ к свету. Кроме того, аллелопатические корневые экссудаты, продуцируемые твердой пшеницей, могли способствовать подавлению прорастания сорняков и замедлению их развития, таким образом, принося пользу чечевице».

По статье группы авторов (Гилберт Коски, Федерико Леони, Стефано Карлези, Лучано Авио, Паоло Барбери), опубликованной на портале www.mdpi.com).

Фото: pixabay.com.