doi: 10.15389/agrobiology.2025.1.125rus
УДК 633.282:631.452:631.417.1:631.559
Работа поддержана бюджетным проектом ИЦиГ СО РАН № FWNR-2022-0018.
КУЛЬТИВИРОВАНИЕ Miscanthus sacchariflorus В СИБИРИ:
ПРИМЕНЕНИЕ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ
С.Ю. КАПУСТЯНЧИК1 ✉, А.А. ДАНИЛОВА1, 2
Многолетние энергетические растения, в том числе мискантус (Miscanthus spp.), культивируют в промышленных масштабах для производства биоэнергии и технических целей. Установлено, что даже при низких затратах возможна высокая продуктивность культуры. В России проблема выращивания мискантуса для получения биомассы слабо разработана, а особенности применения удобрений под эту культуру практически не исследованы. Мискантус — для Сибири культура новая.Проблема применения удобрений под посадками мискантуса остается недостаточно изученной из-за разнообразия климатических и почвенных условий, а также видовых особенностей культуры. При этом основная часть публикаций посвящена виду M. giganteus, который отличается от вида M. sacchariflorus по строению корневой системы. В настоящей работе для условий Сибири впервые представлены многолетние экспериментальные данные по комплексу проблем, связанных с применением азотных удобрений под мискантусом. Установлено, что последние, не влияя на урожайность, снижают качество сырья из-за повышения доли листьев в фитомассе и увеличения пораженности корневищ фузариозной инфекцией. Также установлено снижение накопления органического вещества в удобренных почвах в сравнении с неудобренными. Цель настоящей работы — определить целесообразность применения азотных удобрений под многолетними посадками мискантуса, культивируемого для получения биомассы в континентальных условиях Сибири, в частности оценить влияние удобрений на урожайность культуры, пораженность растений фитопатогенами, динамику органического вещества в почве. Исследования провели на территории научно-экспериментальной базы СибНИИРС — филиал ИЦиГ СО РАН (Новосибирская обл., Центральная лесостепь Новосибирского Приобья). Влияние азотного удобрения на величину и структуру урожая Miscanthus sacchariflorusсорта Сорановский оценивали в начальный период формирования плантации (2016-2017 годы) и в период ее зрелости (2018-2022 годы). Плантация общей площадью 0,3 га состояла из 4 блоков, каждый из которых включал варианты с дозами удобрений N0, N30, N60, N90, N120 на фоне Р60К30 в 4-кратной повторности. Азотные удобрения в виде аммиачной селитры вносили ежегодно весной. В качестве посадочного материала использовали корневища M. sacchariflorus. Надземную фитомассу отбирали на площадках размером 0,25 м2. Учет подземной фитомассы проводили методом монолитов в стадии отмирания надземной части растений. Визуально оценивали степени зараженности отмытых корневищ по стандартным и модифицированным шкалам. Накопление общего углерода (Сорг.) учитывали, сравнивая показатель в почве под паром (исходная почва) и под 8-летней плантацией мискантуса (2023 год). Количество накопленного мобильного почвенного органического вещества (ПОВ) за период роста мискантуса определяли по результатам сравнения продукции С-СО2 образцами почв, отобранными под многолетними посадками мискантуса и однолетним паром (исходная почва). Интенсивность накопления нитратного азота в почве анализировали в условиях лабораторного опыта в оптимальных гидротермических условиях по общепринятому методу Кравкова. За 6-7-летний период посадок M. sacchariflorus сорта Сорановский запас надземной фитомассы достиг в среднем 12,0 т/га, подземной — 18,0 т/га. Эти показатели близки к средним, характерным для этого вида в мире. Азотное удобрение, не оказывая влияния на накопление фитомассы, способствовало изменению ее структурных элементов. В период формирования плантации под влиянием азотного удобрения наблюдали снижение длины генеративного побега в среднем на 5 %, числа и биомассы метелок на 35 %, повышение облиственности на 9 % в сравнении с вариантом без удобрений. В период зрелости плантации отклонения от контроля приобрели более выраженный характер, особенно при дозах удобрений выше N60. В вариантах опыта с внесением азотных удобрений наблюдали повышение пораженности корневищ грибной инфекцией (15,5 против 7,7 % без удобрений). Основными возбудителями были грибы рода Fusarium — F. oxysporum и F. graminearum. За 8 лет в почве под плантацией мискантуса ежегодно накапливалось 150-200 кг С/га мобильного ПОВ и около 0,05 % общего углерода, что соответствует показателям, характерным для традиционных многолетних трав. Скорость накопления углерода в почве не росла по мере увеличения возраста плантации. Внесение N120 привело к снижению величины накопления мобильного ПОВ примерно на 50 % в сравнении с фоном без удобрений (104 против 220 кг С/га в год при N0). Осенью в период отмирания надземной фитомассы содержание минерального азота в почве во всех вариантах опыта было низким. При этом минерализационный потенциал почвы возрастал по мере увеличения дозы азота. Таким образом, азотные удобрения не способствовали повышению урожайности M. sacchariflorus при выращивании на агросерой почве Приобья, приводили к увеличению пораженности корневищ фузариозной гни-лью и снижали темпы накопления органического вещества в почве. Следовательно, в условиях Центральной лесостепи Новосибирского Приобья применение азотных удобрений при культивировании Miscanthus sacchariflorus сорта Сорановский нецелесообразно.
Ключевые слова: энергетические растения, Miscanthus sacchariflorus, сорт Сорановский, надземная фитомасса, подземная фитомасса, азотные удобрения, грибы рода Fusarium, накопление органического вещества в почве.
CULTIVATION OF Miscanthus sacchariflorus IN SIBERIA: APPLICATION OF NITROGEN FERTILIZERS
S.Yu. Kapustyanchik1 ✉, A.A. Danilova1, 2
Perennial energy plants, including Miscanthus spp., are cultivated on an industrial scale for bioenergy production and technological purposes. It has been established that high crop productivity is possible even at low costs. In Russia, the problem of growing Miscanthus for biomass production is poorly understood, and the features of fertilizer application for this crop have been practically unstudied. Miscanthus is a new crop for Siberia. The problem of fertilizer application under Miscanthus plantings remains insufficiently studied due to the diversity of climatic and soil conditions, as well as species characteristics of the crop. At the same time, the majority of publications are devoted to the species M. giganteus, which differs from the species M. sacchariflorus in the structure of the root system. The paper presents long-term experimental data on a set of problems associated with the use of nitrogen fertilizers for the Miscanthus crop in Siberian conditions. It has been established that nitrogen fertilizers, without affecting the yield, lead to a decrease in the quality of raw materials due to an increase in the proportion of leaves in the phytomass and an increase in the infestation of rhizomes with fusarium infection; in addition, a decrease in the accumulation of organic matter in the soil is noted when nitrogen fertilizers are applied. The aim of this work is to determine the feasibility of using nitrogen fertilizers under perennial plantings of Miscanthus cultivated in the continental conditions of Siberia: to assess the effect of fertilizers on crop yield, plant infestation by phytopathogens, and the dynamics of organic matter in the soil. The studies were conducted on the territory of the experimental station of the SibNIISR — a branch of the Institute of Cytology and Genetics SB RAS (Novosibirsk Province, Central Forest-steppe of the Novosibirsk Ob Region). The effect of nitrogen fertilizer on the size and structure of the Miscanthus sacchariflorus Soranovsky variety yield was assessed in the initial period of plantation formation (2016-2017) and during its maturity (2018-2022). The plantation with a total area of 0.3 ha consisted of 4 blocks, each of which included fertilizer options N0, N30, N60, N90, N120 in 4-fold repetition. P60K30 was added to all plots. Nitrogen fertilizers in the form of ammonium nitrate were added annually in spring. M. sacchariflorus rhizomes were used as planting material. Aboveground phytomass was harvested from 0.25 m2 plots. Underground phytomass was recorded using the monolith method at the stage of drying of aboveground part of plants. The washed rhizomes were visually assessed for the degree of fungal infestation using standard and modified scales. Total carbon accumulation (Corg) was estimated by comparing the soil under fallow (the original soil on which miscanthus was planted) and under an 8-year-old miscanthus plantation (2023). The amount of carbon accumulated in the mobile fraction of soil organic matter (SOM) during the period of Miscanthus growth was determined by comparing the C-CO2 production by soil samples collected under perennial miscanthus plantings and annual fallow. The intensity of nitrate nitrogen accumulation in the soil was determined in a laboratory experiment under optimal hydrothermal conditions using the generally accepted Kravkov method. Over a 6-7-year period of planting M. sacchariflorus variety Soranovsky, the aboveground phytomass reserve reached an average of 12.0 t/ha, underground — 18.0 t/ha. These indicators are close to the average, typical for this species in the world. Nitrogen fertilizer did not affect the accumulation of phytomass, but contributed to the change in its structural elements. During the period of plantation formation under the influence of nitrogen fertilizer, a decrease in the length of the generative shoot by an average 5 %, the number and biomass of panicles by 35 %, an increase in foliage by 9 % were observed compared to the variant without fertilizers. During the maturity period of the plantation, deviations of the parameters from the unfertilized control became more pronounced, especially at fertilizer doses above N60. In the treatments with the application of nitrogen fertilizers, there was an increase in the incidence of rhizomes with fungal infection (15.5 vs 7.7 % without fertilizers). The main pathogens were fungi of the genus Fusarium — F. oxysporum and F. graminearum. Over 8 years, 150-200 kg C/ha of the mobile fraction of SOM and about 0.05 % of total carbon accumulated annually in the soil under the Miscanthus plantation, which corresponds to the parameters typical of traditional perennial grasses. The rate of carbon accumulation in the soil did not increase with the age of the plantation. The application of N120 resulted in a decrease in the amount of mobile SOM accumulation by approximately 50 % compared to the variant without fertilizers (104 versus 220 kg C/ha per year). In autumn, during the period of drying of aboveground phytomass, the content of mineral nitrogen in the soil was low in all experimental variants. At the same time, the mineralization potential of the soil increased as the nitrogen dose increased. Thus, nitrogen fertilizers did not increase the yield of M. sacchariflorus when grown on the Grey-Luvic Phaeozem soil of the Ob region, increased the incidence of fusarium rot in rhizomes, and reduced the rate of organic matter accumulation in the soil. Therefore, in the conditions of the Central forest-steppe of the Novosibirsk Ob region, it is not advisable to use nitrogen fertilizers in cultivation of M. sacchariflorus variety Soranovsky.
Keywords: bioenergy crops, Miscanthus sacchariflorus, cv. Soranovsky, aboveground phytomass, nitrogen fertilizers, Fusarium fungi, soil carbon accumulation.
1Сибирский НИИ растениеводства и селекции — 2ФГБУН Сибирский федеральный научный центр | Поступила в редакцию Принята к публикации |
