Авторы: D.M. Sullivan, B.C. Strik and D.R. Bryla.
Аннотация: голубика (Vaccinium corymbosum L.) - кальцифуга (кислотолюбивое растение), которое благоприятно реагирует на мульчирование органическим веществом (ОВ). До недавнего времени большинство посадок голубики на северо-западе США выращивалось под мульчей из опилок дугласовой пихты, а для компенсации азота, иммобилизованного при разложении опилок, вносились дополнительные азотные удобрения. В октябре 2006 г. в г. Аврора (штат Орегон, США) было проведено полевое испытание для оценки альтернативных мульчей (как частичной, так и полной замены опилок) в рамках сертифицированной органической системы. В качестве мульчи использовались: только опилки (глубина 9 см), компост из дворового мусора (4 см), покрытый опилками (5 см), и геотекстильный мат от сорняков. Обработки проводились при посадке и являлись одним из компонентов факторного испытания, включавшего два сорта ("Дюк" и "Либерти"), две конфигурации грядок (приподнятая и плоская), два источника удобрений (рыбная эмульсия и перьевая мука) и две нормы внесения удобрений (низкая и высокая). После четырех вегетационных сезонов проводилось повторное внесение органической мульчи и замена подстилки из сорняков. Средняя суммарная урожайность за первые 5 лет плодоношения (2008-12 гг.) составила 9,0 кг/растение при использовании опилок, 9,3 кг/растение при использовании "компост + опилки" и 9,6 кг/растение при использовании сорнякового мата; при этом наибольшую суммарную урожайность, независимо от мульчи, дала обработка "Либерти", удобренная низкой или высокой нормой перьевой муки. Через 5-6 лет после посадки ОВ в почве составляло 37 г-кг-1 в варианте "компост + опилки", 32 г-кг-1 в варианте с опилками и 30 г-кг-1 в варианте с сорным матом. pH почвы оставался в оптимальном для голубики диапазоне при каждой обработке (pH 4,5-5,5), но содержание K в почве на глубине 0-20 см было выше при использовании "компост + опилки" (400 мг-кг-1), чем при использовании опилок или сорной травы (по 250 мг-кг-1). Концентрация питательных веществ в листьях, включая K, Ca и Mg, не зависела от способа мульчирования. В целом, данное исследование показало, что внесение компоста из дворовых отходов дало значительный эффект для поддержания ОВ в почве и увеличило содержание К в почвенном тесте, но не оказало никакого влияния на концентрацию питательных веществ в тканях листьев голубики в течение 6 лет.
ВВЕДЕНИЕ
Развитие рынка органических удобрений для голубики в последние годы стимулировало интерес к использованию компоста для обеспечения органическим веществом (ОВ) и питательными веществами, а также, возможно, для стимулирования благоприятной деятельности почвенных микроорганизмов. Сохранение ОВ в почве особенно важно для голубики, поскольку она является долголетним многолетником и лучше всего адаптирована к почвам с высоким содержанием ОВ (20+ лет). Пригодность компоста для голубики оценивалась в горшечных опытах (почва с добавлением 30% компоста в/в; Costello, 2011). Компост из дворовых отходов был определен как один из лучших кандидатов для дальнейшей оценки в полевых условиях, поскольку он широко доступен, а его химические и физические свойства относительно постоянны. Несмотря на то, что компост из дворовых отходов из западного Орегона имеет высокий уровень pH (>7), он обладает относительно низкой буферной способностью и обычно не повышает pH почвы выше допустимого для голубики уровня (Costello, 2011). Протокол лабораторных испытаний для определения требований к подкислению компоста может быть использован для количественной оценки способности компоста замещать известь, что позволяет оценить влияние компоста на pH до внесения в почву (Costello and Sullivan, 2013).
Мульчирующие материалы, использовавшиеся в данном испытании, были выбраны с учетом мнения местной группы производителей и промышленников и включали опилочную мульчу (стандартная практика), компост, покрытый опилочной мульчей, и сорняковый мат (тканый геотекстиль). Подстилка из сорняков - это новый вариант мульчирования, экономическое преимущество которого заключается в снижении затрат на борьбу с сорняками (Julian et al., 2012). В данной работе рассматривается реакция растений голубики (урожайность ягод и концентрация питательных веществ в листьях) на изменения питательного состояния почвы, связанные с обработкой мульчей в течение первых 5 лет плодоношения (2-6-й годы после посадки). Данные о реакции на мульчирование за первые 2 года испытаний (2007-08 гг.) были представлены ранее (Larco et al., 2014). Также сообщалось о других аспектах первых лет испытания, включая экономическую отдачу (Julian et al., 2012), рост корней и побегов (Larco et al., 2013a), динамику питательных веществ в почве и растениях (Larco et al., 2013b).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Долгосрочное испытание, о котором здесь рассказывается, было начато в 2006 г. на участке площадью 0,43 га, переходящем к сертифицированному органическому производству USDA Organic, в Центре исследований и развития Северного Уилламетта (NWREC; 45°16'47.55 "N, 122°45'21.90 "W), расположенном в Авроре, штат Орегон, США. Почва на участке - иловатый суглинок Willamette. Испытание состояло из 48 обработок в рамках факториальной схемы 2 × 4 × 2 × 3 с разбивкой на участки с пятью репликами. Основными участками были грядки (приподнятые грядки или плоская земля), под-участками - нормы и источники удобрений (2 нормы × 2 источника), под-участками - сорта голубики ("Либерти", "Дюк") и мульчирование ("компост + опилки", опилки или сорняковый мат). Подсубплощадки имели длину 4,6 м и содержали по шесть растений. Расстояние между растениями составляло 0,76 м на 3 м (4 385 растений/га). Полив растений осуществлялся капельным способом, а норма полива регулировалась таким образом, чтобы поддерживать содержание влаги в почве на одинаковом уровне для всех обработок. Дополнительные подробности эксперимента приведены в работе Larco et al. (2013a, b). В качестве мульчи использовались: а) опилочная мульча из пихты дугласа (Pseudostsuga menziesii) (глубина 9 см; 360 м3-га-1); б) компост (мусор с двора, глубина 4 см; 152 м3-га-1) плюс опилки пихты дугласа (глубина 5 см; 200 м3-га-1) сверху; в) сорняковый мат (ландшафтная ткань) с опилочной мульчей (5 см) в посадочной яме диаметром 20 см (1,4 м3-га-1). Мульча была первоначально внесена в 2006 г., а затем повторно (органическая, январь 2011 г.) или заменена (сорняковый мат, декабрь 2010 г.) после четырех вегетационных сезонов. Компост из дворового мусора поставлялся компанией Rexius Inc. (Юджин, штат Огайо, США). Он был приготовлен из смеси обрезков деревьев и кустарников, собранных в ходе уборки городских дворов. Компостирование проводилось на открытом воздухе в валках, при этом активное компостирование (>50°C) продолжалось ≈30 дней, а затем 90-180 дней - при более низких температурах. Общее количество питательных веществ в 4 см компоста, внесенного в 2006 г., составило ≈610 кг-га-1 N, 130 кг-га-1 P и 310 кг-га-1 K. В январе 2011 г. был внесен компост на глубину 2,5 см, что обеспечило поступление ≈380 кг-га-1 N, 80 кг-га-1 P и 190 кг-га-1 K. В качестве удобрений использовались гранулированная перьевая мука (13% N) или рыбная эмульсия в количестве 29 и 57 кг/га-1 N в год в 2007-09 гг. В 2010-12 гг. нормы были увеличены до 57 и 114 кг-га-1 N в год. В 2007-12 гг. перовую муку разбрасывали поверх органической мульчи или под сорную подстилку (открытую для внесения). Рыбная эмульсия разбавлялась 10 частями воды (v/v) и вносилась вручную в виде траншеи вокруг основания растений в 2007-09 годах, в 2010 году - боковым опрыскиванием с каждой стороны ряда, а в 2011-12 годах - через систему капельного полива. Обрезка растений начиналась на второй год после посадки (2008 г.). Ягоды собирали вручную еженедельно и взвешивали для определения урожайности. Экстрагируемые питательные вещества почвы и концентрацию питательных веществ в листьях определяли по стандартным методикам в Brookside Laboratories, Inc. (New Bremen, OH). Образцы почвы отбирались в октябре или ноябре каждого года со всех участков, где выращивался сорт "Дюк". Почва отбиралась на глубину 20 см (после удаления поверхностной мульчи), около центра грядок, на расстоянии ≈30 см от кроны одного растения на каждой делянке, и подготавливалась к анализу путем высушивания на воздухе и просеивания (2-мм сетка). Экстрагируемые питательные вещества определяли на спектрофотометре с индуктивно-связанной плазмой (ИСП) после экстрагирования образцов по методу Мелиха 3 (Mehlich, 1984). ОВ почвы определяли методом потери при прокаливании при 360°C (Nelson and Sommers, 1996). pH почвы определяли по методу 1:1 почва:вода (McLean, 1982). Листья
Образцы листьев собирали в трех повторностях в начале августа каждого года в соответствии со стандартной практикой (Hart et al., 2006). Листья высушивались в печи, измельчались и анализировались на содержание азота с помощью анализатора горения, а на содержание других питательных веществ - с помощью спектрофотометра ICP после влажного озоления образцов в азотной/перхлорной кислоте (Gavlak et al., 1994).
Результаты и их обсуждение
Анализ компоста и опилок
Анализ органической мульчи был последовательным между первоначальным внесением при посадке и повторным внесением через 4 года. Содержание питательных веществ в опилках было низким по сравнению с компостом (табл. 1). Показатель C:N опилок (500) был характерен для древесной мульчи. В настоящее время для компенсации азота, иммобилизованного слоем опилок глубиной 8 см, рекомендуется вносить дополнительное азотное удобрение (25 кг-га-1) (Hart et al., 2006).Характеристики компоста из дворового мусора (C:N 24, NO3-N < 100 мг-кг-1, скорость дыхания < 2 мг CO2-C на г C в сутки) свидетельствуют о полном отверждении компоста с низким потенциалом минерализации азота (Sullivan and Miller, 2001).Низкий уровень минерализации азота из компоста, вероятно, полезен при выращивании голубики.Высокий уровень доступного для растений азота часто негативно сказывается на развитии голубики (например, Bañados et al., 2012; Larco et al., 2013a). Химические характеристики компоста из дворовых отходов соответствовали общим критериям отбора компостов, которые недавно были предложены для использования под голубику:EC < 2 дС-м-1 по методу 1:5; общий K < 10 г-кг-1; C:N 12-25 (Sullivan et al., 2014). Для подкисления pH компоста до 5,0, когда весь So окисляется до H+, требуется ≈6 г-кг-1 элементарного S (So) от того же поставщика (Rexius Inc.) (Costello et al., 2011).Кислотонейтрализующая способность компоста (выше pH 5), примененного в данном исследовании, была эквивалентна ≈1 Мг-га-1 CaCO3 при норме внесения компоста 2006 г. (т.е. 152 м3-га-1 или 50 Мг-га-1). Кислотонейтрализующая способность компоста (выше pH 5), примененного в данном исследовании, была эквивалентна ≈1 Мг-га-1 CaCO3 при норме внесения компоста 2006 г. (т.е. 152 м3-га-1 или 50 Мг-га-1).
Влияние мульчи на суммарный урожай ягод
Обработка сортов и органическими удобрениями оказала большее влияние на суммарный урожай ягод, чем обработка мульчей (табл. 2). Сорт 'Дюк' имел меньшую урожайность, чем 'Либерти', и был более чувствителен к снижению урожайности при удобрении рыбной эмульсией. Кумулятивный урожай ягод (2008-12 гг.) был самым высоким у сорта 'Либерти', удобренного как низкой, так и высокой дозой перьевой муки (табл. 2). В варианте "Либерти" + перьевая мука относительная урожайность составила 100% при использовании сорнякового мата, 95% при использовании "компост + опилки" и 85% при использовании мульчи из опилок. В среднем за период с 2008 по 2012 гг. суммарная урожайность ягод составила 9,0 кг/растение при использовании опилок, 9,3 кг/растение при использовании компоста + опилок и 9,6 кг/растение при использовании сорнякового мата (данные по отдельным годам не показаны). Годовая урожайность в ходе исследования увеличивалась с течением времени, поэтому суммарные данные по урожайности в наибольшей степени отражают урожайность, наблюдавшуюся в последние 2 года исследования. Статистический анализ по годам показал, что в 4 из 5 лет мульчирование сорным матом было одним из самых высокоурожайных, компост + опилки - в 3 из 5 лет, а опилки - только в 1 год (2011).
Влияние мульчи на содержание питательных веществ в почве и растениях
Несмотря на то, что компост обеспечивал высокое содержание общего азота, он обеспечивал низкое количество доступного для растений азота, который был доступен голубике. Органические удобрения обеспечили гораздо больше доступного для растений азота, чем компост. Органический азот, поступающий с перьевой мукой или рыбной эмульсией, часто быстро минерализуется до доступного растениям минерального азота, причем от 60% до 75% общего азота минерализуется через 4 недели после внесения (Gale et al., 2006). В данном опыте использовался компост из древесного мусора с относительно высоким соотношением C:N (24). Минерализация доступного растениям азота из древесного компоста в первый вегетационный период после внесения обычно близка к нулю (Gale et al., 2006; Prasad, 2009), а в последующие годы минерализуется около 3% от общего количества азота (Hartz et al., 2000; Kusonwiriyawong et al., 2013). Прогнозируемый минерализованный азот из компоста (3% от общего азота) составлял ≈20 кг-га-1 азота в год в 2008-12 гг. Отсутствие реакции голубики на азот из компоста в данном опыте может быть связано с 1) смешиванием компоста с опилками на поверхности почвы (что приводит к иммобилизации азота), 2) отсутствием синхронности между сроками минерализации азота из компоста (лето) и его поглощением голубикой (весна и начало лета; Bañados et al., 2012), и/или 3) малым количеством доступного для растений азота, поступающего из компоста, по сравнению с удобрениями. ОВ в почве при использовании компоста + опилок было неизменно выше, чем при использовании одних опилок или сорной подстилки (табл. 3). Хотя компост при внесении содержал меньший процент ОВ, чем опилки, он обладал большей устойчивостью (меньшая скорость дыхания) и в 3 раза большей насыпной плотностью (табл. 1). Увеличение ОВ в почве в результате внесения компоста (+5 г-кг-1 по сравнению с опилками в 5-6 годы) составляет ≈15-20% от внесенного ОВ компоста. Это значение является лишь приблизительным, поскольку насыпная плотность почвы оценивалась (1,3 г-см-3), компост вносился по объему (на глубину), а не по весу, и часть ОВ компоста могла быть перемещена ниже глубины отбора проб червями или другими механизмами (например, грызунами).Наблюдаемое в настоящем исследовании увеличение ОВ почвы ниже, чем в предыдущих исследованиях древесных компостов, внесенных в супесчаную почву, которая впоследствии была засеяна овсяницей высокой (Sullivan et al., 2003).В этом исследовании увеличение ОВ почвы составило 35% от ОВ компоста через 3 года после внесения и 18% через 7 лет. Ожидается, что под травой (Sullivan et al., 2003) ОВ сохраняется в большей степени, чем под голубикой (настоящее исследование). В целом, измерения pH и катионов в почве показали относительно небольшие изменения pH с течением времени для данной системы органического земледелия.Во все годы исследования pH почвы оставался в пределах целевого диапазона для голубики (4,5-5,5) (табл. 3).Только в 1 из 5 лет (2012 и 2008 гг. соответственно) рН почвы был ниже, чем при использовании опилок или сорняковой подстилки. Обработка "компост + опилки" имела самый высокий pH в 1 из 5 лет (2008 г.) и более высокий pH, чем только опилки, в 3 из 5 лет.Сумма обменных катионов (рис. 1) является более стабильным показателем кислотности почвы, чем pH, поскольку не подвержена сезонным колебаниям в связи с изменением содержания растворимых солей в почвенном растворе. Более высокие значения катионов указывают на более высокий уровень pH. Средние за пять лет значения катионов составили 5,3 кмоль(+) кг-1 для опилок, 6,8 для "компост + опилки" и 6,0 для сорного мата. Катионы в почве снижались в течение 2008-10 гг. (рис. 1), что отражает продолжающееся подкисление, и повышались после второго внесения мульчи (январь 2011 г.) и последующего увеличения нормы внесения органических удобрений (2011-12 гг.). Мы ожидали, что на сорном мате будут самые низкие показатели обменных катионов и pH (из-за повышения температуры почвы и больших потерь ОВ при разложении), однако анализ почвы противоречит этой гипотезе. К в почвенном тесте "компост + опилки" был выше, чем в опилках или сорном мате (табл. 3; рис. 1). К, измеренный в почвенном тесте, отражает баланс между вымыванием К+ (медленным) и внесением К с компостом и рыбными удобрениями (рис. 1). В период 2008-2010 гг. содержание K в почвенном тесте снижалось, а после второго внесения органической мульчи в январе 2011 г. оно вновь стало более высоким (рис. 1). Некоторое увеличение содержания K в почвенном тесте, наблюдавшееся при всех видах мульчирования в 2011-12 годах, было связано с более высокой нормой внесения рыбных удобрений в эти годы. Различия в содержании питательных веществ в почве при разных способах мульчирования не отразились на концентрации питательных веществ в листьях (табл. 4). За исключением B и Cu, показатели в тканях листьев находились в пределах рекомендуемых значений (Hart et al., 2006). Содержание Mn в листьях не реагировало на добавление Mn в компост. Содержание Ca, Mg и K в листьях оставалось стабильным при разных способах мульчирования, несмотря на значительное увеличение содержания K в почве. В случае избыточного поступления K в почву у голубики отмечалось повышение содержания K в листьях и снижение содержания Mg в листьях (что указывает на возможный дефицит Mg) (Costello, 2011; Forge et al., 2013). В настоящем исследовании значения K в листьях были самыми высокими при использовании рыбной эмульсии. Растения, получающие большое количество азота, обычно поглощают больше K и в большей степени подвержены дефициту Mg (Cummings, 1985). В данном исследовании даже растения, получавшие большое количество N и K из рыбной эмульсии, а также K из обработки "компост + опилки", не испытывали дефицита Mg.
ВЫВОДЫ
Данное исследование показало, что компост из древесных отходов дает значительный выигрыш в сохранении ОВ почвы и, по сравнению с опилками, незначительное увеличение урожайности ягод. Эти преимущества не переросли в экономическую выгоду из-за высокой стоимости борьбы с сорняками и стоимости самого компоста (Julian et al., 2012). Концентрация питательных веществ в почве и тканях листьев не была сильно связана с реакцией урожайности голубики на мульчирование. Дворовый Компост из мусора увеличил содержание K в почвенном тесте, но это увеличение не оказало заметного влияния на катионы в листьях и на урожайность ягод в течение всего периода исследований. Мы пришли к выводу, что компост из дворовых отходов имеет потенциал для использования в системах выращивания голубики. В будущем необходимо оценить использование компоста в сочетании с менее дорогостоящими системами борьбы с сорняками. Одним из возможных вариантов является покрытие компоста матом от сорняков.
