Кормовые бобы высокобелковая кормовая культура. Монография

К. Г. Магомедов

В монографии освещены современные тенденции производства кормовых бобов в России. Раскрыты значение, морфологические и биологические аспекты культуры и дана характеристика основных сортов. На основании результатов исследований кафедры агрономии КБГАУ и обобщения данных других научно-исследовательских учреждений изложена технология получения высоких урожаев в одновидовых и смешанных посевах кормовых бобов.Книга предназначена для широкого круга читателей.

4. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

Из всех зерновых бобовых растений кормовые бобы наименее требовательны к теплу и отличаются значительной холодостойкостью. Семена их прорастают при температуре +2, +3°С, для появления полноценных всходов необходима температура до +6°С. Всходы переносят кратковременные заморозки до — 7°С. При цветении и созревании плодов возможны повреждения растений при температуре — 3°С. В биохимических исследованиях А. Дроздова (2000) выявлено, что при температуре — 3… — 6°С происходят изменения содержания азотистых и фосфорных соединений в листьях, общее содержание которых, в основном, не изменяется, но меняется их фракционный состав, что ведет к нарушению хода синтетических процессов. Направленность биохимических реакций смещается в сторону гидролиза, усиливаются реакции аминирования и переаминирования, повышается содержание нежелательных продуктов протеолиза. Однако данные процессы носят обратимый характер, так как концентрация продуктов распада не достигает уровня, приводящего к гибели растений.

Морозостойкость растений бобов отрицательно связана с различными косвенными признаками, такими как скороспелость, высота и масса растений. Таким образом, наиболее морозостойкие формы характеризуются медленным развитием, низкорослостью и мелколистностью.

Оптимальные температуры для развития растений +15…+20°С. Температура выше +30°С угнетает культуру, особенно в фазе цветения; при такой температуре не происходит накопление органических веществ, так как много энергии расходуется на дыхание.

Для развития растений кормовых бобов и получения стабильного и высокого урожая нужны оптимальные температуры на протяжении всего периода вегетации, которые на всех этапах их развития превышают минимальные температуры на 8—12°С. Сумма эффективных температур для полного развития и плодоношения кормовых бобов за весь вегетационный период колеблется от 1800°С для раннеспелых сортов и до 2400°С для позднеспелых.

Температурой обусловливается скорость развития растений кормовых бобов. Их вегетационный период в зависимости от сорта и условий произрастания может составлять от 90 до 145 дней. Считается, что при достаточном количестве тепла и влаги скороспелые сорта бобов созревают за 90—100 дней, среднеспелые — за 105—125, позднеспелые — за 125—145 дней. Период от всходов до цветения у бобов является сортовым признаком, поэтому более постоянный, чем период от цветения до полного созревания, на продолжительность которого большое влияние оказывают погодные условия. По данным Ю. С. Тюрина (1982), большее влияние на продолжительность развития растений оказывает температура и меньшее — осадки.

По данным одних авторов наиболее скороспелыми и холодостойкими являются мелкосеменные формы с темноокрашенными семенами. Другие считают, что крупносемянность способствует увеличению скороспелости.

Вообще, культура приспособлена к таким условиям, когда температура почвы на 2—3°С ниже температуры воздух. От температуры почвы зависит и число дней от посева до всходов: при температуре почвы 3°С всходы появляются на 17-й день, при 10°С — на 14-й день, при 20°С — на 7-й день.

Происхождение культуры обуславливает некоторую требовательность растений к влаге. Для набухания и прорастания семян они требуют 100—120% влаги от их массы. Оптимальной для прорастания семян кормовых бобов является влажность выше 15 мм в слое почвы 0—10 см. При влажности почвы менее 5 мм бобы не дают всходов. В процессе вегетации кормовые бобы 90% воды потребляют из горизонта почвы 0—80 см.

На создание единицы сухого вещества расходуют 750—800 единиц воды. Потребность во влаге сильно увеличивается с начала цветения. При снижении влажности почвы в период налива зерна до 40% наименьшей влагоемкости происходит разрушение симбиотического аппарата. При засухе цветки верхней и средней части под действием высоких температур и отсутствия влаги засыхают, но происходит ускорение созревания нижних бобов. На двух-, трехнедельный перерыв в осадках при высоких температурах воздуха и сильном прогревании почвы растения обычно бурно реагируют, вплоть до сбрасывания листьев.

По обобщенным данным П. П. Вавилова и Г. С. Посыпанова (1983) по урожайности зернобобовых за 14 лет в Нечерноземной зоне кормовые бобы сильнее реагируют на недостаток влаги, чем горох или соя, но лучше других зернобобовых.

Урожайность кормовых бобов повышается с увеличением влагообеспеченности (табл.5).

Избыток влаги тоже опасен, так как уменьшается процент оплодотворенных цветков, увеличивается заболеваемость растений, обнаруживается способность бобов к израстанию. Установлено, что семена, полученные в более благоприятных условиях, дают повышенный урожай зерна и зеленой массы.

Немаловажным фактором, определяющим урожай семян кормовых бобов, являются почвенные условия. Лучшими для бобов являются глубокие связные почвы с большим количеством органических веществ, способных удерживать влагу. Оптимальная плотность почвы 1,1—1,2 г/см³. В районах с достаточным количеством осадков бобы могут расти даже на каменистых, песчаных и глинистых почвах.

Таблица 5 — Урожайность бобовых культур (т/га) в зависимости от влагообеспеченности (по данным П. П. Вавилова, Г. С. Посыпанова)

Культура отличается недостаточной солеустойчивостью, причем масса клубеньков на корнях растений более чувствительна к засолению, чем их число. Лишь способность к большой аккумуляции ионов Na⁺, К⁺, Са²⁺в корнях и стеблях некоторых сортообразцов снимает отрицательные метаболические последствия солевого стресса.

Кормовые бобы плохо переносят близкое залегание грунтовых вод и наличие в почве кадмия и подвижного алюминия. По терпимости к кислотам кормовые бобы входят во вторую (из 4-х) группу среди зернобобовых, т.е. они выдерживают такую кислотность, при которой образуются лишь отдельные клубеньки. Критической для них является рН 4,1. Оптимальная кислотность почвы для бобов — 6,5.

Кормовые бобы хорошо используют дополнительные питательные вещества, особенно, на первых фазах развития. Особое внимание нужно уделить достаточной обеспеченности почвы фосфором и калием, так как вынос из почвы питательных веществ составляет около 40 кг/га фосфора и 150 кг/га калия. На холодных, с незначительным содержанием органического вещества почвах эффективна стартовая доза азота 20 кг/га. На плодородных почвах азот не вносят.

Что же касается влияния продолжительности дня на общее развитие растений кормовых бобов, оптимальная его продолжительность для вегетативного и репродуктивного развития не совпадают: для первого оптимальной продолжительностью является 12-ти часовой, для второго — 18-ти. часовой день.

Общепринято, что бобы — культура длинного дня. Однако, их цветение необязательно должно проходить при определенной продолжительности освещения, они могут цвести как на коротком, так и на длинном дне. Реакцией растений кормовых бобов на увеличение светового периода является ускорение появления листьев и формирование цветочных почек, а спектральный состав света в фазе цветения и плодообразования может влиять на элиминацию цветков. Таким образом, реакция кормовых бобов на длину дня — количественная.

У обыкновенных кормовых бобов основной стебель продолжает расти до конца вегетации. Обычно кормовые бобы зацветают через 40 дней после посева и продолжают цвести в течение 30—40 дней. В обильные по осадкам прохладные годы бобы цветут более длительный период. Часто, когда нижние бобы уже готовы к уборке, в верхней части стебля вновь образуются бутоны и распускаются новые цветки, растения начинают ветвиться из пазух листьев, что вынуждает проводить чеканку с целью ограничения завязывания цветков, а также бобов, не обеспечивающих получение товарного зерна. Семенные посевы обыкновенных кормовых бобов в фазе биологической спелости нижних бобов (за 5—7 суток до уборки) необходимо обрабатывать десикантами.

Значительно упрощает процесс получения полноценных семян и фуражного зерна выращивание сортов кормовых бобов детерминантного (завершенного) типа развития, которые не нуждаются в чеканке, десикации и могут с успехом выращиваться в смешанных посевах с овсом и ячменем, что позволяет получать зернофураж с повышенным содержанием протеина непосредственно в поле.

4.1. Фенологическая шкала кормовых бобов

В процессе развития бобов видимые морфологические изменения отдельных органов и габитуса растения отмечают по следующим фенологическим фазам: появление всходов, фаза третьего-четвертого листа, ветвление, бутонизация, цветение и три фазы спелости семян — молочная, восковая и полная. В Западной Европе принято делить рост и развитие этой культуры на более подробные макро — и микрофазы (код ВВСН), которые приводит Шпаар Д. и др. (табл. 6) (цитируется по В. В. Коломейченко, 2007).

На практике фазу созревания делят на два периода:

— Начало созревания, когда семена бобов перестают увеличиваться, семенной рубчик и семенная оболочка окрашиваются в типичный для данного сорта цвет.

— Полная спелость характеризуется тем, что семена и бобы большинства кистей полностью созревают, листья засыхают и начинают осыпаться, стебель грубеет. Шпаар Д. описал четыре стадии спелости семян зернобобовых культур:

— зеленая или молочная спелость: листья, бобов и семена (в верхней части растений) еще зеленые, семена мягкие, содержимое семян молочное, содержание влаги 60%;

— желтая, бурая спелость: листья и бобы изменяют окраску, начинается типичное для данного вида опадение, семена принимают свойственную для данной формы окраску; спелость семян восковая; содержание влаги более 40%;

— начало полной спелости: все части растений изменили окраску; листья почти все опали, бобы желтые, содержимое семян твердое, содержание влаги 20%.

— полная спелость: все вегетативные части растения сухие, жесткие и отмершие, бобы отчасти растрескались, содержание семян твердое, содержание влаги меньше 20%.

По фазам развития выделяют 12 этапов органогенеза, которые дают полную картину развития растений.

Первый этап характеризуется формированием конуса нарастания и первых зародышевых листьев почки, свойственен внутрипочечной фазе развития побега.

На втором этапе начинают интенсивно формироваться настоящие стеблевые листья и междоузлия стебля. У бобов процессы заложения и роста междоузлий стебля идут синхронно. Верхушечный конус нарастания главного и боковых побегов в течение всего онтогенеза остаётся на втором этапе органогенеза, а генеративные органы развиваются из конусов пазушных почек.

Третий этап органогенеза характеризуется увеличением размеров конуса нарастания и формированием оси соцветия.

На четвертом этапе у бобов в пазухах листьев образуются генеративные побеги. Одновременно с этим верхушечный конус нарастания, вплоть до формирования плодов в нижних ярусах, продолжает продуцировать новые листья и новые генеративные почки.

Формирование органов цветка происходит на пятом этапе органогенеза, микро — и мегаспорогенез — на шестом.

Седьмой этап характеризуется формированием мужского женского гаметофитов.

Восьмой этап совпадает с фазой видимой бутонизации. При самоопылении процесс опыления происходит внутри бутона.

На девятом этапе — цветение, у самоопыляющихся растении данный процесс сводится к раскрытию цветка, в то время как у перекрестноопыляющихся происходит опыление и оплодотворение.

Десятый этап органогенеза характеризуется усиленным ростом плода в длину и ширину, в конце этапа плод достигает размеров, свойственных виду.

Рисунок 1 — Основные микрофазы роста и развития кормовых бобов

На одиннадцатом этапе семена растут за счет отложения запасных питательных веществ в семядолях.

Двенадцатый этап органогенеза связан с созреванием семян. В это время, происходит окончательный отток веществ в семядоли не только из плодовых створок, но и из семенной кожуры, а в конце — из всех органов растения, в результате чего растения отмирают.

С точки зрения функционального значения формирующихся органов, выделяют три основных периода:

первый период — формирование вегетативных органов соответствует 1и II этапам органогенеза;

второй период — дифференциации генеративных органов — III, IV, V, VI, VII, VIII этапам органогенеза;

третий период — формирование и созревание плодов и семян — X, XI, XII этапам.

4.2. Требования к факторам жизни и условиям произрастания

Требования к теплу. Среди зерно бобовых бобы относятся к наиболее холодостойким. Кормовые бобы во время роста и формирования плодов нетребовательны к теплу. Минимальная температура прорастания семян 3—4 °С, всходы переносят заморозки до — 5 °С. При среднесуточной температуре 10 °С всходы появляются только через 20—25дней, а при 15—17 °С — через 8—10 дней. Оптимальная температура для роста и развития 18—20 °С, для формирования репродуктивных органов — 22—24 °С, для цветения — 25—27 °С, для формирования бобов — 20—22 °С и созревания — 18—20 °С. Температура 25 °С и выше вызывает опадение цветков и угнетает рост растений. Сумма активных температур для созревания семян скороспелых сортов должна быть 1800 °С, позднеспелых — 2400 °С.

Холодостойкость бобов позволяет выращивать их на Кавказе с осени под зиму как озимые формы, хотя настоящих озимых у бобов нет.

Требования к влаге. К влаге бобы более требовательны, чем другие зернобобовые культуры. Для прорастания им необходимо 90—120% воды от их собственной массы. В связи с этим большое значение для получения высокого урожая имеют оптимальные сроки посева. Большая потребность бобов в воде ограничивает возможность выращивания этой культуры в нашей стране. Много влаги бобы используют также в период от прорастания до начала созревания семян. Отрицательное влияние засух как почвенной, так и воздушной проявляется в снижении количества завязавшихся плодов и в опадении завязей, осыпаются цветки, почки и мелкие бобы. В условиях оптимальной влажности получают более крупные семена, чем в засуху. Потенциально бобы являются высокоурожайной культурой. Однако из имеющихся на растении 300—700 семяпочек (в зависимости от сорта) по различным причинам, в том числе и из-за нехватки влаги, семян завязывается всего — 4% от возможного количества. Только 13,6% цветков завязывают нормальные бобы, сохраняющиеся до уборки.

Обилие влаги в конце вегетационного периода задерживает созревание семян. Коэффициент транспирации около 800. В засушливое лето урожаи семян бывают низкие.

Кормовые бобы при выращивании требуют, в зависимости от почвенных условий, от 600 до 700 мм годичных осадков.

Бобы чувствительны к недостатку влаги, начиная с ранних стадий развития. При слишком жаркой и сухой погоде в период цветения формируется мало завязей, которые при недостатке влаги после цветения погибают. Поэтому колебания урожаев в отдельные годы очень большие.

Требования к свету. Бобы относятся к растениям длинного дня. В условиях короткого дня цветение и плодоношение задерживаются. Цветение начинается через месяц после появления всходов и продолжается снизу вверх по стеблю в течение длительного времени, когда нижние бобы уже заканчивают налив. Длительное цветение приводит к растянутому созреванию. Сорта, произрастающие в разных регионах, неодинаково реагируют на длину дня. Выявлено четыре типа реакции по началу цветения: длиннодневные (основная часть), короткодневные, промежуточные и нейтральные. Такая дифференциация свидетельствует о больших возможностях изменения культуры.

Продолжительность периода вегетации 90—140 дней. С продвижением на север вегетационный период укорачивается. Для вегетативного развития растений оптимален 12-часовой световой день, а для продуктивного — 18-часовой.

Требования к почве. Бобы требовательны к почвам. Как правило, высокие урожаи бобов получают на почвах, удерживающих влагу. Такими свойствами обладают торфянисто-болотные и тяжелые глинистые почвы. Супеси малопригодны для возделывания бобов и требуют внесения минеральных и органических удобрений. Лучше всего бобы растут на плодородных, с оптимальной влажностью, нейтральных или слабокислых почвах. Такими обычно бывают дерново — карбонатные и дерново-подзолистые, хорошо окультуренные тяжелые и среднетяжелые, песчаные и суглинистые почвы в севообороте после хорошо удобренного предшественника.

На плодородных почвах и в оптимальных метеорологических условиях Нечерноземья кормовые бобы дают до 45—70 ц/га семян и 250—450 ц/га зеленой массы, благодаря чему они обеспечивают наиболее высокие урожаи протеина (13—20 ц/га) из всех зерновых и зернобобовых культур.

Требования кормовых бобов к элементам питания. Кормовые бобы требовательны к питательным веществам. Потребность в калии особенно высока, причем он поглощается в первые шесть недель роста растений, в то время как поглощение фосфора, кальция и магния происходит равномерно по всему вегетационному периоду, фосфор потребляется значительно меньше, причем кормовые бобы имеют, как и все зернобобовые культуры, высокую усвояемость этого элемента из почвы. Кормовые бобы имеют высокую потребность в азоте. При урожайности 40—60 ц/га потребляется 300—400 кг азота на га. При нормальных условиях они удовлетворяют эту потребность на 70—80% за счет фиксации азота из воздуха клубеньковыми бактериями, остальную часть поглощают из почвы. Во внесении азотного удобрения при нормальных условиях выращивания кормовые бобы не нуждаются. При худших почвенно-климатических условиях внесение «стартовой дозы» азота в фазе «азотного голодания» может быть целесообразным.

Потребность кормовых бобов в микроэлементах, особенно в боре, марганце и молибдене, высокая. Чаще всего встречаются симптомы недостатки бора, особенно при засухе и повышенных показателях рН. При актуальном недостатке бора можно проводить внекорневую подкормку жидкими борными удобрениями.

Кормовые бобы — один из самых лучших азотфиксаторов. Клубеньки на корнях появляются в фазе 2—4 пар листьев, клубеньковые бактерии сохраняют активность до начала созревания бобов. Интенсивное развитие клубеньков наблюдается в период цветения.

Факторы, влияющие на формирование элементов продуктивности кормовых бобов

Анализ состояния кормовой базы Северо-Кавказского региона России и вариантов ее развития указывает на необходимость резкого увеличения высокобелковых бобовых культур и в том числе кормовых бобов. К наиболее эффективным направлениям научного поиска относится рациональное агроэкологическое районирование сортов кормовых бобов, основанное на их агробиологической оценке, учете природных факторов и конструировании агротехнологий.

Кормовые бобы, обладая высоким биологическим потенциалом продуктивности, характеризуются большим колебанием урожаев. Основные причины нестабильности урожаев зерна кормовых бобов и их потерь — продолжительность вегетационного периода, большая потребность во

влаге, которая не всегда удовлетворяется при возделывании культуры, а также неустойчивость к осыпанию.

Один из важных признаков пригодности возделывания сортов кормовых бобов на семена — продолжительность вегетационного периода (от 90 до 140 дней). Бобы с продвижением на север укорачивают свой вегетационный период [95]. Продолжительность вегетационного периода резко колеблется в зависимости от условий произрастания. У раннеспелых форм она составляет в среднем 90—105 дней, у среднеспелых — 110—125 и у позднеспелых 130—145 дней [9].

От продолжительности вегетационного периода в значительной степени зависит урожайность зеленой массы бобов. Так, в опытах Института кормов позднеспелый сорт Украинский имел урожайность зеленой массы 28 г с 1 га, среднеспелый сорт Эстонский — 19,5 т с 1 га, раннеспелый сорт Омский 14,5 т с 1 га. Из этих данных видно, что позднеспелые формы и сорта могут давать значительный урожай зеленой массы [114].

В опытах Московского отделения ВИР (1962 г.) период вегетации всех сортов был сильно растянут и у большинства из них массового (75%) созревания не было. Чувствительность к погодным условиям в фазы цветения и созревания и относительно длинный период генеративного развития — основные причины нестабильности урожаев кормовых бобов. Урожай зерна большинства сортов кормовых бобов находится в прямой зависимости от продолжительности сроков цветения. Результаты опытов показывают, что сумма температур в период «всходы — начало цветения» тесно коррелирует с его продолжительностью. Удлинение этого срока на день соответствует повышению термической константы на 12,1 °С (по Благовещенской, 1984).

Исследования, проведенные во ВНИИ зернобобовых и крупяных культур со 136 образцами коллекции ВИР разного эколого-географического происхождения, показали, что вегетационный период определяется не только биологическими особенностями генотипов, но и погодными условиями [11]. Так, при жаркой погоде и недостатке влаги продолжительность вегетации разных образцов составила 80—103 дня, а в прохладное влажное лето — 133—161 день.

Характерной особенностью кормовых бобов является неравномерность созревания: сначала созревают нижние бобы, затем верхние. При поздней уборке бобы трескаются, семена осыпаются, а при слишком ранней уборке часть семян не успевает сформироваться, что приводит к снижению посевных качеств, к недобору урожая. Установлено, что при перестое растений на корню не растрескиваются те створки бобов, у которых внешне не видно пергаментного слоя [24]. Это свойство учитывается и используется при селекции кормовых бобов на осыпаемость.

Во многих странах, выращивающих кормовые бобы, проводят селекцию сортов на низкорослость (особенно за счет укорочения верхних междоузлий), что обеспечивает более раннее и дружное цветение и созревание, облегчает механизированную уборку. Полученный на Свадефской селекционной станции (Швеция) раннеспелый сорт кормовых бобов Svmg имеет высоту стебля около110 см, что на 22 см (4 междоузлия) короче, чем у сорта Primus, и обеспечивает урожай зерна в благоприятных условиях свыше 5 т/га (Broad beans, 1984). По результатам исследований [62] у районированного в Нечерноземной зоне России сорта Аушра высота растений к уборке составила 138,3 см с высоким расположением бобов (на 7,7 узле) нижнего яруса плодов.

Рост растений, как и темп прироста не остается постоянным, а изменяется в широких пределах в зависимости от многих причин как климатического, так и агротехнического характера. Высота растений кормовых бобов значительно меняется, например, в разные годы выращивания, что объясняется различием внешних условий: увлажнения, тепла, освещения. Растения кормовых бобов [43] в первую половину вегетации растут медленно, давая прирост в высоту от 1 до 3-х см за пятидневку. Во вторую половину вегетации темп роста у них значительно возрастает и прирост составляет 6—7 см.

Размер площади листовой поверхности имеет большое значение для растений кормовых бобов, [37], так как в значительной степени определяет суммарную интенсивность фотосинтеза, а следовательно, и урожайность. Кроме того, вес листьев в общем урожае растений, выращиваемых на зеленый корм, силос, представляет определенный интерес как показатель качества корма: в листьях содержится значительная часть питательных веществ.

Наблюдения показывают, что облиственность растений зависит от фазы вегетации и условий выращивания. Например, в опытах Бебина (1965), количество листьев увеличивается с увеличением густоты стояния растений кормовых бобов. Тем самым улучшается кормовое достоинство зеленой массы.

Биологическая фиксация азота кормовыми бобами наиболее дешевый экологически чистый источник их продуктивности. Наивысшие азотфиксирующей активностью обладают вступающие в симбиоз с бобами клубеньковые бактерии. Высокая эффективность симбиотической азотфиксации обусловлена тем, что этот процесс происходит в специфических структурах, образуемых на корнях бобовых растений (клубеньках).

Количество фиксированного азота растениями кормовых бобов может колебаться в зависимости от условий возделывания, сложившихся погодных условий. Эффективность азотфиксации в большей мере обусловлена сортовыми особенностями кормовых бобов.

В целях ускорения решения проблемы создания прочной кормовой базы в Северо-Кавказском регионе России необходимо возделывание раннеспелых, устойчивых к осыпанию, низкорослых сортов кормовых бобов, что облегчает механизированную уборку, сокращает потери и способствует повышению их продуктивности.