Глава 6. ЗЕРНОВЫЕ БОБОВЫЕ КУЛЬТУРЫ
§1. Общая характеристика зерновых бобовых культур
Народнохозяйственное значение зернобобовых культур . Все зерновые бобовые культуры принадлежат к семейству Бобовые (Fabaceae ) и имеют много общего в биологии растений, приемах возделывания и качестве получаемой продукции. К зернобобовым культурам относятся: горох (посевной и полевой, или пелюшка), кормовые бобы, вика посевная, фасоль обыкновенная, люпин (белый, желтый, многолетний, узколистный), соя, чечевица, чина, нут.
Зерновые бобовые культуры возделывают для получения семян с высоким содержанием белка. Эти культуры делят по хозяйственному значению на: пищевые, кормовые, технические и универсальные. Фасоль и чечевица отличаются высокими вкусовыми и кулинарными качествами, их используют только в питании людей. Чину, нут, кормовые бобы, люпин белый и желтый применяют главным образом в комбикормовой промышленности, хотя в некоторых странах семена нута и люпина белого употребляют в пищу. Соя используется как техническая, пищевая и кормовая культура, не теряя значения масличного сырья. По универсальности использования соя не имеет себе равных среди полевых растений.
В решении проблемы растительного белка весьма важная, если не решающая, роль принадлежит бобовым культурам. В семенах многих культур содержание белка составляет 25 – 30 %, а у сои и люпина – до 35 – 45 %. Зерновые бобовые не только сами обладают высокой кормовой ценностью, но и улучшают использование животными кормов других низкобелковых культур. В семенах многих бобовых содержится большое количество жира: у сои – 16 – 27 %, у нута – около 55, что повышает кормовую ценность этих культур.
Содержание белка в семенах зерновых бобовых культур определяется не столько генотипом сорта и районом выращивания, сколько условиями для симбиотической фиксации азота воздуха – агрохимическими показателями почвы, влагообеспеченностью растений. На кислых, бедных питательными веществами почвах симбиотическая фиксация азота воздуха малоактивна или не происходит совсем, растения испытывают азотное голодание, в результате содержание сырого белка в зеленой массе и семенах бывает минимальным, а урожай – низким. Аналогично влияет на содержание белка недостаток влаги на бедных азотом почвах, когда фиксации азота воздуха не происходит, а доступных форм минерального азота мало. В связи с этим колебание содержания белка у одной и той же культуры в одном районе достигает 10 – 16 % и более.
Ценность семян бобовых культур состоит не только в высоком содержании белка, но и в его полноценности. Содержание основных незаменимых аминокислот в нем в 1,5 – 3,0 раза больше, чем в белке злаков. Преимущества зерновых бобовых перед культурами семейства Мятликовые заключаются также в том, что бобовые производят на единице площади больше белка, качество и усвояемость его выше. Они дают самый дешевый белок, включая в биологический круговорот азот воздуха, недоступный для других растений. Фиксация азота воздуха происходит в процессе симбиоза бобовых с клубеньковыми бактериями рода Rhizobium за счет световой энергии, аккумулированной растением.
Промышленно-сырьевое значение бобовых состоит в том, что их семена используют для приготовления круп, муки, консервов и кондитерских изделий. Масло из семян сои имеет пищевое и техническое значение, фермент уреазу, как и белок фасоли, применяют в медицине. Семена некоторых зерновых бобовых (сои, чины) служат сырьем для получения казеина, пластмасс.
Весь симбиотически фиксированный азот воздуха отчуждается с урожаем зерновых бобовых, но с их органическими остатками в поле остается больше азота, чем с органическими остатками других культур. Поэтому в качестве предшественника они обеспечивают больший урожай последующей культуры, чем другие предшественники.
При благоприятных условиях симбиоза (рН 6 – 7, достаточной обеспеченности фосфором, калием, магнием, бором, молибденом, наличии специфических штаммов клубеньковых бактерий, оптимальной влажности почвы) горох посевной может усвоить за вегетацию до 150 кг/га, бобы кормовые и соя – до 250, люпин белый – до 300 кг/га азота воздуха, при этом урожайность составляет 3,0 – 4,0 т семян с 1 га и более (без затрат азотных удобрений). На практике чаще всего параметры среды бывают неблагоприятны, активность симбиоза ослаблена, фиксируется всего 20 – 60 кг азота воздуха на 1 га, урожайность низкая (1,2 – 1,5 т/га).
В мировом земледелии зерновые бобовые занимают около 13 – 14 % посева зерновых хлебов. По посевным площадям горох и соя занимают первое место, затем – люпин. Фасоль, чечевицу, чину, нут и кормовые бобы возделывают на небольших площадях.
Морфологические и биологические особенности. У всех зерновых бобовых растений есть ряд общих особенностей. По строению листьев зерновые бобовые делятся на три группы: растения с перистым листьями (горох, чечевица, чина, нут, бобы); с тройчатыми листьями (фасоль, соя); с пальчатыми листьями (люпины).
Растения первой группы прорастают за счет эпикотиля и поэтому не выносят семядоли на поверхность. Они допускают более глубокую заделку семян, боронование до появления всходов и после. Растения второй и третьей групп растут вначале благодаря растяжению подсемядольного колена (гипокотиля) и выносят на поверхность почвы семядоли. Они требуют более мелкой заделки семян, их нельзя бороновать до всходов.
Корневая система зерновых бобовых имеет главный стержневой корень, проникающий на глубину до 1 – 2 м, и многочисленные боковые корни второго, третьего и последующих порядков, размещенные в основном в пахотном слое.
Стебель у зерновых бобовых имеет различное строение. У гороха, вики, чечевицы, чины и некоторых форм фасоли стебли лазящие. Верхушечные листочки перистых листьев редуцированы в усики, с помощью которых растения цепляются друг за друга. До полного налива семян стебли поддерживаются в вертикальном положении, к созреванию стебли полегают. У сои, люпина, бобов, нута, кустовых форм фасоли стебли прямостоячие и сохраняют вертикальное положение в течение всей вегетации.
Цветки обоеполые, околоцветник двойной. Венчик состоит из лепестков неодинаковой величины и формы (лодочка, парус и крылья). В цветке 10 тычинок и один пестик. Окраска венчика от белой до ярко-красной и фиолетовой. У большинства зерновых бобовых цветки собраны в соцветия (головка, кисть) на верхушке главного стебля и боковых побегов.
Плод – боб. Раскрывается он двумя створками и содержит несколько семян. После созревания у большинства видов бобы растрескиваются по продольным швам, створки боба скручиваются и семена разбрасываются. У нута и некоторых видов и сортов люпина бобы не растрескиваются. В последнее время удалось создать сорта сои, чины и фасоли со слабой растрескиваемостью бобов.
Семена состоят из семенной оболочки и зародыша. Зародыш состоит из двух мясистых семядолей и заключенных между ними зародышевого корешка и почечки, из которых формируется надземная часть растения. Семядоли представляют собой зародышевые листья, в них откладываются питательные вещества, используемые при прорастании.
У зерновых бобовых отмечают следующие фазы роста : 1 – всходы, 2 – ветвление стебля, 3 – бутонизация, 4 – цветение, 5 – образование бобов, 6 – налив семян, 7 – полный налив семян (начало созревания), 8 – полная спелость.
Требования к температуре . Зерновые бобовые по их отношению к температуре делят на три группы: наиболее холодостойкие, холодостойкие и теплолюбивые. Холодостойкие культуры (нут, горох, чечевица) переносят в фазе всходов заморозки до -8 °С, люпин и кормовые бобы до -6 °С, а соя до -3 °С. Наиболее чувствительна к заморозкам фасоль, всходы ее погибают при температуре -1 °С. Для зерновых бобовых растений особенно важны повышенные температуры в фазы налива и созревания семян, что не позволяет проводить посев в более поздние сроки и ограничивает продвижение некоторых из них в более северные районы.
Требования к влаге . Зерновые бобовые предъявляют более высокие требования к влагообеспеченности в течение вегетации, чем другие зерновые культуры. Это связано с тем, что даже при непродолжительном дефиците влаги клубеньки отмирают из-за недостатка углеводов. Прекращение симбиотической азотфиксации вызывает азотное голодание растений и снижение продуктивности. При восстановлении оптимальной влажности почвы на периферии корневой системы образуются новые клубеньки, однако азотный стресс отрицательно сказывается на урожайности культур. Наиболее требовательны к влаге соя, люпин, кормовые бобы, горох. Группу засухоустойчивых составляют чина и нут. Промежуточное положение занимают фасоль и чечевица.
Оптимальная влажность почвы для всех культур, обеспечивающая самую активную азотфиксацию и наибольший урожай лучшего качества – это влажность в диапазоне от 100 % ППВ до влажности разрыва капилляров (около 60 % ППВ).
Отношение к свету . По требованиям к свету зерновые бобовые классифицируют на 3 группы: 1 – растения длинного дня (горох, чечевица, чина, люпин и бобы) у них период вегетации укорачивается с удлинением светового дня; 2 – растения короткого дня (соя и некоторые виды фасоли), у них период вегетациии сокращается с уменьшением светового дня; 3 – группа нейтральных растений (большинство сортов фасоли обыкновенной и нута). Однако почти у каждой культуры есть сорта, которые к продолжительности дня относятся нейтрально.
Требования к почве . Наиболее благоприятны для зерновых бобовых среднесвязные, слабокислые или нейтральные суглинистые и супесчаные почвы, содержащие достаточно фосфора, калия и кальция. Они плохо растут на кислых и песчаных почвах. Исключение составляет люпин желтый, который дает хорошие урожаи на песчаных почвах даже при рН = 4,0 – 4,5. На песчаных слабокислых почвах неплохо растет горох полевой (пелюшка).
Оптимальная плотность почвы для нормального развития корневой системы 1,0 – 1,3 г/см 3 . Особые требования зерновых бобовых культур к объемной массе почвы обусловлены необходимостью повышенной аэрации корневой системы, так как для биологической фиксации 1 мл азота воздуха в энергетических центрах клубеньков расходуется 3 мл кислорода, поступающего через поверхность клубеньков. На связных почвах с повышенной плотностью симбиотическая система испытывает кислородное голодание, и активность биологической азотфиксации снижается. Это определяет дифференциацию технологических приемов.
Зерновые бобовые размещают в севообороте после любых культур, кроме многолетних бобовых трав и зерновых бобовых. Считают, что зерновые бобовые культуры можно возвращать на то же поле не ранее чем через 3 – 4 года, когда численность специфичных вредителей и болезней снизится. Сами зерновые бобовые культуры являются хорошими предшественниками для зерновых, пропашных и технических культур, поскольку при благоприятных условиях симбиоза они менее, чем другие культуры, истощают почву азотом.
Поскольку зерновые бобовые культуры содержат больше питательных веществ в единице урожая, то и потребность их в элементах минерального питания выше, чем у злаковых культур. При очень низком и низком содержании в почве фосфора и калия и повышенной кислотности внесение даже высоких норм фосфорно-калийных удобрений и извести непосредственно под бобовую культуру не обеспечивает активной азотфиксации и хорошего урожая из-за наличия в пахотном слое почвы многочисленных очагов с повышенной кислотностью и низким содержанием фосфора и калия. На такой почве рекомендуется высевать бобовые на второй год после известкования и внесения фосфорно-калийных удобрений.
На почвах с повышенным и высоким содержанием фосфора и калия фосфорно-калийные удобрения, как правило, несущественно повышают урожайность зерновых бобовых. Исключение среди зерновых бобовых представляет люпин желтый, под который фосфорно-калийные удобрения не вносят, если содержание этих элементов в почве составляет более 50 мг/кг почвы.
Микроэлементы растения потребляют в незначительных количествах, однако они имеют очень важное значение для симбиотической азотфиксации. Недостаток их резко снижает, а иногда исключает фиксацию азота воздуха. Наибольшую важность из них представляют бор и молибден. Молибден входит в ферментный комплекс нитрогеназу, который осуществляет расщепление молекул азота. Бор способствует развитию сосудисто-проводящей системы, доставляющей углеводы из листьев в клубеньки. При выращивании зерновых бобовых культур применяют бактериальные удобрения. Для образования клубеньков на корнях бобовых культур необходимо наличие специфичного вирулентного активного штамма ризобий. Каждый вид рода Rhizobium инфицирует один или несколько видов бобовых культур. Там, где данную культуру возделывают давно, в почве есть спонтанные штаммы Rhizobium . А культуры, высеваемые впервые на данном поле, требуют искусственного заражения специфичным штаммом.
При благоприятных условиях симбиоза (рН, соответствующая биологии этой культуры, достаточная обеспеченность макро- и микроэлементами, наличие специфичного вирулентного активного штамма Rhizobium ) под зерновые бобовые культуры не следует вносить азотные удобрения. Они, угнетая симбиоз, снижают количество фиксированного азота воздуха на величину усвоенного азота удобрений и не повышают семенную продуктивность зерновых бобовых культур.
Посев и уход за посевами . В возделывании зерновых бобовых есть много общих элементов, однако для каждой культуры есть свои технологические особенности.
Основная обработка почвы под зерновые бобовые культуры та же, что и под зерновые мятликовые. При посеве их после зерновых проводят лущение стерни, затем проводят зяблевую вспашку.
Предпосевная обработка заключается в культивации, выравнивании и прикатывании почвы. Предпосевное выравнивание и прикатывание обеспечивают равномерную заделку семян, дружные всходы и развитие растений, снижают потери при уборке на семена культур с полегающим стеблем.
Семена обрабатывают в день посева, еще лучше делать это непосредственно перед посевом, так как Rhizobium , нанесенные на поверхность семян, быстро гибнут – уже через 5 – 6 ч после обработки их число уменьшается вдвое. Если бактеризованные семена не были высеяны в тот же день, их снова обрабатывают в день посева. Обработку семян пестицидами лучше осуществлять заблаговременно, не менее чем за 3 – 4 недели до посева; обработку препаратами, менее токсичными для клубеньковых бактерий (фундазолом), можно совмещать с обработкой бактериальным удобрением в день посева.
Сроки и нормы высева обусловлены биологией культуры, целью и условиями ее возделывания. Холодостойкие культуры высевают в самые ранние сроки. Запаздывание с посевом на 7 – 12 дней снижает их урожайность на 15 – 20 %. Теплолюбивые культуры (сою и фасоль) сеют при температуре верхнего слоя почвы 8 – 12 °С.
Уход за посевами заключается в уничтожении почвенной корки, борьбе с сорняками, вредителями и болезнями растений.
Уборка зерновых бобовых . Особенности уборки зерновых бобовых заключаются в двухфазной уборке в связи с неравномерностью созревания семян. Сначала скашивают в валки, а после высыхания массы обмолачивают зерновыми комбайнами, отрегулированными на обмолот зерновых бобовых культур. Нут и сою убирают прямым комбайнированием.
Выращивание зерновых бобовых культур на зеленую массу . Максимальный урожай зеленой массы бобовых культур наилучшего качества и с наименьшими затратами можно получить при выращивании многолетних бобовых трав в чистых посевах. Для получения высокобелковой зеленой массы широко выращивают однолетние бобовые культуры. Семена таких культур, как горох полевой, люпин узколистный, вика посевная и мохнатая, практически не используют в комбикормовой промышленности; их выращивают преимущественно на зеленую массу. Кроме того, на зеленую массу возделывают и культуры зернового использования – горох посевной, кормовые бобы, чину, сою, люпин белый.
Агротехника зерновых бобовых культур на зеленую массу в основном не отличается от агротехники их на семена. Лишь норму высева семян увеличивают на 10 – 15 %. Уборку урожая на зеленую массу проводят в период полного налива семян в средних бобах, когда растения еще не сбрасывают листья.
В практике распространено возделывание на зеленую массу зерновых культур, таких, как овес, озимая рожь, кукуруза, сорго. Однако корма, приготовленные из зерновых культур, содержат мало белка. При выращивании зерновых бобовых в смеси с культурами семейства Мятликовые повышаются количество белка в зеленой массе, усвояемость и переваримость белка мятликовых. Содержание белка в бобово-мятликовых смесях обусловлено соотношением компонентов. Например, если в вико-овсяной смеси доля вики составляет 55 – 60 %, а овса – 40 – 45 % (по массе), то содержание белка в такой смеси достигнет 14 %, а если вики в смеси 20 – 30 %, то белка – не более 9 %.
§2. Горох
Народнохозяйственное значение. Горох является основной зерновой бобовой культурой, занимающей 80 % площадей всех зернобобовых культур, используют на пищевые и кормовые цели. Горох – одна из наиболее древних культур. Археологические раскопки показали, что его использовали 20 тыс. лет назад наряду с пшеницей, ячменем и просом.
Горох возделывают также в занятом пару на зеленую массу – как в чистом виде, так и в смеси с овсом, ячменем и другими культурами. По качеству силос из горохово-мятликовых смесей превосходит кукурузный, так как в нем содержится больше белка и каротина. Горох на зерно используют в качестве предшественника озимых культур. Благодаря большой пластичности и наличию экологически адаптированных сортов горох выращивают в различных почвенно-климатических зонах.
Морфологические и биологические особенности . В культуре распространен вид горох культурный посевной (Pisum sativum L.) (рис.22). Он включает несколько подвидов, главные из которых – горох обыкновенный посевной, с белыми цветками и светлыми семенами, и горох полевой, или пелюшка, с красно-фиолетовыми цветками и темными, часто крапчатыми семенами (кормовое растение).
Рис. 22 . Горох посевной
Корневая система стержневая. Стебель обычно полегающий. Листья сложные парноперистые, заканчиваются ветвящимися усиками. Прилистники крупные, охватывающие стебель. Существуют полубезлистные формы, у которых прилистники сохранились, а листочки редуцировались в усики. Есть полностью безлистные формы, у которых редуцированы не только листочки, но и прилистники.
Цветки располагаются в узлах стебля, типичного строения для сем. Бобовые. Соцветие – кисть. Пло д – боб с 3 – 10 семенами.
У гороха посевного есть лущильные и сахарные сорта. У сахарных сортов отсутствует пергаментный слой в створках бобов. Эти сорта возделывают в овощеводстве. Лущильные сорта с жестким пергаментным слоем в створках бобов выращивают на зерно.
В зависимости от сорта и условий возделывания вегетационный период составляет 70 – 140 дней. Способность многих сортов к быстрому развитию позволяет использовать эту культуру в занятом пару и в промежуточных посевах. Горох – самоопылитель, при выращивании его на семена пространственная изоляция не требуется.
При возделывании гороха нужно учитывать такие его особенности, как полегающий стебель, а также растянутые периоды цветения и созревания. У многих сортов гороха плоды при созревании растрескиваются. Эти недостатки преодолевают как агротехническими приемами, так и селекционным путем.
Цветение и созревание идут последовательно снизу вверх по стеблю. В одно и то же время генеративные органы, расположенные на разных ярусах, находятся на разных этапах органогенеза.
Клубеньки на корнях начинают формироваться через 7 – 10 дней от появления всходов. Максимальный рост наблюдается от начала цветения до начала созревания.
Требования к температуре Горох сравнительно холодостоек. Семена начинают прорастать при температуре 1 – 2 °С. Для нормального развития всходов достаточна температура 4 – 5 °С, большинство сортов переносит заморозки до -4 °С. Вегетативные органы хорошо формируются при невысокой температуре (12 – 16 °С). Жаркая погода выше 26 °С неблагоприятна для формирования урожая.
Требования к влаге . Горох требователен к влаге. Для начала прорастания необходимо 20 % воды от массы семян. Ранний посев во влажный слой почвы при выровненной поверхности поля создает условия для быстрого, равномерного набухания семян и появления дружных всходов. В периоды бутонизации, цветения и завязывания бобов гороху особенно требуется влага. Благоприятные условия влагообеспеченности в этот период важны для формирования высокого урожая.
Отношения к свету . Горох – растение длинного дня, с увеличением продолжительности светового периода развитие ускоряется.
Требования к почве . Горох предъявляет высокие требования к почвам, хорошо растет на черноземных, серых лесных и окультуренных дерново-подзолистых почвах среднего гранулометрического состава. Малопригодны легкие песчаные, кислые или солонцеватые почвы, так как симбиоз ослаблен и растения испытывают азотное голодание.
Размещение в севообороте и система удобрений . Горох не размещают после других зерновых бобовых культур и многолетних бобовых трав, а также его нельзя возвращать на поле севооборота ранее, чем через 5 – 6 лет из-за опасности поражения вредителями и болезнями. В степной зоне его не следует размещать также после подсолнечника, сильно иссушающего почву. Лучшие предшественники для гороха – озимые зерновые и пропашные (картофель, кукуруза, сахарная свекла). Горох часто размещают после яровых зерновых.
Под горох вносят фосфорные и калийные удобрения, дозы зависят от обеспеченности почвы этими элементами. На бедных почвах иногда добавляют азотные удобрения; из микроэлементов – бор и молибден.
Горох использует азот неравномерно в течение вегетации. В первый период (до начала цветения) усваивается 20 % общего количества за вегетацию. Во время цветения, образования и роста плодов интенсивность накопления азота в 2,5 – 3,0 раза выше. При благоприятных условиях для симбиоза большую часть азота (70 – 75 % общего потребления) растения могут получить в результате симбиотической фиксации азота воздуха. В таком случае горох не нуждается в применении азотных удобрений, для начального развития он использует азот семядолей и почвы.
Сорта. В Госреестр Беларуси включено большое количество сортов гороха. К числу наиболее распространенных относятся: Свитанак, Комет, Адепт, Беларус, Зарянка, Гомельская, Белорусский неосыпающийся, Аист, Агра и др. Современные сорта характеризуются высокой урожайностью, устойчивостью к растрескиванию бобов и осыпанию, относительной низкорослостью. Они более устойчивы к полеганию
Посев и уход за посевами . Осенняя обработка почвы зависит от предшественника и засоренности посевов. Если поле засорено корнеотпрысковыми сорными растениями, то через 2 недели после первого лущения проводят второе на глубину 10 – 12 см, а затем вспашку. Весной проводят культивацию, выравнивание и прикатывание почвы.
Горох высевают в ранневесенние сроки, при этом он лучше использует осенне-зимние запасы влаги в почве, меньше поражается болезнями и вредителями, раньше созревает.
Горох сильно страдает от засух, поэтому проводят боронование посевов. При этом уничтожается почвенная корка, уменьшается потеря влаги, улучшается аэрация, если применять довсходовое и послевсходовое боронование. Наиболее эффективно сочетание боронования с применением гербицидов.
Для защиты урожая от болезней и вредителей возделывают устойчивые сорта, применяют биологические, агротехнические и химические способы борьбы с вредителями и болезнями.
Уборка гороха . Основной способ уборки – раздельный. Неравномерность созревания, полегаемость стеблей и осыпаемость семян при созревании у многих районированных сортов делают уборку наиболее сложной операцией в технологии возделывания гороха. Скашивают горох при побурении 60 – 75 % бобов. Уборка не должна превышать 3 – 4 дней. В этом случае потери минимальны. Скашивают горох поперек полеглости под углом 45° к ней или навстречу полеглости. У неосыпающихся сортов сроки двухфазной уборки можно сдвинуть на период, когда созреет 90 – 100 % бобов, при этом улучшается вымолачиваемость семян. Чистые от сорных растений посевы целесообразно убирать прямым комбайнированием, когда бобы и стебли сухие, а семена твердые.
После очистки зерно с влажностью более 17 % следует просушить активным вентилированием. Подсушенные до кондиционной влажности (14 – 16 %) семена сортируют и хранят в сухих помещениях с высотой насыпи в закромах не более 2,5 м.
§3. Люпин
Народнохозяйственное значение . Наибольшей азотофиксирующей способностью из всех зернобобовых культур обладает люпин. Люпин относится к растениям, известным с глубокой древности. Первые сведения о нем относятся ко 2 в. до н.э. У древних греков и римлян люпин уже использовался на зеленое удобрение. Семена белого люпина египтяне использовали в пищу.
Высокопродуктивные сорта и разработанные способы повышения активности люпино-ризобиального симбиоза позволяют накапливать на 1 га посевов до 200 кг биологического азота. Являясь высокоэффективным азотфиксатором и будучи индифферентным к почвенному плодородию, люпин выступает в роли основной культуры в энергосберегающей системе земледелия, так как не только сохраняет и повышает плодородие почвы, но и способен давать дешевый высококачественный белок без внесения азотных удобрений даже на низкоплодородных с повышенной кислотностью почвах.
Люпин является хорошей средообразующей культурой, повышающей плодородие почвы и улучшающей ее физическое (повышает влагоемкость и содержание водопрочных агрегатов, уменьшает уплотненность и пахотного, и подпахотного горизонтов за счет биодренажа корневой системой, что формирует благоприятный водный и питательный режимы), химическое и фитосанитарное состояние. Использование зеленой массы люпина на удобрение широко применяется в земледелии, при этом почва обогащается органическим веществом, симбиотическим азотом, усвояемым фосфором и обменным калием. В Беларуси люпин – наиболее значимая для сидерации культура.
С высокой эффективностью используется люпин в занятых парах, поукосных и пожнивных посевах. Биомасса люпина повышает биологическую активность почвы, в результате чего возрастает разнообразие почвенной микробиоты, повышается антифитопатогенный потенциал почвы, уменьшается численность грибной антагонистической микрофлоры, снижается поражение зерновых культур корневыми гнилями, в том числе и снежной плесенью озимых культур. Возделывание люпина способствует самоочищению и детоксикации природных экосистем. Максимально используя в севооборотах люпин, можно в ближайшие годы приостановить деградацию почвенного плодородия, решить проблему кормового растительного белка, улучшить качество и снизить себестоимость животноводческой продукции, повысить рентабельность сельскохозяйственного производства.
Все возделываемые виды люпина высокобелковые (32 – 46 % белка). Белок люпина отличается высоким качеством и переваримостью и в силу низкого содержания ингибиторов трипсина может использоваться в корм любым видам животных без предварительной термообработки, которую обязательно необходимо применять при использовании в корм зерна сои. По содержанию перевариваемого белка в зерне и по его качеству люпин не имеет себе равных.
Большое распространение в кормлении животных имеет вегетативная масса желтого и узколистного люпинов. Зеленая масса люпина хорошо поедается всеми видами животных как в свежем виде, так и в виде силоса, зерносенажа, травяной муки, гранул или брикетов.
Во многих странах мира люпин уже давно используется в пищу человека. В Португалии, Чили, Перу, США, Австралии разрабатываются технологии с целью введения белка люпина в пищевые продукты – макароны, хлебобулочные и кондитерские изделия. Люпиновая мука и белковая паста используются для приготовления кондитерских изделий, пудингов, заменителей молока, соусов. Пудинги и мармелад с 10 %-ным содержанием муки из люпина способствуют снижению содержания сахара в крови больных диабетом. Метионин как основная лимитирующая аминокислота в белке люпина может компенсироваться за счет подбора определенного соотношения люпина с пшеницей.
Экстракты из семян люпина представляют большую потенциальную перспективу в фармакологической промышленности по изготовлению препаратов, снижающих артериальное давление, регулирующих биоэлектрическую активность сердца, моторную и психическую активность без проявления наркотических последствий. Алкалоид спартеин оказывает благотворное действие в качестве антиаритмического средства.
Наиболее полно потенциал узколистного люпина используется в Австралии. Опираясь на уникальные свойства биологии люпина, австралийские ученые создали за короткий период (1967 – 1987 гг.) люпино-злаковый пояс, аналогичный соево-кукурузному поясу Америки. Преимущества люпина в системе севооборота широко признаны, и он остается в этой системе, несмотря на колебания мировых цен. Благодаря этому решаются такие важные проблемы, как повышение плодородия почвы и увеличение производства кормового белка. Австралия экспортирует люпин преимущественно в страны Европы, конкурируя с американской соей. В Австралии за счет насыщения севооборотов люпином удалось повысить урожайность других культур, в том числе и пшеницы, на 30 – 100 %.
В условиях Беларуси широкое распространение в 70 – 80-е годы XX в. имел желтый люпин. Последовавшее за тем массовое распространение фузариоза вызвало резкое сокращение посевных площадей. Позже были созданы устойчивые сорта желтого люпина, и посевные площади начали опять увеличиваться. В 90-е годы создана принципиально новая культура – узколистный кормовой люпин, урожайность которого достигла уровня зерновых культур.
Существует значительное количество местных названий культурного люпина: в России – люпин, лупин; на Украине – верни-солнце, кохва, дикий кофе, кава, солнечник, паникадило, волчий боб; в Беларуси – лубин.
Морфологические и биологические особенности люпина. Род люпин (Lupinus L.) относится к семейству бобовых (Fab асеае ) и является весьма обширным, в пределах которого различными исследователями описаны травянистые, полукустарниковые и кустарниковые, однолетние, зимующие и многолетние виды. В природе насчитывается не менее 200 видов этого рода.
В результате изучения географического распространения ученые сделали вывод о существовании для рода люпина трех геоцентров, из которых наиболее богатым является Южноамериканский. Из всего многообразия люпинов в культуру введены в основном люпин желтый, узколистный и белый Средиземноморского центра происхождения. Из американских видов возделывается только многолетний (многолистный) и некоторые формы изменчивого люпина.
Корневая система стержневая. Стебель прямой, ребристый, опушенный. Листья сложные, очередные, с черешками различной длины, снабжены прилистниками, многопальчатые, реже цельные. Листочков 5 – 15, расположены, веерообразно на конце черешка. Характерной особенностью листьев люпина является их ярко выраженный гелиотропизм. Начиная от восхода солнца и до захода, листья следуют листовыми пластинами за ходом солнца, и в длинные летние дни все растение делает оборот по ходу солнца, причем верхняя часть листовой пластинки находится все время в перпендикулярном положении к солнечным лучам. После захода солнца листочки свертываются по складкам пластинки и опускаются. Поэтому коэффициент использования солнечной энергии люпином в два и более раз выше, чем у других бобовых и зерновых культур.
Соцветие – верхушечная кисть. Прежде всего зацветает соцветие главной оси, а затем боковые, в порядке расположения их – снизу вверх. Когда зацветает последний цветок вверху кисти, внизу уже идет завязывание бобов.
Плод у люпина – боб с перетяжкой на створках. Боб кожистый, опушенный, удлиненный, более или менее сплюснутый. Створки боба при созревании раскрываются и скручиваются. Исключение представляет белый люпин, у которого бобы при созревании не растрескиваются. Семена люпина имеют большое разнообразие по величине (крупные, мелкие), форме (округлые, сплюснутые) и окраске (одноцветные или мраморные); все семена имеют плотную кожуру.
Требования к температуре . Требования к температуре зависят от длины периода вегетации. Наиболее требовательный к теплу белый люпин, наименее – узколистный. Семена прорастают при 4 – 5 о С, всходы узколистного люпина способны переносить заморозки до -5 о С, желтого – гибнут при -2 – -3 о С, белый люпин не переносит отрицательных температур.
Требования к влаге . Предъявляет высокие требования к влаге, поэтому возделывается в увлажненных районах.
Отношение к свету. Виды люпина относится к растениям длинного дня.
Требования к почвам . Наиболее высокая урожайность желтого люпина достигается на дерново-подзолистых почвах, супесчаных и легкосуглинистых, подстилаемых моренным суглинком. Достаточно хорошо растет и на более легких по гранулометрическому составу почвах. Плохо растет на тяжелых глинистых, глееватых, малопроницаемых почвах с близким стоянием грунтовых вод, а также на свежепроизвесткованных почвах. На зеленную массу пригодны и более влагообеспеченные почвы, а также окультуренные торфяно-болотные. Люпин узколистный является более требовательной к почвам культурой по сравнению с желтым. Он лучше растет на более связных, близких к нейтральным почвах. В этом отношении он ближе стоит к гороху.
Оптимальные агротехнические показатели почв: рН для люпина узколистного – 5,0 – 5,6, желтого – 4,5 – 5,8. Содержание гумуса не менее 1,4 %, подвижного фосфора 120 мг/кг почвы, обменного калия 200 мг/кг почвы.
Размещение в севообороте и система удобрений . Производственные посевы люпина необходимо размещать в севооборотах после озимой ржи, яровых зерновых, гречихи, рапса. На зеленую массу данную культуру можно размещать также после пропашных и силосных культур, под которые вносились органические и минеральные удобрения. Не рекомендуется люпин размещать после однолетних и многолетних бобовых культур, рядом с посевами бобовых культур, после многолетних злаковых трав, так как у них имеются общие вредители и болезни. Повторно сеять люпин на одном и том же участке следует не ранее, чем через 3 – 5 лет. Не допускается посев люпина в течение 3 лет после зерновых, которые обрабатывались гербицидами, содержащими глин (лентур, хармони, карибу). Не следует высевать люпин на свежеизвесткованном поле и после внесения сапропеля. Сам же люпин является отличным предшественником для многих сельскохозяйственных культур.
При выборе участка под семенные посевы следует помнить о необходимости соблюдения пространственной изоляции между видами и сортами для предотвращения механического и биологического засорения.
Люпин выносит из почвы большое количество питательных веществ, поэтому для получения высоких урожаев необходимо вносить определенное количество макро- и микроудобрений. Существенное влияние на рост, развитие и продуктивность растений оказывают фосфорно-калийные удобрения. Люпин может использовать подвижные формы фосфора из горизонтов, недоступных для, например, гороха. Выделяя через корневую систему больше экссудатов (органических кислот, углеводистых соединений), чем культуры нейтральных почв, люпин способен использовать также недоступные для растений формы фосфора. На дерново-подзолистых почвах положительное влияние на урожайность зерна люпина оказывают такие микроэлементы, как бор, молибден, цинк, кобальт.
Благодаря высокой азотфиксирующей способности все виды люпина не нуждаются в азотных удобрениях, их можно применять в небольших дозах под люпин, предназначенный для использования на зеленый корм и силос.
Районированные сорта люпина. Целесообразно в хозяйстве возделывать не менее четырех районированных сортов кормового люпина (по одному из каждой группы спелости).
Сорта желтого люпина: Жемчуг, Кастрычник, Пава, Юлита, Ранний, Адраджэнне, Регале. В 1997 году в республике (особенно в западных областях) отмечалось эпифитотийное развитие опасного заболевания желтого и белого люпина – антракноза, что поставило под угрозу возделывание этих культур. Было приостановлено выращивание желтого люпина в Гродненской и Брестской областях. Абсолютно устойчивые к данному патогену сорта пока отсутствуют, нет и достаточно эффективных фунгицидов.
Сорта узколистного люпина. Миртан, Першацвет, Митан, Ашчадны, Метель, Глатко, Пралеска, Данко, Гулливер. Четыре сорта селекции БелНИИЗК (Данко, Першацвет, Ашчадны, Харчовы) внесены в Госреестр Германии.
Сорт люпина белого: Сож.
Посев и уход за посевами . Обработка почвы под зернобобовые культуры на дерново-подзолистых почвах зависит от предшествующей культуры, гранулометрического состава, засоренности полей, погодных условий и осуществляется в три этапа. Сначала проводится лущение, позволяющее равномерно распределить в почве послеуборочные остатки, ускорить их разложение. На втором этапе проводят вспашку, которая должна быть завершена не позднее сентября месяца (проводят при сухой почве). При отсутствии возможности проведения первого этапа сразу после уборки предшественника проводится вспашка. Третий этап обработки почвы – предпосевная обработка, включающая рыхление, прикатывание до и после посева. Для сокращения проходов трактора по полю в сухую погоду при качественной вспашке после предпосевной обработки почвы комбинированными агрегатами проводят посев культуры.
Обязательна предпосевная обработка семян люпина. В зависимости от зоны возделывания культуры, сорта в патогенном комплексе грибов доминирует обычно два или три возбудителя. Сочетают обеззараживание семян с инкрустацией ростовыми веществами, микроудобрениями и инокуляцией штаммом ризобий (если люпин на засеваемое поле попадает впервые).
Люпин по своим биологическим особенностям относится к ранним яровым культурам. У всех видов люпина при раннем посевераньше закладываются цветочные почки, формируется более короткий стебель и более продуктивная главная кисть, созревание идет дружно и ускоряется на 4 – 6 дней. В связи с этим сеять его желательно в ранние сроки, первыми из ранних яровых. При выращивании люпина на семена применяют сплошные рядовые посевы и широкорядные посевы.
Уход за посевами заключается в бороновании (довсходовое и послевсходовое) и защите от вредителей и болезней. Из-за длительного пребывания кормового люпина в стадии розетки конкурентная способность его снижается, и он сильно угнетается сорными растениями. Наиболее вредоносными сорняками в посевах люпина являются марь белая, редька дикая, ромашка непахучая, просо куриное, щирица запрокинутая, осоты, пырей ползучий. При возделывании люпина на зерно необходимо борьбу с сорняками вести всеми возможными средствами, сочетая агротехнические приемы с применением гербицидов.
Самая серьезная болезнь для желтого и белого люпина в последние годы – антракноз. Узколистный люпин менее восприимчив. Мицелий гриба переносится в первую очередь с семенами, на которых он может жить до 18 месяцев. Его распространению в посевах способствует высокая температура (20 – 30° С) и повышенная влажность. Самое важное мероприятие борьбы – использование протравленного семенного материала, полученного из здоровых семенных посевов. Длительное хранение семян (1 – 2 года) также снижает их поражение антракнозом.
Уборка люпина. Лучшим способом уборки является прямое комбайнирование во время полного созревания семян на центральных кистях. Раздельная уборка не пригодна из-за растрескивания бобов при механическом воздействии рабочих органов жатки и подборщика комбайна.
Семена люпина, поступающие от комбайна, должны быть сразу отделены от недозрелых, раздавленных семян, зеленых побегов, сорняков и других примесей. При нахождении в ворохе, убранные семена с таких посевов в течение суток сильно повышают влажность, самосогреваются и теряют всхожесть. Доводить семена по влажности, чистоте и крупности до кондиций необходимо сразу после обмолота. Семена сушат, если они имеют влажность более 17 %.
ЗЕРНОВЫЕ БОБОВЫЕ КУЛЬТУРЫ
2.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Зерновые бобовые культуры относятся к семейству Бобовых (Fabaceae). Они характеризуются высоким содержанием в зерне белка, который имеет большое значение для питания человека и кормления животных. Культура зерновых бобовых растений известна с древних времен. Археологические исследования свидетельствуют, что горох и бобы выращивали в Европе более 2500 лет назад. В зерновом балансе Украины эти культуры занимают значительное место. Мировая посевная площадь их составляет более 100 млн га, или 13% площади зерновых. В нашей стране зернобобовые культуры занимают около 1,4 млн га.
Проблема обеспечения животноводства кормовыми белками в Украине определяется значительным дефицитом переваримого протеина в рационах различных видов и групп животных во всех зонах. Общая нехватка его нередко составляет 30-35%. Недостаток белка в кормах приводит к повышению себестоимости продукции животноводства, перерасхода кормов на единицу продукции в 1,5 раза и недобора продукции животноводства на 30%.
Для решения проблемы обеспечение животноводства растительными белками важное значение имеют зерновые бобовые культуры. Так, высокое содержание белка в зерне люпина белого и желтого - 40-50%. Урожайность зерна сортов белого люпина на многих сортоучастках Украины составляет 30- 40, а зеленой массы - 500-600 ц/га. Зерно кормовых бобов содержит 28-35% белка, а урожайность зерна их колеблется от 20 до 50 ц/га. Много белка содержится в зерне сои (40-55%).
Зерно зернобобовых культур содержит в 2-3 раза больше белка, чем зерно хлебных злаков. В некоторых зернобобовых большое содержание жира (табл. 7). В соломе и мякине зернобобовых 8-12, а в сене, собранном в начале цветения - до 16% белка.
Зернобобовые культуры имеют высокую кормовую ценность (табл. 8).
Биологическая ценность белка растений определяется не только общим количеством белков, но и содержанием в них незаменимых аминокислот (табл. 9). Зернобобовые отличаются составом и содержанием незаменимых аминокислот. Протеин зернобобовых является источником лизина, аргинина, лейцина и изолейцина. По содержанию в протеине лизина (5,5-5,7%) зернобобовые приравниваются к кормам животного происхождения. Например, костная мука (мясных костей) содержит лизина 8,2, а соя - 7,6%.
Таблица. Химический состав зерна зернобобовых культур,%
|
Культура |
Белок |
Безазотистые экстрактивные вещества (углеводы) |
Жир |
Клетчатка |
Зола |
|
Горох |
24-34 |
48-55 |
1,3-1.5 |
3,0-5,7 |
2,4-3,1 |
|
Чечевица |
25-34 |
48-55 |
1,3-1,4 |
3,5-4,0 |
2,0-2,5 |
|
Фасоль |
22-30 |
45-52 |
2,0-3,0 |
5,0-5,5 |
2,5-3,0 |
|
Кормовые бобы |
25-35 |
46-54 |
1,0-1,3 |
3,4-6,0 |
2,6-4,1 |
|
Соя |
40-55 |
20-30 |
17-26 |
3,0-7,0 |
4,0-6,0 |
|
Нут |
20-30 |
48-56 |
3,5-5,0 |
||
|
Арахис |
24-30 |
11-16 |
39-52 |
||
|
Люпин |
38-50 |
25-40 |
5,5-20 |
10-18 |
|
|
Чина |
25-34 |
25-50 |
1,0-1,2 |
4,0-6,0 |
2,0-3,0 |
Таблица. Кормовая ценность зерновых бобовых культур
|
Культура |
Переваримость белка семена, |
Количество кормовых единиц в 100 кг корма |
||||
|
семена |
зеленая масса |
семена |
зеленая масса |
|||
|
Соя |
||||||
|
Люпин желтый |
||||||
|
Кормовые бобы |
||||||
|
Чина |
||||||
|
Горох посевной |
||||||
Таблица. Содержание незаменимых аминокислот в семенах зерновых бобовых культур, г на 1 кг сухого вещества
|
Аминокислота |
Соя |
Люпин желтый |
Чина |
Бобы |
Горох |
|
|
кормовой |
посевной |
|||||
|
Лизин |
21,9 |
15,9 |
17,2 |
13,9 |
15,2 |
13,4 |
|
Метионин |
||||||
|
Цистин |
||||||
|
Аргинин |
25,6 |
34,2 |
22,7 |
17,2 |
17,3 |
14,2 |
|
Лейцин |
41,0 |
37,4 |
31,6 |
24,7 |
22,0 |
20,5 |
|
Фенилаланин |
16,0 |
15,5 |
10,0 |
|||
|
Треонин |
12,6 |
14,1 |
11,8 |
|||
|
Валин |
16,0 |
12,7 |
12,6 |
10,0 |
||
|
Триптофан |
||||||
|
Гистидин |
10,9 |
|||||
Кроме аминокислотного состав большое значение имеет переваримость сырого протеина кормов. Сырой протеин зернобобовых переваривается лучше, чем протеин зерновых.
Зернобобовые культуры не только увеличивают ресурсы продовольственного и мутагенеза, путем фуражного зерна, но и повышают плодородие почвы и урожаи последующих культур севооборота. Белки в зерне и зеленой массе растений образуются преимущественно за счет азота воздуха. Зернобобовые культуры посредством клубеньковых бактерий обогащают почву на азот. До формирования бобов на растениях клубеньковые бактерии почти полностью заканчивают ассимиляцию азота из воздуха. При благоприятных условиях выращивания после зернобобовых в почве остается 50-100 кг/га азота, что по эффективности приравнивается к внесению 10-20 т/га навоза. Зеленая масса люпина, приораного на начала образования бобов, оставляет в почве 150-200 кг/га азота. Зернобобовые являются хорошими предшественниками в севообороте для других культур, а их последействие на урожай следующих культур оказывается в течение 2- З лет.
БОТАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. Зернобобовые культуры имеют много общих признаков.
Корневая система зернобобовых имеет главный стержневой корень, который глубоко проникает в почву, использует питательные вещества из более глубоких слоев, малодоступных для других растений. У люпина, гороха, кормовых бобов она способна усваивать труднорастворимые минеральные соединения, в частности фосфаты почвы, которые после отмирания корневых остатков становятся доступными для других растений. Некоторые зернобобовые, например люпин, хорошо растут на песчаных почвах, и поэтому их используют для повышения плодородия этих почв.
Если зернобобовые, в частности кормовые бобы, люпин, горох, сою, выращивают вместе с кукурузой на зеленый корм и силос, увеличивается содержание в силосе и выход белка с единицы площади, что способствует повышению продуктивности животноводства и уменьшению затрат кормов на единицу продукции.
Зернобобовые растения, несмотря на много общих биологических особенностей, заметно разнятся строением стебля, строением, размером и формой листочков и тому подобное. Стебель у люпина, сои, кормовых бобов, фасоли, нута прямостоячий, ветвистый, а у гороха, некоторых форм фасоли, чины - стелющийся.
Все зернобобовые культуры по строению листьев и особенностями прорастания семян можно разделить на три группы:
1) растения с пірчастими листьями и семядолями, которые при прорастании семени остаются в почве (горох, кормовые бобы, чечевица, чина, нут); 2) растения с тройчатыми листьями и семядолями, которые при прорастании выносятся на поверхность почвы (фасоль, однако многоцветковая фасоль не выносит семядолей на поверхность почвы, соя); 3) растения с пальчастими листьями и семядолями, которые при прорастании выносятся на поверхность почвы (люпин). Семена бобовых растений, семядоли которых при прорастании выносятся на поверхность почвы, глубоко заворачивать не рекомендуется.
Цветки (соцветия) образуются по одной или по две-три на цветоножках в пазухах листьев. Только в некоторых культур, например у люпина, они собраны в соцветия в виде верхушечного грозди.
Цветки бобовых в виде бабочек, состоят из пяти лепестков, из которых верхнюю, большую,чем другие, называют парусом, два нижних, сросшихся, - лодочкой, а две боковые свободные лепестки - крыльями. Тычинок в зернобобовых 10, из них 9 срастаются, окружая с сторон завязь с коротким загнутым столбиком. У люпина срастаются все тычинки. Лепестки зернобобовых имеют разнообразную окраску - белую, розовую, желтую, красное, фиолетовое и др.
Плод - боб, разный по величиной и формой. В некоторых зернобобовых биб в период созревания растрескивается и семена высыпаются.
Семена бобовых имеет также неодинаковые форму и размеры, состоит из оболочки и зародыша. Зародыш состоит из двух семядолей, зародышевого корешка и почки, с которой образуется надземная часть растения.
Требования к климатическим условиям в зернобобовых разные. Есть среди них теплолюбивые (соя, фасоль), холодостойкие (горох, кормовые бобы, люпин, чина) и промежуточные (чечевица, нут). Семена теплолюбивых культур начинают прорастать при температуре 8-10 °С, а холодостойкой - 1-2 °С. Самые требовательные к влаге кормовые бобы, горох и люпин, а наиболее засухоустойчивые - чина и нут. Соя, чечевица и фасоль занимают промежуточное место.
За зависимостью к продолжительности светового дня зернобобовые подразделяют на растения длинного дня (горох, чечевица, кормовые бобы, чина, нут, люпин), в которых вегетационный период сокращается с продолжением светового дня и растения короткого дня (соя, арахис и некоторые виды фасоли), вегетационный период которых уменьшается с сокращением светового дня.
Зернобобовые культуры можно выращивать на различных типах почв, кроме переувлажненных и бедных песчаных. Исключением является желтый люпин, который выращивают на песчаных почвах для повышения их плодородия. Люпин хорошо растет и на кислых почвах.
Общая характеристика. В группу зерновых бобовых культур относятся горох, чечевица, фасоль, чина, соя, нут, кормовые бобы, люпин, маш, арахис, вигна. Все они принадлежат к семейству бобовых (Fabaceae). Среди сельскохозяйственных культур зернобобовые отмечаются высоким содержанием белка. Если, например, в зерне наиболее высокобелковой злаковой культуры - твердой яровой пшеницы среднее содержание белка составляет 16%, то в зерне зернобобовых - 25-35%, а в некоторых из них (соя, кормовой люпин) - более 40%. По содержанию белка в зерне и калорийностью зернобобовые культуры преобладают мясо, рыбу и другие продукты питания. Важно и то, что их белки являются полноценными по аминокислотному составу и значительно лучше усваиваются организмом, чем белки злаковых культур.
Кроме белков в зерне большинства зерновых бобовых культур содержится около 50% углеводов (кроме сои, в семенах которого содержится МАР в пределах 19-30%, и люпина с содержанием МАР 18-21%); от 1 до 7-14% ЖИРА (в сое - до 26%), 2-7% зольных веществ, значительное количество витаминов А, В1, В2, С и др. (Табл. 2.1.5).
Таблица 2.1.5
Химический состав зрелого зерна зерновых бобовых культур (по данным Госкомиссии по сортоиспытания), %
|
Культура |
вода |
белок |
крахмал |
сырая клетчатка |
зола |
||
|
чечевица |
|||||||
|
кроме бобы |
|||||||
|
люпин кормовой |
Зерновые бобовые благодаря ценному химическому составу зерна имеют большое промышленно-сырьевой значения. Из зерна их производят крупы, муку, различные кондитерские изделия, пищевые и кормовые концентраты. С недозрелых плодов и зерна гороха (особенно сахарного), спаржевой фасоли, сои изготавливают вкусные и питательные консервы. Масло сои широко используется (особенно в СЕЛА) для производства высококачественного маргарина.
С зоотехнической литературы известно, что для полноценного кормления животных в одной кормовой единицы содержание переваримого протеина должно составлять 110-120 г. В зерне зернобобовых культур содержится 174-276 г переваримого протеина на одну кормовую единицу, в зеленой массе 160- 205 г. Поэтому они имеют важное значение в сбалансировании кормовых рационов по белку в соответствии с зоотехнических норм. По статистическим данным, за счет зернобобовых потребности животноводства в протеине удовлетворяются на 70-75%.
На корм скоту используют измельченные или размолотого зерна в чистом виде, а также в составе комбикормов, сено, сенаж, зеленую массу, соевые шроты, жмых, а также солому и полову зернобобовых культур.
Соя, кормовые бобы и кормовые люпины важны культурами в зеленом конвейере, в котором их часто высевают в многокомпонентных смесях с кукурузой, бобами, суданской травой.
Зерно зернобобовых культур, в частности чины, сои, используют для технических целей - производства клея (казеина), пластмасс, лаков и других материалов.
Учитывая особенности преимущественного использования главной продукции (зерна) зерновых бобовых культур в хозяйстве, их разделяют на типично пищевые, к которым относят фасоль, чечевицу, горох, обладающих высокими вкусовыми и кулинарными качествами и используются для изготовления вкусных и питательных блюд; кормовые - чина, нут, кормовые бобы, люпин белый и желтый, зерно которых является ценным компонентом в производстве комбикормов; универсальные - соя, которая является ценным пищевым, технической и кормовой культурой. Разделение зернобобовых на следующие группы является, конечно, условно, поскольку, например, чечевица является не только пищевой, но и в определенной степени кормовой культурой; кормовые бобы, нут (билонасинни сорта) также пищевыми культурами; чина используется как пищевая и техническая культура.
Зернобобовые играют важную роль в улучшении плодородия почв, особенно бедных дерново-подзолистых, песчаных и супесчаных ирунтив Полесья Украины. Они характеризуются исключительно ценной способностью связывать свободный азот воздуха с помощью клубеньковых бактерий и обогащают почву на азотные соединения. Исследованиями установлено, что на 1 га площади после выращивания зернобобовых растений остается до 50-100 кг / га азота и значительное количество органических веществ, особенно много последних остается в почве, когда зернобобовые растения, в частности люпин, выращивать на зеленое удобрение же сидеральные культуры.
Зернобобовые растения способны также улучшать структуру почвы, обогащать пахотный слой на фосфор, калий, кальций, улучшать его химические свойства. Благодаря этому они являются одним из лучших предшественников в севообороте для зерновых и технических культур.
Среди зернобобовых является группа растений (люпин, кормовые бобы, горох), корневая система которых хорошо усваивает питательные вещества (особенно фосфор) из труднорастворимых соединений почвы. Это важно с хозяйственной точки зрения, потому что есть возможность сэкономить часть фосфорных удобрений без снижения урожайности этих культур.
Ботаническая характеристика. Зернобобовые культуры относятся к семейству бобовых (Fabaceae). Корневая система у них стержневая. Го-ловно корень, который разветвляется на множество боковых корешков, проникает в почву на глубину до 2-3 м и более.
Стебель в некоторых зернобобовых растений достаточно неустойчивое к полеганию (горох, чина и т.п.), а в других, наоборот, прочное, прямостоячие и не полегает (бобы, нут, люпин и др.). Есть зернобобовые растения (отдельные виды фасоли), жен имеют вьющиеся стебель. Высота стебля в разных зерно-бобовых растений может колебаться от 15-25 см (чечевица) до 2,5-3 м и более (фасоль многоцветковая).
Листья в зернобобовых растений сложные: у гороха, вики, чечевицы, бобов, чины, нута, арахиса парно или непарнопирчасти; в фасоли, сои - тройчатые; в люпин - пальчатые (рис. 2.1.21).
Цветки зернобобовых растений неправильной формы, пятираздельные, имеют чашечку и венчик. Лепестки венчика разные по размеру и форме. Одна из лепестков, что является нечетным и имеет самый большой размер, называется парусом; две другие, которые свободно располагаются по бокам венчика, называются весло, четвертая и пятая лепестки, расположенные внизу венчика, образуют так называемый челнок. Окраска венчика - от белого до красного и фиолетового. В каждом цветке есть 10 тычинок и сжатая с боков пестик. Цветки образуют соцветия (кисть) или размещаются по одной или по две во влагалище листа.
Плод зернобобовых растений - боб, различный по размеру (от 0,5 до 25 см и более) и форме (прямой, изогнутый, пузырчатый и т.д.). Бобы различных растений содержат от одной до 10-12 семян (зерен).
Рис. 2.1.21. Лестницы зернобобовых: а, б - с тройчатыми листьями (соя, фасоль обыкновенная) в-с перистыми листьями (нут) г-с пальчатыми листьями (люпин)
Семена зернобобовых растений также очень разнообразна по размеру, форме и окраске. Оно покрыто довольно прочной кожистой семенной оболочкой, под которой размещаются две семядоли и зародыш. Зародыш имеет зачаточный корешок и почечку.
Биологическая и экологическая характеристика. КРС по-разному реагируют на условия внешней среды. Наименее требовательны к теплу горох, чечевица и кормовые (конские) бобы. Они прорастают, когда температура в посевном слое почвы достигает лишь 2-3 ° С. Лестницы их достаточно хорошо выдерживают заморозки до минус 4 ° С и даже до минус 6-7 ° С. Малочувствительны они к похолоданию также и в период вегетации. Однако эти зернобобовые растения требовательны к влаге (например, транспирационный коэффициент гороха достигает 600, кормовых бобов - даже до 800). Они плохо выдерживают засуху в период цветения, давая высокий урожай только в районах достаточного увлажнения с годовым количеством осадков 450-600 мм.
Высокая требовательность зернобобовых к влаге обнаруживается уже при прорастании семян, бубнявие при поглощении 100-160% воды от массы.
Следует отметить, что для всех зернобобовых вредна чрезмерная влажность - усиливается пораженность растений болезнями, некоторые (горох, чина) сильно полегающими.
При низкой температуре почвы (2-3 ° С) прорастают семена нута и чины. их всходы выдерживают также заморозки до минус 6-7 ° С, но, в отличие от гороха, чечевицы кормовых бобов, они достаточно засухоустойчива. Нут, например, лучше выдерживает недостаток, чем избыточное количество влаги. Однако, когда засуха наблюдается во время цветения и формирования семян, они страдают от нее (могут опадать завязи, подгорать верхушки листьев, бобов).
Наиболее требовательными к теплу является соя, фасоль. их семена начинают прорастать только при температуре почвы не ниже 8-10 ° С. К весенним заморозкам особенно чувствительны всходы фасоли, которые часто погибают при температуре около минус 0,5-1 ° С. Всходы сои могут выдерживать заморозки до минус 2,5 ° С. Соя имеет достаточно высокий транспирационный коэффициент (400-500), но благодаря глубокой корневой системе лучше выдерживает засуху, чем другие зернобобовые культуры, особенно в первую половину вегетации. В фасоли коэффициент транспирации меньше и она достаточно засухоустойчивой культурой, особенно в начале бутонизации.
Повышенных температур (4-6 ° С) для прорастания семян требуют однолетние люпины - желтый и узколистный (синий), однако их всходы выдерживают заморозки до минус 5 ° С. Люпин белый при минусовых температурах часто погибает. Развивая глубокую корневую систему, люпин хорошо выдерживают засуху во вторую половину вегетации, но коэффициент транспирации у них высокий (600-700). Среди зерно-бобовых люпина желтого и узколистный менее требовательны к почв и дают значительный урожай даже на очень бедных песках. Это объясняется тем, что хорошо развитая корневая система люпина может усваивать труднорастворимые минеральные соединения, которые для других зернобобовых растений малодоступны. Исключение составляет белый люпин, который требует плодородных почв.
Наиболее требовательными к плодородию почв является кормовые бобы.
Зернобобовые растения, кроме синего, желтого, многолетнего люпина, дают высокий урожай на почвах, богатых кальцием (известь), то есть имеют нейтральную реакцию почвенного раствора. Кислые почвы для них необходимо известковать. Люпины, кроме белого, лучше растут на середньокислих почвах и страдают от избыточного количества извести в почве. Некоторые бобовые, например нут, хорошо выдерживают повышенную засоленность почвы.
Характерной особенностью зерновых бобовых растений является длительное их цветения и плодообразования: часто на одном растении можно наблюдать одновременно зрелые (внизу растения), незрелые и совсем зеленые плоды, а на верхушках растений даже цветка. Это, конечно, усложняет их сбора.
По характеру развития зерновые бобовые культуры разделяют на Из группы: растения длинного светового дня (горох, чечевица, нут, чина, люпин, бобы), короткого (соя, большинство сортов фасоли обыкновенной, маш) и нейтральные к длине дня (некоторые сорта фасоли обыкновенной).
Многие зерновых культур, прежде всего соя, фасоль, горох, кормовые бобы, хорошо выдерживают затенение, поэтому являются ценными компонентами в смешанных посевах.
Распространение. В мировом земледелии зернобобовые культуры достаточно распространены, их выращивают на площади более 100 млн га при валовом сборе зерна более 80 млн т в год. Наибольшую площадь среди зернобобовых занимают соя (более 50 млн га), фасоль (23 млн га), горох (15 млн га), нут (12 млн га).
Современный уровень валового производства зерна зернобобовых культур в стране не удовлетворяет потребности народного хозяйства. Расчеты показывают, что они могут быть удовлетворены при доведении валовых сборов зерна их в Украине не менее чем до 10-12 млн т. Основное направление успешного решения этой проблемы - дальнейшее повышение средней урожайности зернобобовых культур во всех районах их выращивания.
В Украине зерновые бобовые культуры выращивают на всей территории с преобладанием в Лесостепи и на Полесье холодостойких и влаголюбивых (горох, кормовые бобы, чечевица, люпин), в Степи - засухоустойчивых (нут, чина, соя), в номере - фасоли. Наиболее распространенный в Украине горох.
Значение зернобобовых культур
К зерновым бобовым культурам относятся горох, фасоль, кормовые бобы, соя, нут, чечевица, чина, люпин белый, люпин желтый, люпин узколистный и другие культуры семейства Мотыльковые (Бобовые) - Fabaceae. Все эти культуры отличаются высоким содержанием белка в семенах благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями, которые усваивают азот из атмосферы. По содержанию белка зернобобовые значительно превосходят злаковые культуры, даже самые ценные сорта пшеницы. Белок зернобобовых содержит большое количество незаменимых аминокислот (лизин, валин, триптофан, метионин и др.).
Кроме того, семена этих культур содержат жиры (особенно много - в сое), минеральные вещества, витамины группы А, В1, В2, С, Д, Е, РР, поэтому зернобобовые растения являются ценными продовольственными и кормовыми культурами.
Одна из мировых продовольственных проблем связана с недостатком белка в продуктах питания, и эта проблема с каждым годом становится все ощутимее. По медицинским нормам человек должен потреблять в сутки 90 г белка. В среднем в мире этот показатель составляет 60 г, в развитых странах - 90, в развивающихся - 25 г в сутки. Наблюдается дефицит белка, особенно животного происхождения, его потребляется в 4 раза меньше нормы.
В кормах для животных также не хватает белка. По зоотехническим нормам на одну кормовую единицу сбалансированного по белку корма должно приходиться 110-115 г переваримого белка, а фактически в среднем по стране приходится 96 г, то есть 87% от нормы, что приводит к перерасходу кормов и их недостатку. Решать эту проблему необходимо с помощью широкого привлечения бобовых культур, так как они содержат в урожае в 2-3 раза больше белка по сравнению со злаковыми культурами. Кроме того, белок этих культур более полноценный, так как содержит в 1,5-3 раза больше незаменимых аминокислот.
Высокую продовольственную ценность имеют такие культуры, как горох посевной, фасоль обыкновенная, соя, чечевица крупносемянная. Семена этих культур используют в пищу, получают крупу, муку, добавляют в кондитерские изделия. Овощные сорта гороха, фасоли едят в свежем виде, консервируют.
Соя имеет наиболее ценный аминокислотный состав, близкий к животному белку, поэтому ее добавляют в колбасные изделия. Один из белков сои - глицин - способен при закисании свертываться, поэтому ее широко используют для получения кисломолочных продуктов. Из семян сои получают соевое масло, а жмых и шрот содержат до 40% белка и используются на корм скоту.
Зерно гороха, сои, кормовых бобов, чины, нута, безалкалоидных сортов люпина используется для приготовления высокобелковых концентрированных кормов для животных. В 1 кг зерна этих культур содержится до 1,1-1,3 к.ед. и до 170-250 г белка.
Кроме семян на корм скоту используют сено, зеленую массу, солому этих культур. Сухая зеленая масса содержит 3-8% белка, то есть в 2 раза больше, чем у злаковых культур.
Высоко также агротехническое значение этих культур как хороших предшественников, так как они меньше истощают почву азотом, чем небобовые растения, оставляя с пожнивными остатками 40-100 кг азота на 1 га, что приравнивается к 10-20 т/га навоза.
При использовании бобовых культур в качестве сидеральных удобрений почва обогащается биологическим азотом, который усваивается ими в процессе симбиотической азотфиксации. Этим обуславливается большое значение этих культур в биологическом растениеводстве.
В мировом земледелии зернобобовые занимают около 13% посева зерновых культур, тогда как в нашей стране доля этих культур в структуре менее чем 1%. Увеличение площади их посева является главным резервом в решении проблемы белка. В нашей стране наиболее распространен горох. В сухостепных районах большее значение имеют нут, чина.
В более южных районах, а также на Дальнем Востоке распространена соя, в более влажных районах лесной и лесостепной зоны - горох, кормовые бобы, на песчаных почвах - желтый люпин.
Биологическая характеристика зернобобовых культур
Семена бобовых растений состоят из семенной оболочки и зародыша. Зародыш состоит из двух семядолей с запасом питательных веществ, зародышевого корешка и почечки. Плод у зернобобовых культур – боб, состоит из двух створок, между которыми крепятся несколько семян на семяножках. При созревании плоды растрескиваются по шву и семена высыпаются.
Листья зернобобовых культур сложные, состоят из черешка, нескольких листочков и прилистника. По строению листьев растения делят на группы: с перистыми листьями (горох, бобы, чина, чечевица), с тройчатыми (соя, фасоль), с пальчатыми (люпин).
Растения с перистыми листьями формируют проросток в основном за счет надсемядольного колена (эпикотиля) и не выносят семядоли на поверхность при прорастании. При посеве допускается более глубокая заделка семян этих культур и боронование до и после появления всходов.
Растения с тройчатыми и пальчатыми листьями прорастают за счет подсемядольного колена (гипокотиля), выносят семядоли на поверхность почвы. Их лучше сеять относительно более мелко, поэтому нельзя бороновать до всходов, иначе есть риск выборанивания проростков.
Корневая система у зернобобовых культур стержневая, то есть вначале образуется стержневой, главный корень, который может проникать на глубину до 1,5 м и больше, позже от него образуются боковые корни разного порядка, находящиеся в основном в пахотном горизонте. На корнях образуются клубеньки розоватого цвета, в которых поселяются клубеньковые бактерии рода Rhizobium , усваивающие атмосферный азот, улучшающие азотное питание бобовых и обогащающие почву азотом.
По строению стебля зернобобовых культур можно выделить следующие группы:
- имеющие прямостоячий относительно устойчивый к полеганию стебель (соя, бобы, люпин, нут);
- с полегающим стеблем (горох, чина, чечевица).
Растения второй группы, имея парноперистые листья, в которых верхние листочки редуцированы в усики, сцепляются между собой и до полного налива удерживаются в вертикальном положении.
Цветки у растений семейства бобовые неправильного, мотылькового типа. Венчик состоит из пяти лепестков. Верхний, непарный лепесток крупнее остальных – парус, два нижних – срослись основаниями, образуя лодочку, два боковых свободных – крылья. Тычинок – десять, девять из них срастаются, окружая вытянутую одногнездную завязь с несколькими семяпочками. По мере развития растений и образования новых вегетативных органов идет образование цветков или соцветий. У большинства видов образуются одиночные цветки или по 2-3 в пазухах листьев, только у люпина образуется верхушечная кисть.
Зернобобовые культуры являются в основном самоопылителями, но у кормовых бобов, люпина белого, желтого, многолетнего наряду с самоопылением наблюдается значительное (до 50%) перекрестное опыление, а у сои, фасоли, нута, чины наряду с самоопылением наблюдается незначительное перекрестное опыление.
У зернобобовых культур отмечают следующие фенологические фазы роста: прорастание, всходы, ветвление стебля, бутонизация, цветение, образование бобов, созревание, полная спелость.
Решающее влияние на формирование урожая зернобобовых культур имеют температура, влага, световой режим.
Большинство этих культур относятся к растениям длинного дня, по происхождению являются видами умеренных климатических зон, а именно: горох, бобы, люпин, чина, чечевица, нут. Они менее требовательны к теплу.
Соя и фасоль - короткодневные растения, но раннеспелые сорта этих культур нейтральны по фотопериодизму. Эти растения более южного происхождения, они более теплолюбивы.
Для зернобобовых культур необходимы более высокие температуры на период налива и созревания семян.
В целом зернобобовые культуры более влаголюбивы по сравнению со злаковыми. На период набухания и прорастания семян требуется много воды (от 100 до 120% от массы семян), так как семена содержат много белка.
Наиболее влаголюбивыми являются горох, бобы, соя, люпин, самыми засухоустойчивыми – нут и чина. Чечевица и фасоль относительно засухоустойчивы. Зернобобовые культуры отличаются достаточно высоким выносом элементов питания.
Вынос по азоту составляет в среднем 58 кг на 1 т семян, тогда как у злаковых – 34 кг. Считается, что 2/3 азота бобовые культуры усваивают из воздуха за счет симбиоза с клубеньковыми бактериями, остальное – из почвы. Поэтому при хороших условиях для азотфиксации эти растения менее требовательны к азотному питанию, но при неэффективной азотфиксации они переходят на питание азотом только из почвы, тогда урожай значительно снижается, особенно на малоплодородных почвах. Вынос по фосфору и калию также высокий, поэтому культуры более требовательны к этим элементам питания еще и потому, что эти элементы повышают эффективность симбиоза.
Большое значение для бобовых имеют микроэлементы молибден и бор. Молибден важен для биологической азотфиксации. Бор значительно повышает завязываемость плодов.
В целом для зернобобовых предпочтительнее нейтральные почвы среднего механического состава, содержащие достаточно фосфора, калия, кальция.
Бобовые - крупное семейство класса двудольных. Оно включает более 20 тыс. видов. Среди бобовых есть травы, кустарники и деревья. Ряд представителей травянистых бобовых растений являются ценными продуктами питания человека (соя, бобы, фасоль, горох, чечевица, нут и др.). Другие представители семейства бобовые: душистый горошек, акации, клевер, донник, чина.
Главными признаками, по которым разных представителей бобовых объединяют в одно семейство, являются строение их цветка и плода.
Цветок бобовых у большинства видов состоит из 5-ти чашелистиков, 5-ти лепестков, одного пестика и десяти тычинок. При этом строение цветка уникально, он обладает двусторонней, а не радиальной симметрией, как цветки других семейств. Самый крупный лепесток цветка называется парусом , два лепестка по бокам от паруса - это весла , два нижних лепестка срастаются, образуя лодочку . Пестик находится как-бы внутри лодочки и окружен тычинками. У многих видов бобовых 9 тычинок срастаются, а одна остается свободной.
Название бобовых происходит от названия плода, который формируется у растений этого семейства. Это плод боб . Он представляет собой сухой, обычно многосемянный плод. У боба есть две створки, которые раскрываются после созревания. Семена растут на этих створках. Следует отличать плод боб и плод стручок. У стручка есть перегородка между створками, и семена растут именно на перегородке. Хотя часто плоды бобовых называют стручками, на самом деле они являются бобами.
Являющиеся травами представители семейства бобовых часто образуют клубеньки на корнях. В таких клубеньках живут бактерии, способные усваивать атмосферный азот. Они обогащают растение азотсодержащими органическими веществами. Бобовое растение, в свою очередь, дает им питательные вещества. Таким образом, между растением и бактериями возникает симбиоз. Клубеньки на корнях - это не скопление бактерий, так как бактерии очень маленькие. Это вызванное бактериями деление клеток корня, а также увеличение их размеров. Когда бобовое растение отмирает, то обогащает почву азотом. Поэтому часто бобовые используют при рекультивации почв.
В бобовых растения (и их семенах) содержится много белка.
По строению стеблей и листьев представители семейства бобовые отличаются между собой. Соцветиями часто являются кисти (люпин) или головки (клевер).
Культурные бобовые растения
К семейству бобовые относятся многие растения, имеющие пищевое значение для человека. Ниже перечислены наиболее известные.
Горох широко распространен, используется человеком в пищу с древних времен. Его семена прорастают при температуре чуть выше нуля, однако требуют много влаги (также как и само растение). Горох ценен большим количеством содержащегося в нем белка. Корневая система стержневая, на боковых корнях образуются клубеньки с азотфиксирующими бактериями. Верхние части сложных листьев гороха преобразуются в усики, которыми он цепляется за опору. Строение цветка характерное для бобовых. До цветения происходит самоопыление.
Фасоль пришла к нам из Южной Америки, где она возделывалась с древних времен. Съедобными у разных сортов фасоли могут быть как семена, так и сами плоды-бобы.
Сою выращивают во многих странах для получения соевых белка, масла и крахмала. Из сои получают множество различных пищевых продуктов (является заменителем мяса, молочных продуктов, из нее изготавливают также сладости и др.).
Бобы (не путать с названием плода) чаще являются кормовыми растениями. Обычно их стебель имеет длину больше метра. Бобы отличаются неприхотливостью.