Азот — важнейший элемент для роста растений, но его доступные формы часто присутствуют в почве в недостаточном количестве. Современное сельское хозяйство сталкивается с необходимостью снижения зависимости от синтетических азотных удобрений, которые, несмотря на временное повышение урожайности, приводят к загрязнению окружающей среды, деградации почв и росту производственных затрат. Особую сложность представляет обогащение почв доступным азотом в условиях разной кислотности (pH), поскольку многие азотфиксирующие культуры теряют эффективность на кислых грунтах, а традиционные удобрения в таких условиях могут усугублять дисбаланс питательных элементов. Это создаёт замкнутый круг: бедные и кислые почвы требуют ещё больше химических добавок, что ещё сильнее нарушает их естественное плодородие и экосистему.

Научно-исследовательская работа направлена на решение этой комплексной проблемы путём изучения потенциала люпина — культуры, способной не только фиксировать азот даже в неблагоприятных условиях, но и улучшать структуру почвы, — что позволит предложить экологически безопасную и экономически выгодную альтернативу для устойчивого земледелия.

Для России, где до 60 % сельхозугодий подвержены деградации, а зависимость от импортных удобрений и экологические риски их применения угрожают продовольственной безопасности, внедрение люпина как азотфиксирующей культуры отвечает стратегическим интересам государства. В Алтайском крае, как ведущем сельскохозяйственном регионе, люпин позволит снизить затраты на удобрения, восстановить плодородие земель и повысить урожайность в зонах рискованного земледелия. Это создаёт основу для устойчивого сельского хозяйства, сокращает экологическую нагрузку и укрепляет продовольственную безопасность страны, особенно в условиях санкций и климатических вызовов.

Целью исследования является оценка влияния люпина на агрохимический состав почвы, в качестве азотофиксатора на почвах с разным уровнем pH.

Задачи исследования:

1. Провести лабораторные исследования всхожести люпина на почвах с разным уровнем pH;
2. Изучить влияние на агрохимические свойства почвы
3. Оценить эффективность применения люпина с целью обогащения почв азотом доступным для растений на почвах с разным уровнем кислотности.

Исследования в области использования бобовых культур, включая люпин, для биологической фиксации азота имеют глубокие корни. Основополагающие работы Д. Н. Прянишникова [1] заложили теоретическую базу, подчеркнув роль симбиотической азотфиксации как альтернативы минеральным удобрениям. Прянишников отмечал, что бобовые культуры, благодаря клубеньковым бактериям, способны не только обеспечивать себя азотом, но и улучшать почвенное плодородие для последующих культур, что особенно важно в зонах с бедными почвами.

Также большую важность зернобобовым культурам отдавал Парахин Н. В., он отмечал, что их способность фиксировать азот атмосферы и накапливать в семенах большое количество биологически ценного белка завоевали им прочное место в севообороте [4,5].

Аманнепесова А. в своих работах также отмечает большую роль бобовых культур в фиксации азота, а также повышении плодородия почв. Накапливая азот в почве, они препятствуют истощению его запасов. Обогащение происходит во время выращивания растений, а затем и при дальнейшем разложении их корней и листьев. Люпин стоит на третьем месте по количеству фиксируемого азота (169 кг/га), уступая лишь люцерне и разным сортам клевера (217 и 150–200 кг/га соответственно) [2].

Для исследования влияния люпина на содержание и динамику азота использовались общепринятые методики: для нитратного азота дисульфофеноловый метод, для аммонийного азота по Е. В. Аринушкиной [3].

Схема лабораторного опыта включала в себя 2 варианта:

1. Грунт «ФАСКО Универсальный», в который высаживался Люпин белый — контроль;
2. Грунт «ФАСКО Универсальный» + HCl 10 % (300 мл на 1 кг грунта), в который высаживался люпин белый.

Опыт проводился на базе кафедры почвоведения и агрохимии ФГБОУ ВО Алтайский государственный аграрный университет в 2024 году, имеющей все необходимое оборудование для изучения влияния люпина на агрохимические показатели с разным уровнем pH.

Изначальный уровень pH _в на 1 варианте составлял 7,12, что относится к нейтральной реакции почвенного раствора. На 2 варианте, путем добавления HCl 10 % pH _в удалось снизить до 5,86, что относится к слабокислой реакции среды.

В период исследований проводилось наблюдение за динамикой содержания аммонийного и нитратного азота в почве. Отбор почвенных образцов проводили до посева и в фазу стеблевания люпина (27 день после посева). Важно отметить, что опыт проводился в лабораторных условиях и в связи с особенностями культуры (стержневая корневая система достигает 1,5 метров) рост происходило значительно медленнее, чем в полевых условиях. Также в лабораторных условиях практически невозможно достичь фазы цветения.

Нами было определено содержание нитратного и аммонийного азота в почве, по вариантам опыта (таблица 1).

Таблица 1

Содержание и динамика аммонийного азота в почве, мг/100 г

Проведённый анализ динамики азота в почве при выращивании люпина выявил комплекс закономерностей, связанных как с биологическими особенностями культуры, так и с влиянием кислотности грунта.

Люпин, как бобовая культура, активно фиксирует атмосферный азот благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями Bradyrhizobium lupini. Это подтверждается резким ростом содержания нитратного азота (NO₃) в контроле к фазе стеблевания — с 2.73 до 14.43 мг/100 г (+429 %).

Параллельное снижение аммонийного азота (NH₄) с 18.21 до 0.75 мг/100 г (-96 %) объясняется его потреблением растением для синтеза органических соединений и конверсией в NO₃ через процесс нитрификации, катализируемый почвенными бактериями Nitrosomonas и Nitrobacter.

Подкисление грунта (HCl 10 %) привело к достоверному снижению содержания NO₃ на 32 % (9.75 мг/100 г против 14.43 мг/100 г в контроле) и NH₄ на 23 % (0.58 мг/100 г против 0.75 мг/100 г). Это связано с угнетением активности нитрифицирующих бактерий, которые чувствительны к низкому pH, а также с нарушением симбиоза люпина и ризобий, что подавляет развитие корневой системы люпина и снижает эффективность азотфиксации.

Разница между контролем и вариантом с HCl по NO₃ (4.68 мг/100 г) и NH₄ (0.17 мг/100 г) превышает значения наименьшей существенной разницы (НСР₀₅ = 3.86 и 0.14 соответственно), что подтверждает влияние кислотности как ключевого фактора.

Даже в подкислённой почве люпин частично сохраняет способность накапливать NO₃, что указывает на его адаптационный потенциал. Однако эффективность фиксации азота в таких условиях недостаточна для полноценного замещения минеральных удобрений. Динамика NH₄ отражает не только его потребление растением, но и возможное связывание в органические формы или вымывание из почвы, особенно в условиях нарушенного микробиома.

Для регионов с кислыми почвами (например, Алтайский край) критически важно регулировать pH грунта в диапазоне 5.5–6.5. Это достигается известкованием, внесением органики или подбором устойчивых сортов люпина (например, Lupinus angustifolius).

Люпин может стать основой для белково-азотных конвейеров в севообороте, особенно в сочетании с культурами, требовательными к NO₃ (зерновые, овощи).

Снижение зависимости от синтетических удобрений за счёт люпина сократит себестоимость продукции и экологическую нагрузку, что соответствует целям импортозамещения и «зелёной» агроэкологии.

В дальнейшем требуется изучение долгосрочного влияния люпина на микробиом и структуру кислых почв, актуальна оценка экономической эффективности его применения.

Люпин подтверждает свою роль как ключевого инструмента для фиксации азота в почвах, но его успешное применение требует учёта почвенно-химических условий и комплексного подхода к управлению агроэкосистемами. Результаты работы создают научную основу для адаптации технологии к специфике регионов России, где деградация почв и климатические риски становятся вызовом для продовольственной безопасности.

Литература:

1. Азот в жизни растений и в земледелии СССР [Текст] / Д. Н. Прянишников; Акад. наук СССР. — Москва; Ленинград: изд. и 2-я тип. Изд-ва Акад. наук СССР, 1945 (М.). — 199 с., 1 л. портр.: ил.; 26 см.
2. Аманнепесова А. Роль клубеньков бобовых растений в повышении плодородия почвы // Вестник науки. 2023. № 11 (68). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/rol-klubenkov-bobovyh-rasteniy-v-povyshenii-plodorodiya-pochvy (дата обращения: 14.02.2025).
3. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв [Для вузов по специальности «Агрохимия и почвоведение»].
4. Парахин Н. В. Основные приоритеты устойчивого развития растениеводства // Вестник ОрелГАУ. 2006. № 2–3 (2–3). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/osnovnye-prioritety-ustoychivogo-razvitiya-rastenievodstva
5. Парахин, Н. В. Реализация средообразующего потенциала зернобобовых культур для повышения устойчивости производства зерна / Н. В. Парахин, С. Н. Петрова, Ю. В. Кузьмичева // Зерновое хозяйство России. — 2011. — № 4. — С. 18–22. — EDN OJCYDR.