В статье приведены данные по влиянию систем удобрения и их последействия на урожайность и качество зерна яровой пшеницы сорта МИС. Цель исследования – установить эффективные и экологически безопасные дозы и сочетания подстилочного навоза и минеральных удобрений и их влияние на урожайность и качество растительной продукции при возделывании яровой пшеницы. Исследования проводили в 2007–2008 гг. и в 2014–2015 гг. на двух полях в условиях длительного полевого опыта географической сети по общепринятой методике. В период 1978–2008 гг. в опыте на культурах полевого севооборота испытывали действие органических и минеральных удобрений, с 2009 г. – их последействие на фоне весенней подкормки азотом в дозе N45. Установлено, что урожайность яровой пшеницы при длительном применении органических и минеральных удобрений (2007–2008 гг.) была значительно выше, чем на азотном фоне, без внесения фосфорно-калийных и органических удобрений (2014–2015 гг.). При одностороннем применении минеральных удобрений и навоза прибавка по сравнению с контролем составила 8,4–11,4 ц/га. Применение органоминеральной системы повышало урожайность до 106 %. Урожайность яровой пшеницы, которая возделывалась по последействию органических и минеральных удобрений на фоне подкормки азотом в дозе 45 кг, уменьшилась примерно в 2 раза. Совместное применение органических и минеральных удобрений также увеличивало содержание белка и массу 1000 зерен. В годы с внесением минеральных и органических удобрений крупность зерна зависела только от минеральных удобрений, в годы без внесения удобрений увеличению массы 1000 зерен способствовали калийные минеральные удобрения и навоз. В обоих случаях повышению содержания сырого белка в зерне яровой пшеницы способствовали азотные удобрения. Установлена корреляционная связь между массой 1000 зерен и урожайностью яровой пшеницы.
яровая пшеница, навоз, минеральные удобрения, урожайность, качество, дерново-подзолистая почва.
Введение
Как показывает накопленный опыт в России и за рубежом, воспроизводство плодородия почв во многом зависит от рационального применения агрохимических средств, главным образом - от удобрений. При этом максимальный эффект достигается от совместного использования органических и минеральных удобрений [1–2]. Однако многие вопросы, в частности связанные с действием различных схем удобрения (минеральной, органической, органоминеральной) на физические, агрохимические и биологические показатели почв, урожайность и качество возделываемых культур в различных почвенных условиях, требуют уточнения. Необходимо уточнить, что в ряде зарубежных стран с применением высоких и сверхвысоких объемов минеральных удобрений, следствием чего во многих случаях стало ухудшение экологического равновесия и качества растительного сырья, появились сторонники так называемого альтернативного сельского хозяйства с ограниченным применением промышленных удобрений и даже с полным их исключением [3, 6, 8–9].
Между тем, согласно новой парадигме ФАО, изложенной в Руководстве для политиков по устойчивой интенсификации растениеводства, ставится задача получения высокой урожайности сельскохозяйственных культур путем разумного использования органических и химических удобрений, максимального использования естественных источников органического вещества (навоза, биологического азота) в комплексе с удобрениями на основе минерального сырья. Эта парадигма не противоречит ранее сформировавшимся отечественным концепциям. К тому же ее целесообразность подтверждают и результаты длительных исследований ВНИИ агрохимии и Смоленского ИСХ с удобрениями на дерново-подзолистых почвах, включая итоги нижеприведенного опыта [4, 7, 10].
Цель и методика исследований
Влияние различных норм и сочетаний навоза и минеральных удобрений, а также их последействие на фоне азотного удобрения на урожай и качество яровой пшеницы сорта МИС изучали в долгосрочном полевом опыте в п. Ольша (Смоленский ИСХ), который был заложен в
Цель работы заключалась в выявлении закономерностей длительного действия в агроценозах органических и минеральных удобрений в широком диапазоне доз для разработки эффективной системы удобрения под яровую пшеницу.
С 1978 по 2015 год прошло 5 ротаций севооборота. С 1978 по 2008 год изучали влияние органических и минеральных удобрений на урожай и качество культур. С
Полная схема опыта состояла из 16 вариантов, повторенных на 3 фонах (0000, 1111, 2222), или 48 вариантов. В кодах первая цифра означает дозу азота, вторая – фосфора, третья – калия, четвертая – навоза. Площадь делянки –
Эксперимент проводился в плодосменном севообороте со следующей очередностью культур: овес на зеленую массу, озимая рожь, ячмень с подсевом трав, многолетние травы 1 и 2 годов пользования, яровая пшеница, овес.
Почва исследуемого участка дерново-подзолистая легкосуглинистая с низким содержанием гумуса (1,5–2,0 %), слабокислой реакцией почвенной среды (рН = 5,5), содержанием подвижного фосфора и калия соответственно 150–170 и 110–150 мг/кг почвы.
В эксперименте изучали следующие удобрения: аммиачную селитру (N – 34 %), простой суперфосфат (Р2О5 – 30 %) и хлористый калий (К2О – 57 %), которые применяли под культивацию. Полуперепревший навоз вносили один раз за севооборот под озимую рожь под вспашку. Содержание в нем органического вещества (на сухую массу) составляло 49,1–68,6 %, отношение С:N равнялось 18–19. С единичной дозой навоза 3 т/га было внесено в почву (на
Закладка опыта и статистическая обработка экспериментальных данных выполнены по общепринятым методикам с использованием компьютерной программы STRAZ [5, 11].
Результаты исследований
В таблице 1 представлены данные, которые отражают воздействие минеральных и органических удобрений на урожай яровой пшеницы. При сравнении экспериментальных показателей очевидно, что продуктивность яровой пшеницы при продолжительном использовании органических и минеральных удобрений (за период 1978–2008 гг.) значительно выше, чем на азотном фоне, без внесения фосфорно-калийных и органических удобрений. Прибавка урожайности в среднем за 2007–2008 годы увеличилась с 8,4 до 20,4 ц/га, а за 2014–2015 годы она возросла с 0,7 до 15,5 ц/га.
Таблица 1
Влияние органических и минеральных удобрений на урожай яровой пшеницы
Table 1
Influence of organic and mineral fertilizers on spring wheat harvest
|
Варианты опыта Experience variants |
Действие удобрений Effect of fertilizers |
Последействие удобрений Aftereffect of fertilizers |
||||
|
Урожайность, ц/га (в среднем за 2007–2008 гг.) Yield, с/ha (on average for 2007–2008) |
Прибавка Increase |
Урожайность, ц/га (в среднем за 2014–2015 гг.) Yield, с/ha (on average for 2014–2015) |
Прибавка Increase |
|||
|
ц/га с/ha |
% |
ц/га с/ha |
% |
|||
|
0000 |
19,2 |
– |
– |
11,8 |
– |
– |
|
0030 |
27,6 |
8,4 |
44 |
16,6 |
4,8 |
41 |
|
0300 |
30,6 |
11,4 |
59 |
13,9 |
2,1 |
18 |
|
3000 |
30,5 |
11,3 |
59 |
12,5 |
0,7 |
6 |
|
3330 |
34,5 |
15,3 |
80 |
17,3 |
5,5 |
47 |
|
0003 |
30,2 |
11,0 |
57 |
15,1 |
3,3 |
28 |
|
1111 |
28,5 |
9,3 |
48 |
14,1 |
2,3 |
19 |
|
2222 |
33,4 |
14,2 |
74 |
17,5 |
5,7 |
48 |
|
3333 |
35,3 |
16,1 |
84 |
18,2 |
6,4 |
54 |
|
4444 |
32,3 |
13,1 |
68 |
24,3 |
12,5 |
106 |
|
5555 |
39,6 |
20,4 |
106 |
27,3 |
15,5 |
131 |
|
НСР05 |
2,6 |
|
|
1,1 |
|
|
При одностороннем применении азота, фосфора и навоза прибавка была примерно одинаковой (11,0–11,4 ц/га), от калия несколько ниже – 8,4 ц/га. При внесении минеральных удобрений в тройном объеме (3330) урожайность увеличилась на 80 %. Применение органоминеральной схемы с постепенным увеличением дозы способствовало значительному повышению прибавки урожая (до 106 %).
Яровая пшеница 2014–2015 гг. возделывалась шестой культурой севооборота, где уже изучали последействие фосфорно-калийных минеральных удобрений и навоза на фоне азотных удобрений. Аммиачную селитру вносили в дозе 45 кг д. в. Как видно из таблицы 1, средняя урожайность за 2 года уменьшилась примерно в 2 раза. И только на вариантах 4444, 5555 разница снизилась в 1,3–1,4 раза.
Рассчитанные на основе экспериментальных данных полевого опыта уравнения (1) и (2) отражают зависимость урожайности зерна пшеницы от удобрений.
Y(2007–2008 гг.) = 21,96 + 4,16N0,5 + 2,52P + 0,99K + 5,68H0,5 – 1,73(NP)0,5 – 2,05(PH)0,5 – 1,59(KH)0,5; R = 0,75 (1)
Y(2014–2015 гг.) = 12,28 + 1,45K + 0,64H + 0,42(NP)0.5; R = 0,87 (2)
Согласно первому уравнению регрессии, установлена прямолинейная зависимость роста урожайности от возрастающих доз всех видов удобрений. Взаимодействие фосфорных и калийных удобрений с навозом и азотно-фосфорное сочетание способствовали снижению урожайности.
Учеными отмечено, что при хорошей обеспеченности почвы фосфором и калием одностороннее внесение азотных удобрений способствует получению стабильных урожаев, но приходится считаться с неизбежностью определенного снижения почвенных запасов подвижного P2О5 и К2О [6, 7].
За период 2014–2015 гг. на рост урожайности яровой пшеницы оказывали влияние калийные минеральные удобрений и органика (2). Действие фосфора проявлялось только в комбинации с азотом.
Наравне с продуктивностью при возделывании пшеницы большое значение имеет и качество получаемого зерна.
На дерново-подзолистых почвах применение удобрений в научно обоснованных дозах способствует оптимизации условий для протекания биохимических реакций в растениях, а соответственно и повышению качества продукции [8].
Масса 1000 зерен – один из показателей, который определяет урожай зерна. В среднем за 2007–2008 гг. на фоне без внесения навоза масса 1000 зерен в зависимости от вида минерального удобрения увеличивалась от 34,2 до
В период 2014–2015 гг. на фоне поддерживающей подкормки азотом наблюдались изменения крупности зерна пшеницы. Более крупная зерновка формировалась на делянках, где ранее вносили большие дозы навоза и минеральных удобрений. Наибольшая масса 1000 зерен составила
Таблица 2
Влияние действия и последействия органических и минеральных удобрений на качество зерна яровой пшеницы
Table 1
Influence of action and aftereffect of organic and mineral fertilizers on quality of grain of spring wheat
|
Варианты опыта Phases experience variants |
Действие удобрений, в среднем за 2007–2008 гг. Effect of fertilizers, on average for 2007–2008 |
Последействие удобрений, в среднем за 2014–2015 гг. Aftereffect of fertilizers, on average for 2014–2015 |
||
|
Сырой белок, % Сrude protein, % |
Масса 1000 зерен, г Weight of 1000 grains, g |
Сырой белок, % Crude protein, % |
Масса 1000 зерен, г Weight of 1000 grains, g |
|
|
0000 |
9,4 |
34,2 |
6,1 |
29,1 |
|
0030 |
7,5 |
35,5 |
7,1 |
30,0 |
|
0300 |
9,5 |
42,9 |
7,2 |
29,8 |
|
3000 |
9,8 |
37,3 |
7,1 |
28,2 |
|
3330 |
11,7 |
39,5 |
7,7 |
30,8 |
|
0003 |
9,4 |
37,0 |
5,9 |
29,7 |
|
1111 |
7,4 |
36,7 |
6,5 |
30,2 |
|
2222 |
10,8 |
40,8 |
6,3 |
31,2 |
|
3333 |
10,3 |
40,7 |
7,9 |
37,9 |
|
4444 |
11,8 |
41,3 |
7,3 |
32,0 |
|
5555 |
12,5 |
41,4 |
7,9 |
32,2 |
Действие удобрений в той или иной степени влияло на массу 1000 зерен, о чем свидетельствуют уравнения регрессии (3) и (4).
Y(масса 1000 зерен за 2007-2008 гг.) = 36,84 + 0,32P + 0,52(NK)0.5; R = 0,54 (3)
Y(масса 1000 зерен за 2014-2015 гг.) = 28,99 + 0,65К05 + 0,275Н; R = 0,48 (4)
Если в годы внесения минеральных и органических удобрений крупность зерновки зависела только от минеральных удобрений, то в годы без их внесения увеличению массы 1000 зерен способствовали только калийные удобрения и навоз.
Применение органо-минерального комплекса в возрастающих дозах способствовало увеличению количества сырого белка в зерне пшеницы с 7,4 до 12,5 %. Без внесения удобрений процент белка изменялся незначительно.
Обработка экспериментальных данных выявила зависимость концентрации белка в зерне от удобрений (уравнения (5), (6)).
Y(сырой белок за 2007-2008 гг.) = 9,24 + 0,58N0.5 – 0,6K0.5 + 0,5(PK)0.5; R = 0,66 (5)
Y(сырой белок за 2014-2015 гг.) = 6,43 + 0,22N +0,34Р + 0,35K0.5 – 0,54(PK)0.5; R = 0,56 (6)
Сравнительный анализ показал, что в обоих случаях на содержание белка в зерне положительно влияли азотные удобрения. Калийные и взаимодействие фосфорно-калийных удобрений имели противоположный эффект. Если в годы внесения калийные удобрения снижали содержания белка, а фосфорно-калийное взаимодействие удобрений способствовало его увеличению, то без внесения минеральных удобрений, используя свободные запасы в почве, калий положительно влиял на увеличение концентрации белка в зерне, а фосфорно-калийное взаимодействие способствовало снижению его содержания.
В годы без минеральных удобрений процент белка в зерне увеличивался за счет использования почвенных запасов фосфора.
Установлена корреляционная связь между массой 1000 зерен пшеницы и ее продуктивностью. Как показано на рис. 1, коэффициент корреляции (r) в 2007–2008 гг. приближался к единице. Это говорит о том, что между изучаемыми признаками имелась тесная связь. При выращивании яровой пшеницы в 2014–2015 гг. коэффициент корреляции не превышал 0,48, т. е. урожайность слабо зависела от изменения массы 1000 зерен.
|
2007–2008 гг. 2007–2008 |
2014–2015 гг. 2014–2015 |
Рис. 1. Взаимосвязь между урожайностью и массой 1000 зерен яровой пшеницы
Fig. 1. Relationship between yield and weight of 1000 grains of spring wheat
Коэффициент детерминации (R2) составил 0,58 и 0,23, т. е. 58 % и 23 % колебаний в урожайности, соответственно, связано с изменением массы 1000 зерен.
Выводы. Рекомендации
На основании исследований, выполненных в долгосрочном полевом опыте, под яровую пшеницу сорта МИС при выращивании в севообороте на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве рекомендуется применять органоминеральный комплекс удобрений в дозах не менее N60P60K60 на фоне 6 т/га подстилочного навоза ежегодно. При использовании этой системы удобрения средняя урожайность пшеницы составила 33,4 ц/га, что на 74 % превышало контроль без удобрений. При этом концентрация белка в зерне находилась на уровне 10,8 %, масса 1000 зерен составила
1. Агрохимия. Классический университетский учебник для стран СНГ / Под ред. В. Г. Минеева. - М. : ВНИИА, 2017. - 854 с.
2. Влияние длительного применения удобрений на органическое вещество почв / Под ред. В. Г. Сычева, Л. К. Шевцовой. - М. : ВНИИА, 2010. - 352 с.
3. Гаврилова А. Ю. [и др.] Эффективное использование органических и минеральных удобрений на дерново-подзолистых почвах Смоленской области // Итоги выполнения программы фундаментальных научных исследований государственных академий на 2013 - 2020 гг.: материалы Всероссийского координационного совещания научных учреждений-участников Географической сети опытов с удобрениями. 2018. С. 63-72.
4. Державин Л. М. Методология проектирования применения удобрений и других средств химизации в ресурсосберегающих агротехнологиях при модернизации земледелия // Агрохимия. 2013. № 8. С. 18-29.
5. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). - М. : Книга по требованию, 2012. - 352 с.
6. Еськов А. И., Лукин С. М., Мерзлая Г. Е. Современное состояние и перспективы использования органических удобрений в сельском хозяйстве // Плодородие. 2018. № 1 (100). С. 20-23.
7. Коллетт Л., Ходжкин Т. Сохранить и приумножить: Руководство для политиков по устойчивой интенсификации растениеводства в мелких хозяйствах. - Рим : Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (ФАО), 2011. - 102 с.
8. Конова А. М. [и др.] Региональная система земледелия Смоленской области. - Смоленск: Агронаучсервис, 2013. - 277 с.
9. Лапа В. В., Ивахненко Н. Н., Грачева А. А. Длительное последействие остаточных количеств фосфорных и калийных удобрений // Почвоведение и агрохимия. 2014. № 1 (52). С. 136-148.
10. Мерзлая Г. Е. Эффективность органических систем удобрения // Экологически устойчивое земледелие: состояние, проблемы и пути их решения: материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. 2018. С. 23-31.
11. Методика полевых и вегетационных опытов с удобрениями и гербицидами. - М. : Наука, 2000. - 184 c.
