Агрохимия, 2022, № 4, стр. 11-17
Влияние минеральных удобрений и агротехнических приемов на урожайность и качество зерна яровой пшеницы в разных метеоусловиях центральной лесостепной зоны Зауралья
Ю. В. Суркова 1, *, И. Н. Цымбаленко 1, С. Д. Гилев 1
1 Уральский федеральный аграрный научно-исследовательский центр Уральского отделения РАН
620142 Екатеринбург, ул. Белинского, 112а, Россия
* E-mail: kniish@ketovo.zaural.ru
Поступила в редакцию 21.05.2021
После доработки 18.06.2021
Принята к публикации 15.11.2021
- EDN: GFDJKN
- DOI: 10.31857/S0002188122020132
Аннотация
Представлены результаты исследования влияния минеральных удобрений и агротехнических приемов на урожайность и качество зерна яровой пшеницы в полевых севооборотах центральной лесостепной зоны Зауралья за период 2010–2020 гг. Приведен ретроспективный анализ гидротермических условий региона за 86 лет и 11-летний период. Показана зависимость урожайности от условий влагообеспеченности и агротехнических приемов (севооборотов, предшественников, минеральных удобрений). По гидротермическим условиям исследованного периода установлено 3 уровня влагообеспеченности: острозасушливый (ГТК 0.3–0.6), на который выпало 27.3% лет; засушливый (0.7–0.9)–27.3% лет и благоприятный по условиям увлажнения – 45.4% лет. Продуктивность яровой пшеницы и качество зерна в значительной степени определяли гидротермические условия и в меньшей – агротехнические приемы. Особенно четко проявилась зависимость урожайности яровой пшеницы от условий увлажнения. В благоприятных условиях влагообеспеченности (45–50% лет) яровая пшеница в полевых севооборотах центрального Зауралья на фоне минимальной системы обработки почвы и при оптимальной обеспеченности удобрениями и средствами защиты обеспечила стабильную урожайность на уровне 22.9 ц/га. Недостаточная влагообеспеченность (ГТК 0.7–0.9) приводила к потерям 37.1% урожая, острозасушливые явления снижали урожайность на 68.1%. Оптимальные дозы азотных удобрений оказывали положительное влияние на формирование урожайности яровой пшеницы: при величине ГТК 0.7–0.9 прибавка составила 1.3, в благоприятные годы – 4.6 ц/га. В качестве лучших предшественников яровой пшеницы выделили черный пар, обеспечивший повышение урожайности пшеницы по сравнению с другими предшественниками на 38–55% и сою, после которой урожайность пшеницы увеличивалась на 15–25% в зависимости от условий влагообеспеченности. Установлена сильная корреляционная зависимость между гидротермическими условиями июля и основным показателем качества зерна – содержанием сырой клейковины. Июль в Зауралье отличается относительно стабильными условиями влагообеспеченности, что свидетельствует о потенциальных возможностях климата Зауралья для выращивания качественного зерна яровой пшеницы.
ВВЕДЕНИЕ
Основным фактором, лимитирующим урожайность и качество продукции полевых культур в Зауралье, является обеспеченность территории влагой. Согласно ретроспективному анализу гидротермических условий вегетационного периода (май–август) за 86 лет наблюдений (1929–2015 гг.), в центральной природной зоне зафиксировано 11 острозасушливых лет (ГТК <0.5), в течение 29 лет наблюдали засуху средней интенсивности (0.5–0.9); 25 лет оказались умерено влажными (1.0–1.2) и 22 года отличались высокой влагообеспеченностью (>1.2). Таким образом, согласно ретроспективному прогнозу, практически каждый второй год в Зауралье характеризуется как засушливый или очень засушливый [1].
Засушливость климата стала одной из предпосылок ускоренного перехода на бесплужное земледелие, способствующее сокращению потерь и более эффективному использованию почвенной влаги.
В настоящее время в земледелии Зауралья в основном применяют минимальную систему обработки почвы. На более чем 40% посевных площадей зерновые культуры возделывают после стерневых фонов, с ограниченным применением минеральных удобрений [2]. По литературным данным, аналогичная ситуация складывается во многих регионах страны, что отрицательно сказывается на количестве и качестве зерновой продукции [3].
Интенсивные технологии (ресурсосберегающая обработка почвы, оптимальное минеральное питание, надежная защита от вредных объектов) обеспечивают увеличение продуктивности яровой пшеницы и улучшение качества зерна. Однако большинство авторов отмечают, что уровни урожайности и качественные показатели зерна значительно варьируют в зависимости от погодных условий [4–6].
Цель работы – установить влияние гидротермических условий центральной природной зоны Зауралья и агротехнических приемов на урожайность и качественные показатели зерна яровой пшеницы, возделываемой в полевых севооборотах на фоне минимальной системы обработки почвы.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проводили в длительном стационарном опыте закладки 1968 г. на центральном опытном поле Курганского научно-исследовательского института сельского хозяйства – филиала УрФАНИЦ УрО РАН.
Почва опытного участка – чернозем выщелоченный среднесуглинистый маломощный малогумусный, в пахотном слое содержится: гумуса – 3.23–3.78%, подвижного фосфора – 54–58 мг/кг (по Чирикову) – в контроле и 75–83 мг/кг – в удобренных вариантах, обменного калия – 176–300 мг/кг (по Масловой). Обеспеченность почвы N-NO3 перед посевом составляла: после непаровых предшественников – 5–10, после пара – 10–15 мг/кг.
Яровую пшеницу сорта Зауралочка возделывали в 4-польных севооборотах (пар–пшеница–пшеница–пшеница, пар–пшеница–соя–пшеница, пар–пшеница–рапс–пшеница, кукуруза–пшеница–горох–пшеница) на фоне минимальной системы обработки почвы (зяблевая обработка БДМ на 8‒10 см). Учитывая засушливые условия центрального Зауралья и опираясь на ранее полученные данные лаборатории агрохимии института [7], на 1 га севооборотной площади, кроме контрольных вариантов, применяли наиболее оптимальные дозы минеральных удобрений: в зернопаровых севооборотах – N20 (в паровом поле и под пшеницу после пара азот не вносили, под 2-ю и 3-ю культуры – N40), в зерновом – N25 (под кукурузу – N40, под пшеницу после кукурузы – N40, под горох азот не вносили, под пшеницу после гороха – N20).
Пшеницу высевали сеялкой СКП-2.1, оборудованной сошниками культиваторного типа, норма высева 4.5–5.0 млн всхожих семян/га, срок посева – 3-я декада мая. В фазе кущения пшеницы проводили химическую прополку сорняков баковой смесью, состоявшей из сложного 2-этилгексилового эфира 2.4-Д и феноксапроп-п-этила. В годы эпифитотий листостебельных болезней посевы пшеницы защищали фунгицидами пропиконазольной или тебуконазольной групп.
Уборку урожая проводили комбайном “Сампо 500”, наблюдения и учеты в полевых и лабораторных условиях – по общепринятым методикам и ГОСТам, для математической обработки полученных данных использовали программы Excel и Statistica 6.0, а также методы дисперсионного и корреляционного анализов [8].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
За период исследования (2010–2020 гг.) условия увлажнения отличались контрастными показателями (рис. 1). Неблагоприятные гидротермические условия в острозасушливый и засушливый периоды усугублялись недостаточным увлажнением почвы к началу весенне-полевых работ (рис. 1б).
Особенно низкие запасы продуктивной влаги весной в 1-метровом слое почвы отмечены в острозасушливые 2010, 2012 гг. (61 и 78 мм или 58 и 74% нормы), в то время как среднемноголетний показатель весенних влагозапасов выщелоченного среднесуглинистого чернозема в вариантах поверхностной обработки составлял 105 мм [9]. Нормальная влагообеспеченность почвы выявлена в 2020 г. (107 мм), однако в острозасушливых условиях вегетационного периода почвенные влагоресурсы быстро истощались из-за отсутствия достаточного количества летних осадков и непроизводительного расхода на испарение.
В период c ГТК 0.7–0.9 содержание влаги в годы исследования оказалось равным 83–86 мм, что составило 78–82% среднемноголетней обеспеченности. В благоприятные годы аналогичные уровни влагообеспеченности почвы наблюдали в 2013 г. (83 мм) и 2018 г. (76 мм), затем своевременные осадки вегетационных периодов “исправляли” эти несоответствия.
В процессе всего периода исследования продуктивность яровой пшеницы в значительной степени регламентировалась гидротермическими условиями и в меньшей – агротехническими приемами. Установлена сильная положительная связь между урожайностью яровой пшеницы и гидротермическим коэффициентом вегетационных периодов: r = 0.70–0.73.
Особенно четко проявилась зависимость урожайности яровой пшеницы от условий увлажнения. В среднем после изученных предшественников урожайность пшеницы, возделываемой без удобрений в острозасушливые годы, на которые приходилось 27.3% случаев, снижалась на 63.4% по сравнению с благоприятным по увлажнению периодом (табл. 1).
Таблица 1.
Предшественник | Гидротермический коэффициент | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
0.3–0.6 | 0.7–0.9 | 1.1–1.2 | ||||
ц/га | % | ц/га | % | ц/га | % | |
Без удобрения | ||||||
Пар | 10.6 | 43 | 18.3 | 75 | 24.4 | 100 |
Пшеница после пара | 6.8 | 37 | 13.0 | 70 | 18.5 | 100 |
2-я пшеница после пара | 5.8 | 37 | 10.5 | 66 | 15.8 | 100 |
Соя | 6.9 | 35 | 14.1 | 72 | 19.5 | 100 |
Кукуруза | 6.4 | 36 | 13.5 | 76 | 17.7 | 100 |
Горох | 6.8 | 35 | 14.1 | 72 | 19.5 | 100 |
Рапс | 5.4 | 34 | 10.8 | 67 | 16.1 | 100 |
Средние | 6.7 | 36 | 13.1 | 71 | 18.3 | 100 |
На фоне удобрения | ||||||
Пар | 11.0 | 40 | 18.6 | 68 | 27.4 | 100 |
Пшеница поcле пара | 6.8 | 28 | 13.4 | 55 | 24.5 | 100 |
2-я пшеница после пара | 6.9 | 32 | 12.7 | 59 | 21.5 | 100 |
Соя | 7.5 | 31 | 15.8 | 66 | 24.0 | 100 |
Кукуруза | 7.0 | 30 | 15.9 | 68 | 23.5 | 100 |
Горох | 7.2 | 30 | 13.4 | 56 | 24.1 | 100 |
Рапс | 5.8 | 31 | 13.5 | 73 | 18.5 | 100 |
Средние | 7.3 | 32 | 14.4 | 63 | 22.9 | 100 |
НСР05 | 0.6–0.7 |
Оптимальные дозы азотных удобрений, высокая эффективность которых проявлялась в благоприятных условиях увлажнения, в острозасушливые годы оказывали больше угнетающее, чем положительное влияние на процессы формирования урожайности пшеницы. Прибавка зерна от азотных удобрений находилась в пределах ошибки опыта (0.6 ц/га).
В среднезасушливые годы (ГТК 0.7–0.9) снижение урожайности пшеницы составило 28.4% от урожайности, полученной в благоприятный период. В этих условиях минеральный азот оказался более эффективным, прибавка зерна пшеницы на фоне удобрений составила 1.3 ц/га.
В качестве лучших предшественников выделили пар и сою, обеспечившие повышение урожайности пшеницы по сравнению со 2-й после пара пшеницей как без удобрений, так и на фоне применения азотного удобрения в острозасушливые и обеспеченные влагой годы.
Следует отметить, что ретроспективный прогноз продуктивности яровой пшеницы в центральной лесостепной зоне Зауралья на основе 86-летних наблюдений [10] подтвердился исследованием за более короткий 11-летний период.
Следовательно, результаты исследования позволяют констатировать, что выщелоченные среднесуглинистые черноземы центральной лесостепной зоны Зауралья в благоприятных гидротермических условиях (до 50% лет) могут обеспечивать стабильную продуктивность яровой пшеницы в зернопаровых севооборотах без удобрения на уровне 18.3 ц/га при условии: средней обеспеченности почвы подвижным фосфором и надежной системы защиты от вредных объектов. В годы с недостаточной влагообеспеченностью (27–30% лет) потери урожая пшеницы, возделываемой без удобрений, в среднем после изученных предшественников достигали 28.4% (13.1 против 18.3 ц/га), в острозасушливые (27.3% лет) – 63.4%.
Минеральный азот на фоне оптимальной обеспеченности почвы подвижным фосфором в средние и благоприятные по увлажнению годы увеличивал урожайность пшеницы соответственно на 1.3 ц/га (на 10%) и 4.6 ц/га (на 25.1%).
Метеоусловия и минеральные удобрения оказывали существенное влияние на качество зерна яровой пшеницы [11, 12]. Средняя положительная корреляционная связь установлена между массой 1000 зерен, натурой зерна и гидротермическим коэффициентом вегетационных периодов (r = 0.55–0.60).
Установлено, что в благоприятные по температурному режиму и увлажнению годы (45–50% лет), в центральной природной зоне Зауралья имеется возможность получать зерно яровой пшеницы, отвечающее требованиям 1-го и 2-го классов по физическим качествам. Третий класс, согласно требованиям ГОСТа 52554-2006, можно получать при условии средней влагообеспеченности не зависимо от предшественников и фона удобренности полевого севооборота (табл. 2).
Таблица 2.
Предшественник | Гидротермический коэффициент | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
0.3–0.6 | 0.7–0.9 | 1.1–1.2 | ||||
1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | |
Без удобрения | ||||||
Пар | 23.8 | 713 | 25.3 | 749 | 29.5 | 778 |
1-я пшеница после пара | 21.3 | 714 | 23.0 | 744 | 29.4 | 782 |
2-я пшеница после пара | 25.0 | 718 | 22.3 | 726 | 29.6 | 777 |
Соя | 24.2 | 708 | 23.7 | 740 | 30.2 | 786 |
Кукуруза | 21.9 | 697 | 23.9 | 749 | 29.3 | 782 |
Горох | 21.6 | 708 | 22.5 | 730 | 29.8 | 784 |
Рапс | 20.6 | 718 | 23.9 | 735 | 30.1 | 784 |
Средние | 22.6 | 711 | 23.6 | 737 | 29.6 | 780 |
На фоне удобрения | ||||||
Пар | 24.8 | 727 | 23.7 | 730 | 30.0 | 773 |
1-я пшеница после пара | 20.5 | 695 | 21.5 | 713 | 28.6 | 773 |
2-я пшеница после пара | 23.2 | 697 | 21.8 | 721 | 29.6 | 775 |
Соя | 24.4 | 702 | 22.4 | 731 | 30.1 | 778 |
Кукуруза | 23.0 | 674 | 23.2 | 741 | 29.8 | 771 |
Горох | 22.2 | 696 | 22.2 | 715 | 29.8 | 771 |
Рапс | 22.1 | 723 | 23.9 | 729 | 29.4 | 784 |
Средние | 23.0 | 703 | 22.8 | 725 | 29.5 | 774 |
Стекловидность, которая характеризует белковый или крахмальный характер зерна, не зависела от погодных условий и в среднем за годы исследования была равна 50–60%, т.е. отвечала требованиям 2-го и 3-го классов (ГОСТ 52554-2006). Наблюдали изменения этого показателя у пшеницы после разных предшественников от 50 до 70% (2010 г.). Азотные удобрения увеличивали стекловидность зерна на 2–7%.
В процессе исследования выявили сильную корреляционную связь гидротермических условий июля и одного из важных показателей качества зерна – содержания сырой клейковины (табл. 3). Наиболее четко проявилась положительная связь температурного режима июля и количества клейковины в зерне (средняя связь), а также сильная отрицательная связь между показателями увлажнения в этом месяце и содержанием сырой клейковины.
Таблица 3.
Месяц | Среднемесячная температура, °С | Осадки, мм | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
средняя | коэффициент корреляции (r) | среднее | коэффициент корреляции (r) | |||
N0 | N40 | N0 | N40 | |||
Май | 13.3 | –0.04 | –0.07 | 31.7 | –0.03 | –0.07 |
Июнь | 18.1 | 0.10 | 0.15 | 34.0 | –0.26 | –0.08 |
Июль | 19.8 | 0.64 | 0.52 | 61.0 | –0.81 | –0.75 |
Август | 18.2 | –0.03 | –0.11 | 48.6 | 0.28 | 0.23 |
Для оценки степени влияния температурного режима и условий увлажнения были выделены 2 группы лет. В первую вошли годы со среднесуточной температурой меньше нормы, которая в июле составляет 19.6°С (2014 г. – 15.6, 2015 г. – 17.9, 2017 г. – 18.5°С) и количеством осадков, превышающих норму (54 мм) не менее чем в 1.5 раза (2014 г. – 102, 2015 г. – 90, 2016 г. –131, 2017 г. – 80 мм). Вторую группу представляли остальные годы (63.6% лет).
Результаты анализа показали, что в годы со среднесуточными температурами июля меньше нормы и количеством осадков, превышавших норму (36.4% лет) без применения азотных удобрений пшеницу 3-го класса возможно получить лишь после пара и зернобобовых предшественников (табл. 4).
Таблица 4.
Предшественник | Без удобрения | На фоне удобрения | ||
---|---|---|---|---|
t < 19.6°С Σ > 78.0 мм |
t > 19.6°С Σ < 78.0 мм |
t < 19.6°С Σ > 78.0 мм |
t > 19.6°С Σ < 78.0 мм |
|
Пар | 25.6 | 34.5 | 24.5 | 34.8 |
1-я пшеница после пара | 22.7 | 34.7 | 24.9 | 35.1 |
2-я пшеница после пара | 22.2 | 34.2 | 25.9 | 36.6 |
Соя | 23.9 | 35.3 | 25.4 | 36.6 |
Кукуруза | 21.5 | 34.7 | 25.1 | 36.0 |
Горох | 24.2 | 35.3 | 24.9 | 36.8 |
Рапс | 22.7 | 34.3 | 26.1 | 34.9 |
Средние | 23.2 | 34.5 | 25.4 | 35.7 |
На фоне применения азотного удобрения содержание клейковины в среднем после всех предшественников увеличивалось на 2%, что обеспечило в неблагоприятный период формирование зерна 3-го класса по величине этого показателя.
Благоприятные условия для получения качественного зерна складывались, когда температура июля находилась в пределах и больше нормы (19.6°С), а сумма осадков не превышала норму более чем в 1.5 раза. В этот период, на который приходилось 63.6% лет, содержание клейковины в зерне составило 34.2–35.3% без удобрений и 34.8–36.8% – на фоне применения азотных удобрений.
Степень деформации клейковины у сорта пшеницы Зауралочка практически не зависела от погодных условий. В среднем за годы исследования, согласно требованиям ГОСТа Р54478–2011, клейковина соответствовала II группе качества (85–90 ед. или удовлетворительно слабая клейковина). Для формирования зерна I группы качества (хорошая клейковина) благоприятные условия сложились в 2014 и 2020 гг. при ГТК 0.6.
ВЫВОДЫ
1. Ретроспективный прогноз продуктивности яровой пшеницы в центральной лесостепной зоне Зауралья на основе 86-летних наблюдений и последнего исследования в течение 11 лет, показал, что в средние и благоприятные по условиям тепло- и влагообеспеченности годы, на которые приходилось свыше 50% лет в данном регионе, яровая пшеница, возделываемая в полевых севооборотах на выщелоченных черноземах с применением минимальной системы обработки, может гарантировать урожайность без удобрений 18.3 ц/га, на фоне удобрений – на уровне 22.9 ц/га. В острозасушливые годы (27.3% лет) урожайность снижалась в среднем на 63.4, в среднезасушливые (ГТК 0.7–0.9) – на 28.4%.
2. Эффективность азотных удобрений, на фоне средней обеспеченности почвы подвижным фосфором, лимитировалась условиями увлажнения. В благоприятные годы прибавки урожая зерна от азотных удобрений в среднем после всех изученных предшественников составила 4.6 ц/га, в годы с недостаточным увлажнением (ГТК 0.7–0.9) – 1.3 ц/га, в острозасушливые – минеральный азот в оптимальных дозах оказывал больше отрицательное, чем положительное влияние на процессы формирования урожайности яровой пшеницы.
3. Среди предшественников яровой пшеницы выделились черный пар и соя. Пар обеспечил повышение урожайности пшеницы по сравнению с другими предшественниками на 32–55% в острозасушливые годы, на 15–43% – в среднезасушливые и на 11–38% – в благоприятные по увлажнению. Соя, как предшественник, обеспечивала прибавку урожая пшеницы по сравнению с последним полем традиционного пшеничного севооборота на 15–25%.
4. Установлено, что в большинстве изученных лет (свыше 50%) имеется возможность выращивать зерно яровой пшеницы, отвечающее требованиям 1-го класса по физическим качествам в благоприятные годы и не ниже 3-го класса – в среднеобеспеченные теплом и влагой. Установлена сильная корреляционная связь между гидротермическими условиями июля и содержанием сырой клейковины в зерне пшеницы. Учитывая, что июль в Зауралье отличается стабильными условиями тепло- и влагообеспеченности, это природное явление свидетельствует о потенциальных возможностях климата Зауралья для выращивания качественного зерна яровой пшеницы.
Список литературы
На пути к бесплужному земледелию / Под общ. ред. Гилева С.Д. Куртамыш: Куртамышская типография, 2015. 312 с.
Рекомендации по проведению весенне-полевых работ сельхозпредприятиями Курганской области в 2016 году. Куртамыш, 2016. 102 с.
Федоренко В.Ф., Завалин А.А., Милащенко Н.З. Научные основы производства высококачественного зерна пшеницы: научн. изд-е. М.: Росинформагротех, 2018. 396 с.
Галеев Р.Р., Самарин А.С., Андреева З.В. Влияние погодных условий на урожайность и качество мягкой яровой пшеницы в интенсивном земледелии лесостепи Новосибирского Приобья // Вестн. ВГАУ. 2017. № 4 (45). С. 9–15.
Минина М., Дуктова Н.А., Кузнецова Н.А. Продуктивность и качество яровой твердой пшеницы в зависимости от погодных условий // Агроэкологические аспекты устойчивого развития АПК. Мат-лы Международ. научн.-практ. конф. Брянск, 2019. С. 855–860.
Панфилов А.Л. Особенности формирования качества зерна яровой мягкой пшеницы в зависимости от погодных условий на разных склонах в лесостепной зоне Оренбургской области // Изв. Оренбург. ГАУ. 2018. № 4 (72). С. 45–50.
Волынкин В.И., Волынкина О.В., Копылов А.В. Усовершенствованные приемы удобрения в адаптивно-ландшафтном земледелии. Куртамыш: Куртамышская типография, 2010. 493 с.
Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
Ресурсосберегающие способы обработки почвы в адаптивно-ландшафтном земледелии Зауралья / Под общ. ред. Гилева С.Д. Куртамыш: Куртамышская типография, 2010. 194 с.
Проблемы экологизации зернового производства и пути их решения в Зауралье / Под общ. ред. Гилева С.Д. Куртамыш: Куртамышская типография, 2018. 224 с.
Суркова Ю.В. Урожайность и качество яровой пшеницы в зависимости от предшественника и фона удобренности // Аграрн. вестн. Урала. 2008. № 10. С. 56–58.
Волынкина О.В., Волынкин В.И. Рекомендации по технологии выращивания высококачественного зерна ценных и сильных сортов яровой мягкой пшеницы в Курганской области и формированию товарных партий пшеницы. Куртамыш: Куртамышская типография, 2014. 87 с.
Дополнительные материалы отсутствуют.