Агрохимия, 2022, № 11, стр. 62-71
Азот в питании различных сортов ячменя в условиях склона (длительные исследования С 15N)
А. А. Завалин 1, *, Н. Я. Шмырева 1, Д. А. Соколов 2, О. А. Соколов 1
1 Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова
127550 Москва, ул. Прянишникова, 31а, Россия
2 Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения
142290 Пущино, ул. Институтская, 2, Россия
* E-mail: zavalin.52@mail.ru
Поступила в редакцию 20.06.2022
После доработки 23.07.2022
Принята к публикации 12.08.2022
- EDN: RSIYZZ
- DOI: 10.31857/S0002188122110126
Аннотация
В длительном микрополевом эксперименте (15 лет, 5-польный севооборот) на дерново-подзолистой эродированной почве (Смоленская обл.) изучена реакция 2-х сортов ячменя (Раушан – пивоваренный засухоустойчивый сорт и Носовский – зернофуражный сорт) на технологию применения азотного удобрения, меченного 15N. Установлено, что пивоваренный сорт ячменя Раушан лучше использовал (на 38%) азот удобрения и больше (на 16%) потреблял азот почвы по сравнению с сортом Носовский. На приводораздельной части склона сорт Раушан потреблял азот удобрения на 31% больше, в нижней его части – на 44%, а азот почвы – на 13 и 22% соответственно по сравнению с сортом Носовский. При выращивании сорта Раушан на склоне в дерново-подзолистой почве иммобилизовалось азота удобрения на 9–10% больше, а терялось его на 21–26% меньше по сравнению с сортом Носовский. Агрофитоценоз сорта Раушан функционировал в более устойчивом состоянии (на 6–11% на приводоразделе и на 18–70% в нижней части склона), чем агрофитоценоз сорта Носовский. На всех элементах рельефа сорт Раушан формировал урожай зерна на 16% больше, чем сорт Носовский. В зерне сорта Раушан на приводораздельной части склона накапливалось сырого белка на 2.1% больше, на нижней части – на 1.1% по сравнению с сортом Носовский. В нижней части склона в течение длительного времени не удалось получить зерно ячменя с пивоваренными свойствами.
ВВЕДЕНИЕ
В условиях эрозионного агрофитоценоза азот претерпевает ряд превращений: используется растениями, иммобилизуется, улетучивается в атмосферу, мигрирует по почвенному профилю с поверхностным и латеральным стоками талых и ливневых вод, что ведет к росту его потерь и загрязнению окружающей среды [1–4]. Особенностью эрозионного агроландшафта является то, что на коротком расстоянии существенно меняются световой, температурный, влажностный и питательный режимы почвы как по сторонам света, так и от приводораздельной части склона к его тальвегу. Роль азота в продукционном процессе возделываемых на склоне растений тесно связана с его участием в 3-х средах (твердой, жидкой и газообразной), в минерализационно-иммобилизационных процессах, а также в биологических процессах (нитрификация, денитрификация), активность которых определяет структура и биоразнообразие микробоценоза [5–8].
Направленность и интенсивность минерализационно-иммобилизационных процессов трансформации азота в почве детерминированы, с одной стороны агроэкологическими условиями склона, а с другой – генотипической реакцией возделываемой культуры на азотный режим почвы [3, 9–11]. Причем, эта реакция проявляется не только в обеспеченности и доступности минеральных форм азота, но и в его поглощении корнями, транспорте, ассимиляции и аккумуляции в растении [12–14].
Внедрение технологии локализации азотных минеральных удобрений в условиях эрозионного агроландшафта предусматривает решение целого ряда задач: повышение плодородия и продуктивности эродированных почв путем регуляции минерализационно-иммобилизационных процессов трансформации азота в почве; повышение использования азота удобрения и азота почвы растениями; снижение поверхностной и латеральной миграции азота, уменьшение газообразных потерь азота удобрения и почвенного азота, предупреждение загрязнения грунтовых и поверхностных вод [15–18].
Наиболее полную и объективную информацию о влиянии систематического применения азотных удобрений на продуктивность и качество урожая возделываемых культур можно получить только в длительных исследованиях в условиях севооборота [19–21]. Что касается экологических последствий применения азотных удобрений, круговорота и баланса азота удобрения в системе почва–растение, то необходимо проведение длительных стационарных исследований с применением метода изотопной индикации (тяжелый изотоп 15N) [22–24].
В работе [25] в длительном эксперименте (60 лет) было показано, что после уборки урожая культур севооборота внесение растительных остатков в почву и инкубирование их с мочевиной, меченной 15N, в течение 180 сут привело к наибольшему закреплению азота мочевины в почве при внесении растительных остатков риса (с широким соотношением C : N), к наименьшему – при внесении остатков сои (с узким соотношением C : N). Эти данные характеризовали только отдельные звенья круговорота и не дают полной картины поведения азота в системе почва–растение.
Цель работы – с помощью азотных удобрений, меченных 15N, изучить параметры круговорота азота удобрения и азота почвы при выращивании сортов ячменя в условиях склонового рельефа.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проводили в микрополевом опыте в течение длительного времени (15 лет, 3 ротации 5-польного севооборота: озимая рожь – овес – ячмень – многолетние травы 1-го года жизни – многолетние травы 2-го года жизни) с азотным удобрением, меченным 15N (мочевина), на эродированной дерново-подзолистой почве склонового рельефа. В 1-й ротации севооборота ГТК составил 1.6 (при норме 1.75). Во 2-й ротации севооборота ГТК составил 1.69 (температура воздуха и количество осадков оказались в 1.1 раза выше по сравнению со среднемноголетними показателями). В 3-й ротации севооборота ГТК достиг 2.0 (количество осадков превышало в 1.1 раза, температура воздуха снижалась в 1.1 раза по сравнению со среднемноголетними показателями). Исследование проводили с 2-мя сортами ячменя: Носовский 9 (зернофуражного направления) и Раушан (пивоваренного направления).
Почва – дерново-подзолистая среднесуглинистая на карбонатном моренном суглинке. Приводораздельная часть склона – 2–3° и нижняя часть склона – 5–7°. Содержание физической глины 32–34%. Агрохимическая характеристика пахотных слоев почв этих участков склона: pHKCl 5.7 и 6.1, Hг – 1.18 и 0.8 мг-экв/100 г почвы, содержание обменных Ca2+ – 5.5 и 6.0 мг-экв/100 г почвы и Mg2+ – 2.0 и 2.2 мг-экв/100 г почвы, гумуса – 2.1 и 0.8%, Nобщ – 0.09 и 0.07%, подвижных форм фосфора – 13.7 и 18.7 мг/100 г почвы, калия – 13.8 и 16.7 мг/100 г почвы (по Кирсанову).
Микрополевой опыт (размер делянок 0.5 × 1.0 м) был размещен на склоне ЮВ экспозиции. Длина склона 300 м, повторность четырехкратная, с 15N – двукратная. Азотное удобрение вносили в дозе 50 кг/га 2-мя способами: вразброс и локально на глубину 10 см лентой. Защитные полосы между микроделянками – 0.5 м. Обработку почвы – отвальная вспашка и рыхление подпахотного слоя на глубину 10–15 см проводили вручную. Перед закладкой опыта проведено известкование из расчета полной нормы гидролитической кислотности. Норма высева – 5 млн всхожих семян/га. В почве и растительном материале Nобщ определяли по методу Кьельдаля–Йодельбауэра. Изотопный анализ азота проводили на масс-спектрометре Delta-V. Потоки азота почвы и параметры устойчивости агрофитоценоза определяли согласно [26–28]. Другие аналитические показатели почвы и растений определяли в лабораториях ВНИИА по общепринятым методикам.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В условиях эрозионного агроландшафта выращиваемые сорта ячменя неодинаково реагировали на азотный режим почвы склона. В течение 3‑х ротаций севооборота сорт ячменя Раушан потреблял больше азота удобрения на 25–48% (в среднем на 38%) и на 10–27% (в среднем на 16%) азота почвы по сравнению с сортом Носовский (табл. 1). Засухоустойчивый сорт Раушан наибольшее количество азота удобрения (на 48%) по сравнению с сортом Носовский потреблял в 1‑й ротации севооборота, тогда как азота почвы (на 27%) – во 2-й его ротации.
Таблица 1.
Вариант | Общий вынос N, г/м2 | В том числе N | Экстра-азот | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
удобрений | почвы | 1 | 2 | ||||
1 | 2 | 1 | 2 | ||||
Сорт Носовский | |||||||
1-я ротация | |||||||
Приводораздельная часть склона, 2–3° | |||||||
P50K50 (фон) | 4.69 | – | – | 4.69 | 100 | – | – |
Фон + 15N50 вразброс | 7.36 | 0.73 | 10 | 6.63 | 90 | 1.94 | 26 |
Фон + 15N50 локально | 12.32 | 1.50 | 12 | 10.82 | 88 | 6.13 | 50 |
Нижняя часть склона, 5–7° | |||||||
P50K50 (фон) | 3.33 | – | – | 3.33 | 100 | – | – |
Фон + 15N50 вразброс | 5.24 | 0.50 | 10 | 4.74 | 90 | 1.41 | 27 |
Фон + 15N50 локально | 7.91 | 1.00 | 13 | 6.91 | 87 | 3.58 | 45 |
2-я ротация | |||||||
Приводораздельная часть склона, 2–3° | |||||||
P50K50 (фон) | 3.35 | – | – | 3.35 | 100 | – | – |
Фон + 15N50 вразброс | 7.44 | 0.90 | 12 | 6.94 | 88 | 3.59 | 48 |
Фон + 15N50 локально | 10.34 | 1.40 | 14 | 8.94 | 86 | 5.59 | 46 |
Нижняя часть склона, 5–7° | |||||||
P50K50 (фон) | 1.82 | – | – | 1.82 | 100 | – | – |
Фон + 15N50 вразброс | 5.03 | 0.50 | 10 | 4.53 | 90 | 2.71 | 54 |
Фон + 15N50 локально | 6.70 | 0.95 | 13 | 5.75 | 87 | 3.93 | 41 |
3-я ротация | |||||||
Приводораздельная часть склона, 2–3° | |||||||
P50K50 (фон) | 3.42 | – | – | 3.42 | 100 | – | – |
Фон + 15N50 вразброс | 6.61 | 0.95 | 14 | 5.66 | 86 | 2.24 | 34 |
Фон + 15N50 локально | 10.03 | 1.70 | 17 | 8.33 | 83 | 4.91 | 49 |
Нижняя часть склона, 5–7° | |||||||
P50K50 (фон) | 2.32 | – | – | 2.32 | 100 | – | – |
Фон + 15N50 вразброс | 4.85 | 0.70 | 14 | 4.15 | 86 | 1.83 | 38 |
Фон + 15N50 локально | 6.77 | 1.20 | 18 | 5.57 | 82 | 3.25 | 48 |
Сорт Раушан | |||||||
1-я ротация | |||||||
Приводораздельная часть склона, 2–3° | |||||||
P50K50 (фон) | 5.15 | – | – | 5.15 | 100 | – | – |
Фон + 15N50 вразброс | 8.67 | 1.80 | 21 | 6.87 | 79 | 1.72 | 20 |
Фон + 15N50 локально | 13.80 | 2.05 | 15 | 11.75 | 85 | 6.60 | 48 |
Нижняя часть склона, 5–7° | |||||||
P50K50 (фон) | 3.93 | – | – | 3.93 | 100 | – | – |
Фон + 15N50 вразброс | 7.52 | 1.40 | 19 | 6.12 | 81 | 2.19 | 29 |
Фон + 15N50 локально | 9.24 | 1.75 | 18 | 7.49 | 82 | 3.56 | 38 |
2-я ротация | |||||||
Приводораздельная часть склона, 2–3° | |||||||
P50K50 (фон) | 3.69 | – | – | 3.69 | 100 | – | – |
Фон + 15N50 вразброс | 6.54 | 1.50 | 23 | 5.01 | 77 | 1.55 | 20 |
Фон + 15N50 локально | 10.78 | 1.65 | 15 | 9.16 | 85 | 5.47 | 51 |
Нижняя часть склона, 5–7° | |||||||
P50K50 (фон) | 2.78 | – | – | 2.78 | 100 | – | – |
Фон + 15N50 вразброс | 6.16 | 1.30 | 21 | 4.86 | 79 | 2.08 | 34 |
Фон + 15N50 локально | 8.64 | 1.45 | 17 | 7.15 | 83 | 2.76 | 32 |
3-я ротация | |||||||
Приводораздельная часть склона, 2–3° | |||||||
P50K50 (фон) | 3.81 | – | – | 3.81 | 100 | – | – |
Фон + 15N50 вразброс | 6.40 | 1.40 | 22 | 5.00 | 78 | 1.19 | 18 |
Фон + 15N50 локально | 10.27 | 1.50 | 15 | 8.77 | 85 | 4.96 | 48 |
Нижняя часть склона, 5–7° | |||||||
P50K50 (фон) | 2.51 | – | – | 2.51 | 100 | – | – |
Фон + 15N50 вразброс | 6.00 | 1.25 | 21 | 4.75 | 79 | 2.24 | 37 |
Фон + 15N50 локально | 8.27 | 1.40 | 17 | 6.87 | 83 | 4.36 | 53 |
Вследствие температурно-влажностных различий складывались разные окислительно-восстановительные режимы трансформации азота в почве [2]. Поэтому возделываемые сорта ячменя потребляли неодинаковое количество азота в зависимости от местонахождения на склоне. В условиях дерново-подзолистой почвы потребление ячменем азота снижалось от приводораздельной части склона к его основанию (тальвегу): потребление азота удобрения сортом Носовский – на 36–37, сортом Раушан – на 11–17%, потребление почвенного азота сортом Носовский – на 30–31%, тогда как сортом Раушан – на 9–27% в течение 3-х ротаций севооборота. В верхней части склона сорт Раушан по потреблению азота удобрения превосходил сорт Носовский на 31%, в нижней его части – на 44%, азота почвы – на 13 и 22% соответственно.
Особенностью азотного питания пивоваренного ячменя Раушан было значительное (наибольшее) потребление экстра-азота почвы. Потребление дополнительного количества азота почвы может служить критерием его участия в продукционном процессе и эффективности примененных азотных удобрений [29–32]. В данных условиях при локальном применении азотного удобрения растения сорта Раушан потребляли до 51–53% азота почвы дополнительно, тогда как растения сорта Носовский – до 49–50%. В целом растения сорта Раушан потребляли на 6% большее количество дополнительного азота по сравнению с сортом Носовский 9.
Локализация азотного удобрения усиливала дополнительное потребление почвенного азота сортом Раушан на приводораздельной части склона в 3.8 раза, в нижней его части – в 1.6 раза, тогда как у сорта Носовский – в 2.4 и в 2.0 раза соответственно.
Иммобилизация является существенным фактором снижения использования азота удобрения различными сортами ячменя и торможения его газообразных потерь на протяжении всех 3-х ротаций севооборота [33–35]. Чем больше азота иммобилизуется, тем меньше его используется растениями и меньше образование газообразных азотсодержащих веществ. В течение 3-х ротаций севооборота сорт Раушан лучше использовал азот удобрения (на 63%), в почве больше (на 12%) его закреплялось и меньше (на 25%) терялось по сравнению с сортом Носовский (табл. 2).
Таблица 2.
Вариант | Использовано растениями | Иммобилизовано в слое 0–100 см почвы | Потери | |||
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | |
Сорт Носовский | ||||||
1-я ротация | ||||||
Фон + 15N50 вразброс | $\frac{{0.73}}{{15}}$ | $\frac{{0.50}}{{10}}$ | $\frac{{1.46}}{{29}}$ | $\frac{{0.90}}{{18}}$ | $\frac{{2.82}}{{56}}$ | $\frac{{3.60}}{{72}}$ |
Фон + 15N50 локально | $\frac{{1.50}}{{30}}$ | $\frac{{1.00}}{{20}}$ | $\frac{{1.80}}{{36}}$ | $\frac{{1.40}}{{28}}$ | $\frac{{1.70}}{{34}}$ | $\frac{{2.60}}{{52}}$ |
2-я ротация | ||||||
Фон + 15N50 вразброс | $\frac{{0.90}}{{18}}$ | $\frac{{0.60}}{{10}}$ | $\frac{{1.05}}{{21}}$ | $\frac{{0.95}}{{19}}$ | $\frac{{2.35}}{{47}}$ | $\frac{{2.75}}{{55}}$ |
Фон + 15N50 локально | $\frac{{1.40}}{{28}}$ | $\frac{{0.95}}{{19}}$ | $\frac{{1.45}}{{29}}$ | $\frac{{1.10}}{{22}}$ | $\frac{{1.60}}{{32}}$ | $\frac{{2.55}}{{51}}$ |
3-я ротация | ||||||
Фон + 15N50 вразброс | $\frac{{0.95}}{{19}}$ | $\frac{{0.70}}{{14}}$ | $\frac{{1.34}}{{27}}$ | $\frac{{0.85}}{{17}}$ | $\frac{{2.71}}{{54}}$ | $\frac{{3.45}}{{69}}$ |
Фон + 15N50 локально | $\frac{{1.70}}{{34}}$ | $\frac{{1.20}}{{24}}$ | $\frac{{1.60}}{{32}}$ | $\frac{{1.25}}{{25}}$ | $\frac{{1.70}}{{34}}$ | $\frac{{2.55}}{{51}}$ |
Сорт Раушан | ||||||
1-я ротация | ||||||
Фон + 15N50 вразброс | $\frac{{1.80}}{{36}}$ | $\frac{{1.40}}{{28}}$ | $\frac{{1.60}}{{32}}$ | $\frac{{1.10}}{{22}}$ | $\frac{{1.60}}{{32}}$ | $\frac{{2.50}}{{50}}$ |
Фон + 15N50 локально | $\frac{{2.05}}{{41}}$ | $\frac{{1.80}}{{35}}$ | $\frac{{2.00}}{{40}}$ | $\frac{{1.45}}{{29}}$ | $\frac{{0.95}}{{19}}$ | $\frac{{1.80}}{{36}}$ |
2-я ротация | ||||||
Фон + 15N50 вразброс | $\frac{{0.95}}{{19}}$ | $\frac{{0.70}}{{14}}$ | $\frac{{1.34}}{{27}}$ | $\frac{{0.85}}{{17}}$ | $\frac{{2.71}}{{54}}$ | $\frac{{3.45}}{{69}}$ |
Фон + 15N50 локально | $\frac{{1.70}}{{34}}$ | $\frac{{1.20}}{{24}}$ | $\frac{{1.60}}{{32}}$ | $\frac{{1.25}}{{25}}$ | $\frac{{1.70}}{{34}}$ | $\frac{{2.55}}{{51}}$ |
3-я ротация | ||||||
Фон + 15N50 вразброс | $\frac{{0.95}}{{19}}$ | $\frac{{0.70}}{{14}}$ | $\frac{{1.34}}{{27}}$ | $\frac{{0.85}}{{17}}$ | $\frac{{2.71}}{{54}}$ | $\frac{{3.45}}{{69}}$ |
Фон + 15N50 локально | $\frac{{1.70}}{{34}}$ | $\frac{{1.20}}{{24}}$ | $\frac{{1.60}}{{32}}$ | $\frac{{1.25}}{{25}}$ | $\frac{{1.70}}{{34}}$ | $\frac{{2.55}}{{51}}$ |
На приводораздельной части склона сорт Раушан на 43% лучше использовал азот удобрения, тогда как на нижней его части – на 75% больше, чем сорт Носовский. При разбросном способе внесения азотного удобрения растения сорта Раушан использовали на 105% больше азота удобрения, тогда как при локальном способе – на 32% по сравнению с сортом Носовский.
При выращивании сорта Раушан в верхней части склона иммобилизовалось на 10% больше азота удобрения по сравнению с сортом Носовский, тогда как в нижней его части – на 9%. В то же время на приводоразделе (сорт Раушан) терялось на 26% азота удобрения меньше по сравнению с сортом Носовский, тогда как в нижней его части – на 21%.
Под действием азотных минеральных удобрений почвенный азот активно включается в минерализационно-иммобилизационный цикл трансформации азота в почве и участвует в азотном питании различных сортов ячменя [30, 34]. В этих условиях растения сорта Раушан потребляли на 4–29% больше почвенного азота по сравнению с сортом Носовский (табл. 3). Это произошло вследствие того, что при выращивании сорта Раушан в почве иммобилизовалось азота на 9–19% больше, чем при выращивании сорта Носовский, а газообразные потери его снижались на 10–25% соответственно.
Таблица 3.
Показатель | Приводораздельная часть склона, 2–3° | Нижняя часть склона, 5–7° | ||
---|---|---|---|---|
1 | 2 | 1 | 2 | |
Сорт Носовский | ||||
Вынос азота почвы растениями | 6.6 | 10.8 | 4.74 | 6.9 |
Остаточный минеральный азот | 1.8 | 3.1 | 0.7 | 1.0 |
Иммобилизованный/реиммобилизованный азот | 13.2 | 13.0 | 9.7 | 8.5 |
Газообразные потери азота почвы | 25.6 | 12.3 | 34.1 | 17.9 |
Минерализованный азот почвы | 52.3 | 44.1 | 53.1 | 40.5 |
Нетто-минерализованный азот почвы | 37.7 | 29.4 | 43.6 | 29.5 |
Реиммобилизованный азот | 14.6 | 14.8 | 9.4 | 11.1 |
Сорт Раушан | ||||
Вынос азота почвы растениями | 6.9 | 11.8 | 6.1 | 7.5 |
Остаточный минеральный азот | 1.6 | 2.8 | 0.5 | 0.8 |
Иммобилизованный/реиммобилизованный азот | 14.7 | 13.7 | 12.6 | 9.2 |
Газообразные потери азота почвы | 20.6 | 11.1 | 26.0 | 16.2 |
Минерализованный азот почвы | 56.4 | 50.3 | 47.2 | 35.1 |
Нетто-минерализованный азот почвы | 41.8 | 32.2 | 38.0 | 29.5 |
Реиммобилизованный азот | 18.2 | 17.9 | 16.3 | 14.7 |
Процессы минерализации и нетто-минерализации отражают характер трансформации азота в почве [18, 29]. При выращивании сорта Раушан на приводораздельной части склона минерализовалось на 8–14% азота больше, а на нижней части склона – на 11–14% меньше, чем под сортом Носовский. При этом доля нетто-минерализованного азота почвы достигала у обоих сортов 72–75%. Доля нетто-минерализованного азота возрастала от приводораздельной части склона от 66–71% до 72–81% под сортом Носовский и от 64–75% до 81–83% – под сортом Раушан. К основанию склона реиммобилизация почвенного азота снижалась в нижней части склона: под сортом Раушан – в 1.1–1.2 раза, под сортом Носовский – в 1.3–1.6 раза по сравнению с приводораздельной частью склона.
По показателям интегральной оценки агрофитоценозы сорта Раушан и сорта Носовский в условиях склона функционировали в зоне стресса и в зоне резистентности. Однако в более устойчивом состоянии находился агроценоз сорта Раушан (на 6–11% в приводораздельной части склона и на 18–70% в нижней его части) (табл. 4). В нижней части склона агрофитоценоз находился в менее устойчивом состоянии: сорта Носовский – на 21–39, сорта Раушан – на 7–11%. Локализация азотного удобрения повышала устойчивость агрофитоценоза: сорта Носовский – на 21–59, сорта Раушан – на 10–16%.
Таблица 4.
Элемент склона | Способ внесения азотного удобрения | РИ : М, % | Н-М : РИ |
---|---|---|---|
Сорт Носовский | |||
Приводораздельная часть склона, 2–3° | Вразброс | 28 | 2.7 |
Локально | 34 | 2.0 | |
Нижняя часть склона, 5–7° | Вразброс | 17 | 5.0 |
Локально | 27 | 2.8 | |
Сорт Раушан | |||
Приводораздельная часть склона, 2–3° | Вразброс | 31 | 2.3 |
Локально | 36 | 1.8 | |
Нижняя часть склона, 5–7° | Вразброс | 29 | 2.4 |
Локально | 32 | 2.0 |
При более устойчивом функционировании и активном участии азота удобрения и азота почвы в продукционном процессе сорт ячменя Раушан формировал урожай зерна на 16% больше, чем сорт Носовский на всех элементах рельефа в течение 3-х ротаций севооборота (табл. 5). Сорт Раушан в 1-й ротации (сухой период вегетации) формировал урожай зерна на 18% больше, чем сорт Носовский, во 2-й ротации (оптимальный период вегетации) – на 20%, в 3-й ротации (влажный период вегетации растений) – на 11% по сравнению с сортом Носовский.
Таблица 5.
Вариант | Сорт | Прибавка | ||
---|---|---|---|---|
Раушан | Носовский | г/м2 | % | |
1-я ротация | ||||
Приводораздельная часть склона, 2–3° | ||||
P50K50 (фон) | 270 | 240 | 30 | 12 |
Фон + 15N50 вразброс | 392 | 330 | 62 | 19 |
Фон + 15N50 локально | 530 | 457 | 144 | 16 |
Нижняя часть склона, 5–7° | ||||
P50K50 (фон) | 262 | 225 | 37 | 16 |
Фон + 15N50 вразброс | 376 | 305 | 71 | 23 |
Фон + 15N50 локально | 469 | 386 | 83 | 21 |
2-я ротация | ||||
Приводораздельная часть склона, 2–3° | ||||
P50K50 (фон) | 205 | 190 | 15 | 8 |
Фон + 15N50 вразброс | 344 | 309 | 35 | 11 |
Фон + 15N50 локально | 490 | 430 | 60 | 14 |
Нижняя часть склона, 5–7° | ||||
P50K50 (фон) | 174 | 135 | 39 | 29 |
Фон + 15N50 вразброс | 324 | 254 | 70 | 28 |
Фон + 15N50 локально | 393 | 297 | 96 | 32 |
3-я ротация | ||||
Приводораздельная часть склона, 2–3° | ||||
P50K50 (фон) | 190 | 184 | 6 | 3 |
Фон + 15N50 вразброс | 339 | 301 | 38 | 13 |
Фон + 15N50 локально | 460 | 401 | 59 | 15 |
Нижняя часть склона, 5–7° | ||||
P50K50 (фон) | 140 | 131 | 9 | 7 |
Фон + 15N50 вразброс | 264 | 238 | 26 | 11 |
Фон + 15N50 локально | 347 | 301 | 46 | 15 |
Сорт Носовский | Сорт Раушан | |||
1-я ротация | HCP = 28 г/м2, P = 3.0% | HCP = 28 г/м2, P = 2.0% | ||
2-я ротация | HCP = 24 г/м2, P = 3.6% | HCP = 28 г/м2, P = 2.7% | ||
3-я ротация | HCP = 25 г/м2, P = 3.8% | HCP = 28 г/м2, P = 3.1% |
Наибольший урожай зерна (530 г/м2) пивоваренный (более засухоустойчивый) сорт ячменя Раушан формировал в 1-й ротации севооборота на приводораздельной части склона при локальном применении азотного удобрения, что было на 16% больше, чем сорта Носовский. Урожай зерна снижался от приводораздельной части склона к его основанию: сорта Носовский – на 27, сорта Раушан – на 18%. При локальном способе внесения азотного удобрения урожай зерна повышался: сорта Носовский – на 30, сорта Раушан – на 32%.
Азотные минеральные удобрения с неоднозначной эффективностью действуют на накопление белков в зерне различных сортов ячменя [36–40]. В течение 3-х ротаций севооборота в зерне сорта Раушан накапливалось на 2.1% сырого белка больше на приводораздельной части склона и на 1.1% на нижней его части по сравнению с сортом Носовский (табл. 6). По мере повышения влажности разница между сортами сокращалась: от 2.5% в 1-й ротации до 1.6% в 3-й ротации на приводораздельной части склона. На нижней части склона она оставалась постоянной в пределах 1.0–1.1%. Содержание белков в зерне снижалось от приводораздельной части склона к его основанию: у сорта Носовский – на 1.2, у сорта Раушан – на 2.2%. Под действием локального способа внесения азотного удобрения содержание белков в зерне повышалось: у сорта Носовский – на 1.1, у сорта Раушан – на 2.2%.
Таблица 6.
Вариант | Сорт Носовский | Сорт Раушан | Прибавка, ± |
---|---|---|---|
1-я ротация | |||
Приводораздельная часть склона, 2–3° | |||
P50K50 (фон) | 7.9 | 10.4 | 7.8 |
Фон + 15N50 вразброс | 8.7 | 11.3 | 2.6 |
Фон + 15N50 локально | 10.3 | 12.8 | 2.5 |
Нижняя часть склона, 5–7° | |||
P50K50 (фон) | 6.1 | 7.8 | 1.7 |
Фон + 15N50 вразброс | 7.8 | 8.7 | 0.9 |
Фон + 15N50 локально | 8.5 | 9.2 | 0.7 |
2-я ротация | |||
Приводораздельная часть склона, 2–3° | |||
P50K50 (фон) | 7.8 | 9.8 | 2.0 |
Фон + 15N50 вразброс | 8.6 | 10.7 | 2.1 |
Фон + 15N50 локально | 8.9 | 11.0 | 2.1 |
Нижняя часть склона, 5–7° | |||
P50K50 (фон) | 6.1 | 7.2 | 1.1 |
Фон + 15N50 вразброс | 7.2 | 8.5 | 1.3 |
Фон + 15N50 локально | 8.4 | 9.0 | 0.6 |
3-я ротация | |||
Приводораздельная часть склона, 2–3° | |||
P50K50 (фон) | 7.3 | 8.8 | 1.5 |
Фон + 15N50 вразброс | 8.0 | 9.6 | 1.6 |
Фон + 15N50 локально | 8.8 | 10.5 | 1.7 |
Нижняя часть склона, 5–7° | |||
P50K50 (фон) | 6.0 | 7.0 | 1.0 |
Фон + 15N50 вразброс | 7.1 | 8.2 | 1.1 |
Фон + 15N50 локально | 7.5 | 8.7 | 1.2 |
В условиях нижней части склона в течение длительного времени (15 лет) не удалось получить зерно различных сортов ячменя с пивоваренными свойствами (в т.ч. с содержанием сырого белка 9–12%) [36, 39]. Причиной тому были агробиологические условия (пониженная освещенность и температура, повышенная влажность воздуха и почвы), а также недостаточная обеспеченность почвы азотом, высокие потери азота от водной эрозии и в виде газообразных соединений [2, 41, 42]. Поэтому зерно ячменя, полученное в нижней части склона, можно было использовать только в качестве фуражного для кормов сельскохозяйственных животных.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, показано, что наиболее остро генотипическая реакция сортов ячменя была выражена в условиях эрозионного агрофитоценоза вследствие интенсификации минерализационно-иммобилизационного и миграционного потоков азота в системе почва–растение.
В течение 3-х ротаций севооборота растения сорта Раушан потребляли на 38% больше азота удобрения и на 16% больше азота почвы. На приводораздельной части склона ячмень сорта Раушан потреблял больше на 31% азота удобрения и на 13% азота почвы; в нижней части склона – на 44 и 27% соответственно. При локальном применении азотного удобрения сорт Раушан потреблял на 6% больше азота удобрения по сравнению с сортом Носовский. Сорт Раушан на приводораздельной части склона на 43% лучше использовал азот удобрения, а на нижней части склона – на 75%.
На 9–10% больше азота удобрения иммобилизовалось и на 21–26% меньше его терялось при выращивании сорта Раушан по сравнению с сортом Носовский. Это обеспечивало более (на 6–70%) устойчивое функционирование его агроценоза. Сорт Раушан формировал урожай зерна на 16% больше, чем сорт Носовский на дерново-подзолистой почве склона в течение 3-х ротаций севооборота. В зерне сорта Раушан накапливалось на 2.1% сырого белка больше (на приводораздельной части склона) и на 1.1% больше (на нижней части склона), чем в зерне сорта Носовский. Получить зерно ячменя с пивоваренными свойствами на нижней части склона не удалось.
Список литературы
Каштанов А.Н., Явтушенко В.Е. Агроэкология почв склонов. М.: Колос, 1997. 239 с.
Проценко Е.П., Караулова Л.Н. Влияние природных и агрогенных факторов на режим азота и биологическую продуктивность сельскохозяйственных культур в склоновом рельефе ЦЧЗ // Агрохимия. 2007. № 4. С. 37–45.
Цыбулько Н.Н., Черныш А.Ф., Жукова И.И. Азотный фонд дерново-подзолистых почв различной степени эродированности и потери азота в процессе водной эрозии // Агрохимия. 2013. № 2. С. 3–10.
Glendining M.J., Paulton P.R., Powlgon D.S. Availability of the residual nitrogen from a single application of 15N-labeled fertilizer to subsequent crops in a long-term continuous agroecosystem // Plant and Soil. 2001. V. 233. № 2. P. 231–239.
Кутузова Р.С., Сирота Л.Б., Воробьев Н.И. Использование математического анализа для оценки микробиологического состояния почв агроландшафта опыта // Агрохимия. 2001. № 1. С. 19–33.
Кутузова Р.С., Сирота Л.Б., Орлова О.В. Микробное сообщество и анализ почвенно-микробиологических процессов в дерново-подзолистой почве // Почвоведение. 2016. № 3. С. 320–332.
Семенов А.М., Семенов В.М., Ван Бругген А.Х.К. Диагностика здоровья и качества почвы // Агрохимия. 2011. № 12. С. 4–20.
Shimel J.P., Bennett J. Nitrogen mineralization: challenges of a changing // Ecology. 2004. V. 85. P. 591–602.
Руделев Е.В. Трансформация азота почвы и азота удобрений // Агрохимия. 1989. № 4. С. 113–123.
Руделев Е.В. Трансформация азота удобрений и почвы на типичном черноземе разной степени эродированности // Бюл. ВИУА. 1991. № 104. С. 31–40.
Шмырева Н.Я., Соколов О.А., Завалин А.А., Литвинский В.А. Баланс азота удобрений при выращивании различных сортов ячменя на склоне // Плодородие. 2014. № 3. С. 9–11.
Ивашикина Н.В., Соколов О.А. Физиологические и молекулярные механизмы поглощения нитрата растениями // Агрохимия. 2001. № 2. С. 80–92.
Назарюк В.М. Эколого-агрохимические и генетические проблемы регулируемых агроэкосистем. Новосибирск: СО РАН, 2007. 240 с.
Гамзикова О.И. Этюды по физиологии, агрохимии и генетике минерального питания растений. Новосибирск: Агрос, 2008. 372 с.
Соколов О.А., Амелин А.А., Козлов М.Я., Кирикой Я.Т. Модель поведения минерального азота в почве // Почвоведение. 1995. № 1. С. 56–62.
Nyborg M., Henning A.M.F. Field experiments with different placement of fertilizers for barley, flax and rape seeds // Soil Sci. 2019. V. 59. № 1. P. 73–79.
Chen S., Svane S.F., Thorup-Kristensen K. Testing deep placement of an 15N tracer as a method for in situ deep root phenotyping of wheat, barley and ryegrass // Plant Methods. 2019. V. 15. P. 148–157.
Guan Z., Huang B., Liu C. Effects of ryegrass amendments on immobilization and mineralization of nitrogen in a plastic shed soil: a 15N tracer study // Catena. 2021. V. 203. 105325.
Дмитриев Н.Н., Гамзиков Г.П. Систематическое применение удобрений как фактор стабилизации плодородия серых лесных почв и продуктивности зерновых культур в зернопаровом севообороте // Агрохимия. 2015. № 2. С. 3–12.
Гамзиков Г.П. Состояние и перспективы исследований в длительных стационарных опытах с удобрениями в Сибири // Плодородие. 2016. № 5. С. 6–9.
Сычев В.Г. Современное состояние плодородия почв и основные аспекты его регулирования. М.: РАН, 2019. 325 с.
Кореньков Д.А., Безвершенко Н.Г. Использование природных изотопных эффектов в почвоведении и агрохимии // Агрохимия. 1988. № 12. С. 108–118.
Соколов О.А. Экологические аспекты применения азотных удобрений // Агрохимия. 1990. № 1. С. 3–14.
Кореньков Д.А. Агроэкологические аспекты применения азотных удобрений. М.: Колос, 1999. 296 с.
Smith C.J., Chalk P.M. The residual value of fertilizers N in crop sequences: an appraisal of 60 years of research using 15 N tracer // Field Crops Res. 2018. V. 217. P. 66–74.
Турчин Ф.В. Использование азотных удобрений урожаем и его превращение в почве // Журн. ВХО. 1965. Т. 10. № 4. С. 400–401.
Fried M., Dean J. A concept concerning the measurement of available soil nutrients // Soil Sci. 1952. V. 73. № 4. P. 263–271.
Помазкина Л.В. Агрохимия азота в таежной зоне Прибайкалья. Новосибирск: СО Наука, 1985. 176 с.
Семенов В.М. Образование “экстра” азота в удобренных почвах и его роль в питании растений // Агрохимия. 1999. № 8. С. 5–12.
Семенов В.М. Функции углерода в минерализационно-иммобилизационном обороте азота в почве // Агрохимия. 2020. № 1. С. 78–96.
Figueiredo C.C., Wickert E.G., Neves H.C.V. Sewage sludge biochar increases nitrogen fertilizer recovery: Evidence from a 15N tracer field study // Soil Use Manag. 2021. V. 37. P. 689–697.
Chalk P., Smith C. On inorganic N uptake by vascular plants: can 15N tracer techniques resolve the NH$_{4}^{ + }$ and NO$_{3}^{ - }$ preference conundrum // EJSS. 2021. V. 72. P. 1762–1779.
Семенов В.М., Когут Б.М., Лукин С.М. Оценка обеспеченности почв активным органическим веществом по результатам длительных полевых опытов // Агрохимия. 2013. № 3. С. 19–31.
Chalk P.M., Jnacio C.T., Chen D. An overview of contemporary advances in the usage of 15N natural abundance as a tracer of agroecosystem N cycle processes that impact environment // Agr. Ecosyst. Environ. 2012. V. 283. 106570.
Lama S., Kuhn T., Lehmann M.F. The biodiversity – N cycle relationship: a 15N tracer experiment with soil from plant, mixtures of varying diversity of model N pool sizes and transformation rates // Biol. Fert. Soils. 2020. V. 56. P. 1047–1061.
Лапа В.В., Босак В.Н. Влияние доз и сроков внесения азотных удобрений на урожай и качество зерновых культур на высококультурной дерново-подзолистой суглинистой почве // Агрохимия. 2001. № 12. С. 29–34.
Смирнов А.П., Садовская Э.Н., Стокозов И.П. Изучение условий питания новых сортов ячменя // Агрохим. вестн. 2010. № 3. С. 19–22.
Войтович Н.В., Ерошенко Н.А. Влияние технологии возделывания на урожайность и качество зерна пивоваренного ячменя // Агрохим. вестн. 2011. № 5. С. 9–11.
Кузьмич М.А., Политыко П.М., Артюхова О.А. Качество зерна сортов ячменя в зависимости от доз минеральных удобрений // Агрохим. вестн. 2019. № 6. С. 34–37.
Ottman M.J. Nitrogen fertilizer requirement of feed and malting barley compared to wheat. Forage and Grain // College Agricult. Life Sci. Rep. 2011. P. 30–36.
Явтушенко В.Е., Шмырева Н.Я., Цуриков Л.Н. Баланс и трансформация азота удобрений в эродированной дерново-подзолистой почве Центрального Нечерноземья // Почвоведение. 1999. № 11. С. 1367–1375.
Смирнова Л.Г., Нецветаев В.П., Михайленко И.И. Урожайность сортов и качество зерна озимой пшеницы в условиях склоновой микрозональности // Агрохимия. 2014. № 7. С. 38–44.
Дополнительные материалы отсутствуют.