Агрохимия, 2019, № 1, стр. 36-41

ВВЕДЕНИЕ

Использование органо-минеральных донных отложений пресноводных водоемов (сапропеля) в качестве удобрения – одна из возможностей обеспечения культурных растений элементами питания. Сапропели – отложения пресноводных водоемов, сложные по составу, состоящие из мелкодисперсных частиц минерального и (или) органического происхождения, содержащие макро- и микроэлементы, гуминовые вещества, минеральные компоненты и т.п. [1]. Согласно [2] (п. 3.1), сапропель – это органические и органо-минеральные донные отложения континентальных водоемов. Формируются сапропели в сложных анаэробных условиях из продуктов деструкции фито- и зоопланктона, а также флоры и фауны высшего порядка и минеральных соединений, поступающих на поверхность водной глади. В целом состав и свойства озерных отложений определяются естественно-географическими условиями региона: климатическими, геологическими, геоморфологическими, гидрологическими, характером растительности и хозяйственной деятельностью человека.

В качестве удобрений чаще всего используют органический и органо-минеральный типы сапропелей. Их зольность составляет <50%, реакция среды – нейтральная или слабощелочная, емкость поглощения высокая, поглощающий комплекс насыщен катионами магния и кальция, обеспеченность доступными для растений элементами питания – достаточно высокая [3, 4]. При принятии решения о возможности использования сапропеля в сельскохозяйственном производстве учитывают содержание тяжелых металлов, в соответствии с чем выделяют сапропели 1‑го и 2-го классов пригодности [2]. Сапропели 1‑го класса применяют под все виды сельскохозяйственных культур, в лесном хозяйстве, благоустройстве и озеленении городских и рекреационных территорий, а также при рекультивации почв и отвалов [5, 6].

Сапропель, являясь удобрением длительного действия, обладает мелиорирующим эффектом [7], улучшает агрофизические свойства почв [8], способствует повышению обеспеченности органическим веществом и увеличению содержания основных элементов питания в почве [9, 10].

Многие исследователи отмечали, что использование сапропеля в качестве удобрительного материала приводит к повышению урожайности сельскохозяйственных культур: пшеницы [11], картофеля [12], многолетних бобово-злаковых травостоев [13], столовой моркови [14]. Грунты, созданные на основе сапропеля, сбалансированные по элементам минерального питания, создают условия для выращивания здоровой и крупной рассады овощей [15].

При этом все исследователи отмечали, что эффективность действия сапропеля зависит от характеристики сапропеля, свойств почвы и, безусловно, физиологических особенностей культурных растений, что предопределяет необходимость проведения предварительных экспериментов с конкретными культурами в конкретных условиях.

Цель работы – изучение влияния различных доз сапропеля на урожайность и показатели качества зеленой массы кукурузы.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Эксперимент поставлен на вегетационной площадке кафедры агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА в период 2016–2017 гг. в четырехкратной повторности. Почва – светло-серая лесная легкосуглинистая с низким содержанием гумуса (1.93%), повышенной обеспеченностью подвижными соединениями фосфора и калия (113 и 124 мг/кг (по Кирсанову) соответственно), рН_KCl 5.6, степень насыщенности основаниями – 90%.

Основной объект исследования – кукуруза, гибрид Обский 140 СВ, создан в ООО НПО “КОС-МАИС” (Краснодарский край) в сотрудничестве с Сибирским НИИ кормов и Алтайским НИИ сельского хозяйства, в Госреестре России с 2004 г. Гибрид универсального назначения (на зерно и силосную массу), раннеспелый, высота растения – 2.0–2.5 м.

Опыт мелкоделяночный, общая площадь делянки – 3.24 м², норма высева – 65 тыс. семян/га. Расстояние между рядками кукурузы – 60 см, между отдельными растениями в рядке – 25 см, общее количество растений на делянке – 21. Посев кукурузы проводили 8–10 мая, уборку – 6‒9 сентября, период вегетации составил 105–106 сут при норме для раннеспелого гибрида 92‒95 сут. Закладка опыта, уход за растениями и уборка урожая выполнены в соответствии с рекомендациями [16]. Предшественником кукурузы была викоовсяная смесь, используемая в качестве сидерата, которую высевали после белого люпина, выращенного на семена. Сапропель вносили при заделке сидеральной массы викоовсяной смеси под глубокую осеннюю обработку почвы. Весной вручную была выполнена перекопка почвы. Минеральные удобрения под посев кукурузы не вносили.

Сапропель местного производства из озера, расположенного на выровненном плато с отдельными проявлениями карстовых форм рельефа в виде воронок в границах водораздела р. Теши и Мокши в Арзамасском р-не Нижегородской обл. Агрохимическая характеристика сапропеля (на сухое вещество): органическое вещество – 43.3%, рН_KCl 5.2, валовое содержание азота – 1.20, фосфора – 0.35 и калия – 0.16%. В соответствии с классификацией, приведенной в [2], сапропель относится к органо-глинистому типу (содержание органического вещества в сапропеле органо-глинистого типа ≥30%, азота и фосфора общего – ≥1.0 и 0.3% соответственно, калия общего – ≥0.3%, рН_KCl ≥5.0).

При составлении схемы опыта учитывали рекомендации по внесению сапропеля под кукурузу (согласно [2], дозы могут меняться в пределах 240–400 кг N/га). Схема опыта и содержание вариантов показаны в табл. 1.

Погодные условия в активный вегетационный период в зоне проведения опыта (май–август) в годы исследования различались: 2016 г. был жарким (особенно май, когда среднемесячная температура составила 15.4°С при норме 12.8°С, среднемесячная температура в каждом весенне-летнем месяце была на 2–3°С выше среднемноголетней, в среднем за период май–август составила 19.2°С при норме 16.3°С); 2017 г. был достаточно прохладным (на 1–2°С ниже среднемесячной нормы, и только в августе температура превысила норму на 1.5°С, в среднем за вегетационный период 2017 г. температура составила 15.8°С при норме 16.3°С). Сумма активных температур за период вегетации растений кукурузы (105–106 сут) составила 2200°С в 2016 г. и 1840°С в 2017 г., что не позволило получить полновесные початки (для созревания зерна раннеспелых гибридов кукурузы сумма активных температур должна быть не ≥2000°С).

По величине суммы осадков условия постановки опыта в 2016–2017 гг. были более сопоставимы – 239 и 269 мм соответственно при норме за май–август 253 мм. Учитывая, что исследование проводили в условиях мелкоделяночного опыта, в период всходов кукурузы в 2016 г. использовали дополнительный полив растений в мае–начале июня. По совокупности температурных и влажностных условий оба года, как в отдельные месяцы вегетационного периода, так и в среднем за май–август (а также май–сентябрь), характеризовались гидротермическим коэффициентом, равным 1.3. В целом вегетационный период кукурузы в 2016 г. был более теплым и сухим (в мае сумма осадков за месяц составила 17 мм при норме 52 мм), а в 2017 г. – более прохладным и влажным.

Анализы почв и сапропеля выполнены на сертифицированном оборудовании в лабораториях кафедры агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА по стандартным методикам при исследовании почв: содержание гумуса – ГОСТ 26213-91, рН_KCl – ГОСТ 26483-85, гидролитическая кислотность – ГОСТ 26212-91, сумма поглощенных оснований – ГОСТ 27821-88, емкость катионного обмена и степень насыщенности основаниями – расчетным методом, содержание подвижных соединений фосфора и калия – ГОСТ Р 54650-2011; при анализе сапропеля: рН – ГОСТ 27979-88, содержание органического вещества – ГОСТ 27980-88, валовое содержание азота – ГОСТ 26715-85, фосфора – ГОСТ 26717-85, калия – ГОСТ 26718-85.

Анализ растительных образцов выполнен в аккредитованном испытательном Центре агрохимической службы “Нижегородский” с использованием следующих методов: содержание азота – ГОСТ Р 51417-99 с дальнейшим пересчетом в сырой протеин (коэффициент 6.25), сырой клетчатки – ГОСТ 31675-2012, сырого жира – ГОСТ 13496.15-97, растворимых и легкогидролизуемых углеводов – ГОСТ 26176-91; расчет обменной энергии и кормовых единиц – ГОСТ 27978-88. Корма зеленые.

Статистическая обработка результатов исследований проведена с использованием метода дисперсионного анализа [17] при помощи программного пакета Microsoft Office Excel 2003. Для констатации различий при сравнении величин использован показатель наименьшей существенной разницы при 5%-ном уровне значимости (НСР₀₅).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты учета урожайности кукурузы (зеленой массы с початками молочно-восковой спелости) в годы исследования приведены в табл. 2. Прежде всего, отмечено, что урожайность надземной зеленой массы в 2016 г. во всех вариантах была несколько больше, чем в 2017 г., вероятной причиной чего могли быть различия погодных условий.

В 2016 г. одинарная доза сапропеля показала лишь тенденцию к прибавке, 2-я доза дала достоверную прибавку, а 3-я была эффективной в сравнении с одинарной дозой, но не превысила воздействие двойной дозы сапропеля (разница между вариантами 4 и 3 не превышала величину НСР₀₅). Таким образом, оптимальной по действию на урожайность зеленой массы кукурузы была доза сапропеля, соответствующая N240 (вариант сапропель 2).

В опыте 2017 г. прирост урожайности, превышающий величину НСР₀₅, отмечен уже в варианте с внесением одинарной дозы сапропеля. Двойная и тройная дозы сапропеля также достоверно повысили урожайность в сравнении с неудобренным вариантом. В то же время различий в действии изученных доз удобрения (10, 20 или 30 т/га) на урожайность надземной фитомассы кукурузы не отмечено: разница между вариантами была несущественной. Таким образом, в опыте 2017 г. оптимальной дозой сапропеля, обеспечившей достоверную прибавку урожая, была доза N120.

Одной из возможных причин высокого положительного действия одинарной дозы сапропеля (10 т/га) и не подтвержденного статистически, но установленного на уровне тенденции положительного влияния двойной дозы сапропеля (20 т/га) в 2017 г. являлись, по мнению авторов, именно различия в температурно-влажностных условиях года исследования. Ранее отмечено, что 2017 г. был более прохладным и влажным не только в сравнении со среднемноголетними данными, но и по отношению к 2016 г. Такие условия сдерживали работу почвенной микробиоты, следствием чего могло быть снижение способности органической составляющей сапропеля к минерализации и, соответственно, ухудшение условий питания растений.

Данные учета урожайности в среднем за годы исследования и соотношения листостебельной массы и початков кукурузы приведены в табл. 3.

В целом в опыте получена высокая урожайность зеленой массы кукурузы, даже в варианте без применения удобрений она превышала 41 т/га. Одной из причин такого эффекта могло быть влияние предшественника (известно, что после зернобобовых культур почва обогащается питательными элементами, в том числе и минеральными формами азота, которые в данном случае активно использовали растения кукурузы).

Установлена высокая эффективность внесения донных органо-минеральных отложений озера: все 3 изученные дозы эффективно влияли на урожайность, величина которой превышала контроль. Однако в среднем за 2 года исследования достоверной разницы действия на формирование урожая между 2-й (из расчета N240) и 3-й (из расчета N360) изученными дозами сапропеля не установлено.

Доля початков в общей надземной фитомассе кукурузы с увеличением доз сапропеля увеличивалась, а доля листостебельной массы, соответственно, уменьшалась.

Высота растений кукурузы в опыте соответствовала описанию сорта (2.0–2.5 м), достоверных различий между вариантами по этому показателю не отмечено. Масса одного растения с повышением обеспеченности культуры элементами питания (от варианта 2 к варианту 4) повышалась, и в сравнении с массой одного растения в контрольном варианте (0.63 кг/растение) увеличилась на 10, 18 и 21% соответственно.

Некоторые показатели качества зеленой массы кукурузы приведены в табл. 4. Содержание клетчатки в зеленой массе кукурузы в вариантах с внесением сапропеля несколько повышалось, но не превышало показателей, рекомендуемых при оценке кормовых достоинств зеленых кормов по качеству и питательности [18]. Содержание жира в сухой фитомассе кукурузы в удобренных вариантах снижалось вне зависимости от дозы сапропеля. Обеспеченность кормовой растительной массы кукурузы безазотистыми веществами под действием сапропеля изменялось: содержание растворимых углеводов повышалось, легкогидролизуемых – снижалось.

Содержание сырого протеина в зеленой массе кукурузы с початками молочно-восковой спелости удовлетворяло требованиям норматива [19]: во всех вариантах опыта, включая контрольный, оно превышало норматив (9.0% сырого протеина). С повышением дозы сапропеля с 10 до 30 т/га (и дозы азота, внесенной под посев в составе сапропеля, соответственно с N120 до N360) содержание протеина в растительной массе повышалось на 17, 26 и 31% соответственно в сравнении с вариантом без внесения сапропеля.

Содержание обменной энергии, рассчитанной для крупного рогатого скота, в сухом веществе зеленого корма во всех вариантах было больше норматива [19]. Однако надземная масса кукурузы в вариантах с внесением сапропеля по содержанию обменной энергии уступала варианту без его внесения.

Кормовая ценность зеленой листостебельной массы кукурузы в вариантах, удобренных сапропелем, была несколько меньше, чем зеленой фитомассы контрольного варианта, но превышала нормативные показатели [19]. И только в варианте 2 с минимальной дозой сапропеля (10 т/га) содержание кормовых единиц было чуть меньше (на 0.02 к.е.) минимального нормативного показателя 10.30 ЭКЕ.

ВЫВОДЫ

1. Оптимальной по действию на урожайность кукурузы являлась доза сапропеля 20 т/га, соответствующая дозе N240, обеспечившая прибавку урожайности по отношению к неудобренному варианту 6.9 т зеленой массы/га (17%), а по отношению к дозе сапропеля 10 т/га – 3.4 т надземной фитомассы/га (8%).

2. Повышение урожайности зеленой массы кукурузы обеспечивалось последовательным увеличением массы одного растения (с 0.63 кг в контроле до 0.76 кг/растение в варианте с дозой внесения сапропеля 30 т/га, что составило 21% к контролю) при одновременном повышении доли початков молочно-восковой спелости в формировании надземной фитомассы кукурузы с 18% (контроль без удобрений) до 25% при дозе сапропеля 30 т/га.

3. Зеленая масса кукурузы с початками молочно-восковой спелости во всех вариантах внесения сапропеля в дозах 10–30 т/га удовлетворяла нормативным требованиям по содержанию сырой клетчатки, сырого протеина, обменной энергии и кормовых единиц. Наиболее сбалансированной по названным показателям и отвечающей требованиям к качеству и питательности кормов была зеленая масса кукурузы, полученная в варианте с внесением сапропеля в дозе N260 (20 т сапропеля/ га): содержание сырой клетчатки и сырого протеина в ней составило 20.0 и 12.8%, обменной энергии – 11.4 МДж/кг, кормовых единиц – 1.05 кг/кг, содержание крахмала было в 2 раза больше содержания сахаров – 23.0 и 10.3% соответственно (в пересчете на сухое вещество).