Агрохимия, 2019, № 4, стр. 31-38

ВВЕДЕНИЕ

Внедрение в сельскохозяйственное производство Центрального Предкавказья интенсивных технологий возделывания полевых культур требует разработки зональных систем удобрения в типичных севооборотах, обеспечивающих сохранение и расширенное воспроизводство плодородия почв каждой природной зоны, достижение устойчивого увеличения урожайности, улучшения качества продукции, роста продуктивности севооборота при обязательном сохранении чистоты природной среды [1].

Минеральное питание – один из основных регулируемых факторов, используемых для целенаправленного управления ростом и развитием растений с целью создания высокого урожая хорошего качества. При длительном применении удобрений повышается эффективное плодородие почвы, растения лучше обеспечиваются подвижными формами питательных веществ. Это гарантирует более интенсивный рост и накопление биомассы растений, а также увеличение урожайности и улучшение качества продукции [1–5].

В зерновом балансе нашей страны ведущее место занимает озимая пшеница. Она требовательна к плодородию почвы и хорошо отзывается на удобрения [6]. Значительные площади она занимает и на территории Северного Кавказа, являясь ведущей культурой в структуре посевных площадей.

В системе агротехнических мероприятий, направленных на повышение производства высококачественного зерна озимой пшеницы, важное место отводится системе удобрения [1–5, 7–19]. В результате многочисленных исследований в нашей стране и за рубежом установлено положительное влияние удобрений на урожайность и качество зерна озимой пшеницы. Однако эти исследования в основном проводили в краткосрочных полевых опытах без учета влияния сорта, предшественника и почвенно-климатических факторов. При длительном применении удобрений в севообороте можно наблюдать другие закономерности.

Цель работы – изучение эффективности применения разных систем удобрения при их длительном использовании при выращивании озимой пшеницы нового сорта Гром, выявление в севообороте с преобладанием озимой пшеницы оптимальной системы удобрения, обеспечивающей наилучшие показатели роста, формирования листовой поверхности, накопления биомассы растений, урожайности, структуры урожая, химического состава и качества зерна озимой пшеницы на черноземах выщелоченных Республики Северная Осетия – Алания (РСО–Алания).

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили в длительном стационарном полевом опыте (аттестат № 087) на кафедре агрохимии и почвоведения Горского ГАУ с 1972 г. в полевом севообороте, развернутом во времени. Опытный участок расположен в лесостепной зоне РСО–Алания на черноземах выщелоченных, подстилаемых галечником с глубины 80 см. Модельный севооборот включал основные сельскохозяйственные культуры региона: многолетние травы (клевер, люцерну), озимую пшеницу, картофель (кукурузу на силос), кукурузу на зерно, озимую пшеницу. Чередование культур происходило во времени. В 2016 г. в стационарном полевом опыте выращивали озимую пшеницу после предшественника – кукурузы на силос.

Почва относится к среднегумусным. По данным работы [1], содержание гумуса в пахотном слое менялось от 3.5 до 7.5%, но чаще составляло 4.5–6.0%. Как правило, мощные разности данных почв содержат больше гумуса, чем маломощные.

В изученных почвах отметили высокое содержание валовых форм питательных веществ: общего азота – 0.24–0.45, фосфора – 0.2–0.3, калия – 1.6–2.3%. Содержание подвижных форм питательных веществ было равно: легкогидролизуемого азота (по Тюрину–Кононовой) – 4–10, подвижного фосфора и обменного калия (по Чирикову) – соответственно 5–14 и 15–16 мг/100 г почвы [20].

В полевом опыте изучали разные дозы и комбинации NРК-удобрений, сравнивали действие минеральных и органических удобрений.

Варианты опыта: контроль – без удобрений, возрастающие дозы NPK (одинарная доза NPK – N50P40К40, которую рекомендуют для данной климатической зоны, двойная и тройная дозы), вариант навоз + NPK (содержание внесенных питательных веществ было эквивалентным варианту с двойной дозой NPK), расчетный вариант (вносили дозу удобрений, рассчитанную методом элементарного баланса на запланированный урожай 5.5 т зерна/га – N110P90К70).

Исследование проводили в богарных условиях. Площадь делянки – 100 м². Повторность четырехкратная. Расположение вариантов последовательное. В опыте высевали озимую пшеницу сорта Гром. Агротехника соответствовала общепринятой для лесостепной зоны. Удобрения вносили вручную, дробно, т.е. в основное внесение под вспашку – NPK, при посеве – Р10 и в подкормку – N30 в виде НАФК, N_aa, N_м, K_х, P_сг.

Растительные образцы (50–20 растений) отбирали в фазы вегетации, определяли высоту растений путем промеров, площадь листьев – методом высечек, содержание сухого вещества – методом высушивания, количество продуктивных стеблей, длину колоса, количество и массу зерен в колосе, массу 1000 зерен – методом подсчета и взвешивания, натуру зерна – литровой пуркой (средние данные для 20-ти типичных растений).

Урожай учитывали методом пробного снопа из 5-ти метровок, расположенных в 5-ти точках делянки. Эти данные были статистически обработаны методом дисперсионного анализа [21].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Известно, что азот, фосфор, калий и микроэлементы могут эффективно и быстро поглощаться листьями растений и либо непосредственно включаться в синтез органических веществ, либо переноситься в другие органы растений и использоваться во внутриклеточном обмене, оказывая положительное влияние на важнейшие физиологические процессы [22].

Наши наблюдения за растениями озимой пшеницы показали, что при внесении удобрений их высота заметно увеличивалась (рис. 1а). Если в контроле она составляла в разные фазы вегетации от 7 до 78 см, то по мере повышения доз NPK высота растений увеличилась на 10–50%, а наибольшей высотой выделялись растения расчетного варианта, превышающие контроль почти на 1/3.

Приемы, ускоряющие развитие ассимиляционной поверхности листьев, имеют важное значение для повышения урожайности. Это касается, в первую очередь, азотного удобрения: от уровня обеспеченности растений азотом в большой степени зависит их рост и формирование листовой поверхности.

Рис. 1.

Динамика роста растений озимой пшеницы в высоту (а), площади листьев, тыс. м²/га (б), накопления сухой биомассы, т/га (в) в зависимости от примененных систем удобрения (2016 г.).

Рис. 1.

Окончание.

Установлено, что между корневой системой, поглощающей минеральные вещества, и фотосинтезирующими листьями существует тесная связь. В частности, поглощение азота корнями и его усвоение тесно связано с фотосинтезом. Все синтетические превращения азота как в корнях, так и в надземных органах, происходят с использованием энергии углеводов, образованных в процессе фотосинтеза.

В наших исследованиях увеличению площади листьев в значительной степени способствовало применение всех изученных сочетаний удобрений (рис. 1б).

Площадь листовой поверхности растений озимой пшеницы в неудобренном контроле в различные фазы вегетации составила от 18 до 27 тыс. м²/га. Применение изученных доз удобрений существенно повышало этот показатель. С увеличением уровня минерального питания площадь листьев увеличилась в разные фазы на 7–70%. Наибольшую ассимиляционную поверхность имели растения расчетного варианта. В начале вегетации этот показатель в расчетном варианте был на уровне тройной дозы NРК, но в дальнейшем он существенно увеличивался.

Для получения высоких урожаев, кроме площади листьев, большое значение имеет количество сухого вещества, которое является функцией процесса ассимиляции и определяет продукционную способность растений. По мнению исследователей, существует определенная связь между площадью листьев и накоплением сухого вещества в растениях.

Формирование растениями озимой пшеницы биомассы в осенний период вегетации проходило крайне слабо из-за недостатка тепла, а с середины апреля начиналось ее усиленное накопление и продолжалось от фазы выхода в трубку до фазы молочной спелости. В дальнейшем этот процесс замедлялся.

Относительное содержание сухого вещества в растениях при внесении удобрений снижалось, однако за счет формирования большей биомассы сбор его с единицы площади в удобренных вариантах значительно превышал контроль.

Применение удобрений существенно увеличивало накопление сухого вещества в растениях за счет формирования большей биомассы (рис. 1в). При сборе сухого вещества от 1.2 до 7.1 т/га в варианте без удобрений в различные фазы развития повышение доз NРК обеспечило прибавку сухого вещества на 20–50%, при этом наибольшей прибавкой отличался расчетный вариант: в фазе восковой спелости она достигала почти 2 т/га.

Таким образом, по мере увеличения доз удобрений рост растений усиливался, площадь листьев увеличивалась, относительное содержание сухого вещества в растениях уменьшалось, а сбор его с 1 га значительно увеличивался по сравнению с контролем. Наилучшим по этим показателям был расчетный вариант.

Исследователи едины во мнении о том, что повышение уровня удобренности увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур, но, конечно, при рациональном применении удобрений. Чрезмерное увеличение доз, особенно при неблагоприятном соотношении питательных элементов, способствует перенасыщению почвенного раствора, повышению его концентрации, что крайне негативно отражается на развитии растений.

В наших исследованиях удобрения, благодаря положительному действию на рост, формирование листовой поверхности и накопление биомассы, оказали существенное положительное влияние на урожайность озимой пшеницы (табл. 1). При сравнительно невысокой урожайности зерна в контроле – ≈3 т/га – одинарная доза NРК повысила ее на 1.1 т/га, или на 1/3 (36.2%). При внесении двойной дозы NРК урожайность зерна составила 6.56 т/га, т.е. больше чем в 2 раза (116%) по сравнению с контролем и более чем наполовину (2.42 т/га, или 58.5%) по сравнению с вариантом с одинарной дозой, в котором была получена наибольшая прибавка урожайности. Дальнейшее увеличение доз удобрений оказалось менее эффективным, что объясняется частичным полеганием растений.

Сопоставляя урожайность при применении эквивалентных доз минеральных и органо-минеральных удобрений (ОМУ), преимущество последних не выявили, урожайность зерна в этих вариантах была почти одинаковой.

Таким образом, внесение удобрений под озимую пшеницу обеспечило прибавку урожайности зерна от 1.1 до 3.5 т/га, т.е. на 36–116%. Наилучшим оказался вариант с двойной дозой NРК – 6.56 т/га, хотя расчетный вариант ему уступал незначительно – 6.43 т/га (разница в пределах наименьшей существенной разницы НСР₀₅).

Сравнивая полученные результаты с аналогичными средними данными для озимой пшеницы в 4-х ротациях севооборота, можно отметить одинаковые закономерности повышения урожайности зерна по мере увеличения в 2 раза одинарной дозы NPK: дальнейшее ее увеличение в 3 раза эффекта не дало по сравнению с двойной дозой – урожайность была даже несколько меньше (в среднем за 4 года) (табл. 1) [1]. Вероятно, увеличение дозы азота в составе NPK >90 кг/га было неэффективным и экономически не оправданным. Это обстоятельство объясняется тем, что в 1970–1980 гг. выращивали озимую пшеницу сорта Безостая-1, которая при внесении высоких доз азота полегала, тогда как большинство современных сортов пшеницы короткостебельные и могут лучше противостоять полеганию.

Обращает на себя внимание разница в прибавках урожайности зерна: в 2016 г. они были значительно больше, чем в среднем за первых 4 ротации севооборота. Это можно объяснить повышением эффективного плодородия почвы при длительном применении удобрений, которое происходит, несмотря на значительный вынос питательных элементов урожаем основной и побочной продукции.

Повышение урожайности зерна озимой пшеницы в результате применения удобрений находилось в прямой зависимости от улучшения показателей структуры урожая, которое происходило благодаря применению удобрений.

Удобренные варианты существенно отличались от контроля лучшими показателями структуры урожая (табл. 2). Внесение удобрений под озимую пшеницу способствовало повышению количества продуктивных стеблей на 3.0–7.5%, также увеличивалась длина колоса озимой пшеницы: при одинарной дозе NРК она была больше, чем в контроле, на 1.1 см. По мере увеличения доз удобрений соответственно возрастала и длина колоса. Наилучшими оказались варианты 3NРК – 11.6 см и расчетный – 11.8 см, превосходившие контроль на 2.9 и 3.1 см соответственно.

По показателю озерненности колоса все удобренные варианты имели преимущество перед контролем. Наибольшим содержанием зерен в колосе отличался вариант с двойной дозой удобрений, превысивший контроль на 17%, а наибольшей массой зерен в колосе – вариант навоз + NPK, превысивший контроль более чем в 2 раза.

Применение удобрений в большинстве вариантов способствовало увеличению массы 1000 зерен. В контроле она была небольшой (22.3 г), что, по нашему мнению, объясняется щуплостью и легковесностью зерна, полученного в условиях полного отсутствия внесения удобрений в течение 45 лет. При внесении одинарной дозы NРК масса 1000 зерен была больше на 4.8 г. Удвоение дозы NРК увеличило ее еще на 11.6 г, что превышало контроль на 16.4 г. Наибольшей массой 1000 зерен выделялись варианты расчетный и навоз + NРК, превысившие контроль соответственно на 17.1 и 17.2 г.

Как показали результаты многочисленных исследований, с помощью удобрений можно не только повысить урожайность, но и качество получаемой продукции [1–9]. Итоги наших исследований также подтвердили это утверждение. Показано, что применение удобрений способствовало увеличению урожайности зерна озимой пшеницы и улучшению его химического состава. Например, при систематическом внесении удобрений в почву в зерне во всех вариантах опыта возросло содержание азота и протеина (табл. 3). При этом отметили положительное влияние возрастающих доз азота (в 2 и 3 раза) в составе NРК. Благодаря этому наибольшее количество азота накоплено в зерне при внесении тройной и расчетной доз NРК (2.70 и 2.72% азота и 15.4 и 15.6% протеина соответственно).

Содержание фосфора и калия в зерне тоже увеличилось в удобренных вариантах по сравнению с контролем, но в меньшей степени, чем азота. Различия между вариантами были незначительными, особенно для калия, тем не менее, можно проследить тенденцию к большему накоплению этих питательных элементов по мере увеличения их доз в составе NРК.

В биохимическом составе зерна наряду с повышением содержания протеина под действием удобрений отметили снижение количества жира по сравнению с контролем, хотя и в небольшой степени. Несколько иное отмечено для содержания клетчатки: в большинстве вариантов ее содержание превышало контроль, но находилось в пределах ошибки анализа, поэтому определенной закономерности выявить не удалось. По количеству золы все варианты с применением удобрений превосходили контроль. Наибольшую зольность отметили в вариантах с внесением повышенных доз NPK. Согласно полученным данным, можно заключить, что применение удобрений положительно влияло на химический и биохимический состав зерна озимой пшеницы, т.е. способствовало повышению его качества.

Внесение удобрений оказало положительное влияние на некоторые физические и технологические свойства зерна (табл. 4). По натурной массе зерна все удобренные варианты незначительно уступали неудобренному контролю, причем с увеличением уровня удобренности этот показатель снижался в большей степени. В удобренных вариантах лучшими были показатели стекловидности и содержания сырой клейковины. Наибольшими они были в вариантах с тройной дозой азота и в расчетном (59–62% – стекловидность и 29.4–31.2% – сырая клейковина), что положительно коррелировало с содержанием протеина.

Таким образом, оптимальным вариантом системы удобрения для озимой пшеницы, характеризующимся лучшими показателями роста, развития растений, продуктивности и ее структуры, химического состава и качества зерна в условиях 2016 г. являлся расчетный вариант N110Р90К70.

ВЫВОДЫ

1. По мере увеличения доз удобрений рост растений озимой пшеницы усиливался, площадь листьев становилась больше. Хотя относительное содержание сухого вещества в растениях уменьшилось, его сбор с 1 га значительно повысился по сравнению с контролем за счет большей урожайности. Наилучшим по этим показателям был расчетный вариант удобрения.

2. Внесение удобрений под озимую пшеницу в дозах N50–150Р40–120К40–120 обеспечило в условиях 2016 г. прибавку урожая зерна от 1.10 до 3.52 т/га (36.2–116%). Более предпочтительными оказались варианты 2NРК с дозой N100Р80К80 и расчетный N110Р90К70.

3. Применение удобрений обеспечило улучшение химического состава зерна, повышение содержания в нем протеина, золы, улучшение показателя стекловидности и содержания сырой клейковины, что свидетельствовало об улучшении его качества. Суммарная оценка полученных показателей указывала на преимущество внесения расчетной дозы N110Р90К70, обеспечившей получение 6.43 т зерна/га 1-й группы качества с содержанием протеина 15.5%, стекловидностью 61%, содержанием сырой клейковины 30.4%.