Агрохимия, 2019, № 7, стр. 57-66

ВВЕДЕНИЕ

Для получения максимальной продуктивности сахарной свеклы, эффективности применяемых удобрений и других элементов агротехники возделывания важно определить особенности потребления растениями питательных веществ [1, 2]. При применении различных доз удобрений и обработок почвы изменяется не только содержание элементов питания в почве, но и их накопление в растениях, из чего следует, что учет выноса питательных веществ урожаем сахарной свеклы является важным звеном в совершенствовании агротехники ее возделывания [3–5]. Поэтому цель работы – изучение динамики прироста биомассы растений сахарной свеклы, потребления питательных веществ, урожайности и качества корнеплодов в зависимости от систем основной обработки почвы и удобрений в севообороте Центрально-Черноземного региона (ЦЧР).

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проведено в 2010–2016 гг. в посевах сахарной свеклы парового звена севооборота стационарного опыта ВНИИСС им. А.Л. Мазлумова, заложенного в 1985 г. со следующим чередованием культур: черный пар, озимая пшеница, сахарная свекла, ячмень с подсевом клевера, клевер на 1-й укос, озимая пшеница, сахарная свекла, однолетние травы (горох + овес), кукуруза на зеленый корм.

Изучено 3 системы основной обработки почвы:

А – отвальная глубокая обработка под все культуры севооборота: вспашка под кукурузу и черный пар на глубину 25–27 см; под ячмень, озимую пшеницу после клевера, однолетние травы – на 20–22 см; под сахарную свеклу – улучшенная зябь (дисковое лущение на 5–7 см, плоскорезная обработка на 12–14 см и вспашка на 30–32 см);

Г – безотвальная (плоскорезная) обработка под все культуры севооборота: под кукурузу и черный пар на глубину 25–27 см; под озимую пшеницу после клевера, ячмень, однолетние травы – на 20–22 см; под сахарную свеклу на глубину 30–32 см с предварительными дисковым лущением (5–7 см) и плоскорезной (12–14 см) обработкой;

Д – комбинированная (отвально-безотвальная) обработка: вспашка на глубину 25–27 см под кукурузу и черный пар; плоскорезная обработка на глубину 20–22 см под озимую пшеницу после клевера, ячмень, однолетние травы; под сахарную свеклу – дисковое лущение (5–7 см), плоскорезная обработка (12–14 см) и вспашка на 30–32 см (улучшенная зябь).

Исследование влияния обработки почвы проводили на 3-х фонах удобрения: 1 – контроль без удобрений, 2 – N45Р45К45 + навоз 5.5 т/га севооборотной площади, в том числе под сахарную свеклу – N160Р160К160; 3 – N59Р59К59 + навоз 11 т/га севооборотной площади, в том числе под сахарную свеклу – N160Р160К160.

Высевали гибрид сахарной свеклы РМС-73. Учет биомассы растений и их химического состава проводили в фазы развития растений: 5 пар настоящих листьев (июнь), смыкание листьев в междурядьях (июль), интенсивный рост (август), техническая спелость (сентябрь). Пробы растений сахарной свеклы отбирали с одного погонного метра. Массу и влажность растений определяли весовым методом (ГОСТ 26268-89); содержание азота, фосфора и калия в растениях – по Кураеву из одной навески [6]; вынос – по методике ЦИНАО [7]; сахаристость и технологическое качество сахарной свеклы – по Силину [8]; нитратный азот в почве – по Грандваль–Ляжу (ГОСТ-26951-86); подвижный фосфор и обменный калий в почве – по Чирикову (ГОСТ-26201-91); энергетическую оценку – по методике ВАСХНИЛ [9]; экономическую эффективность – по методике РАСХН (в ценах 2017 г.); урожайность сахарной свеклы – весовым методом [8]; статистическую обработку данных – по [9]; фотосинтетическую характеристику посевов – по Нечипоровичу [10]. Площадь делянки – 110 м², учетной – 20–50 м², повторность трехкратная. Почва – чернозем выщелоченный среднемощный тяжелосуглинистый на тяжелом карбонатном суглинке.

Метеорологические условия проведения опыта были различными, что дало возможность объективно оценить влияние изученных факторов на потребление питательных веществ растениями сахарной свеклы. Например, за вегетационный период 2010 г. выпало 326 мм осадков при ГТК = = 1.3, за 2011 г. – 285 мм и 1.2, за 2012 г. – 472 мм и 1.5, за 2013 г. – 396 мм и 1.3, за 2014 г. – 190 мм и 0.7, за 2015 г. – 246 мм и 0.8, за 2016 г. – 256 мм и 0.9 соответственно. Погодные условия за годы исследования соответствовали среднемноголетним нормам (количество осадков – 296 мм, ГТК = 1.1), прохождение сахарной свеклой фаз развития по годам различалось на 2–4 сут. Между севом и фазой 5-ти пар настоящих листьев проходило 50–55 сут, между фазой 5-ти пар листьев и смыканием листьев в междурядьях – 20–22 сут, между смыканием и интенсивным ростом – 30–35 сут и между интенсивным ростом и технической спелостью – 45–48 сут.

Для основной обработки почвы использовали плуг ПН-4-35, плоскорез КПГ-250, дисковую борону БДТ-3. Агротехника возделывания сахарной свеклы – общепринятая для ЦЧР с фоновым внесением гербицидов без затрат ручного труда на удаление сорной растительности.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Агрохимические показатели плодородия чернозема выщелоченного свидетельствовали о большем содержании питательных веществ при отвальной и комбинированной обработках почвы с применением удобрений. Например, содержание гумуса в пахотном слое почвы составило 5.62–5.64%, подвижного фосфора – 155, обменного калия – 180 мг/кг, что на 7–26% больше, чем при безотвальной обработке почвы (табл. 1).

Учет динамики ассимиляционной поверхности листьев сахарной свеклы показал, что больший уровень питания и отвальная обработка почвы обеспечивали более активное формирование фотосинтетического потенциала. Например, фотосинтетический потенциал в фазе 5-ти пар настоящих листьев составил при отвальной обработке без удобрений 0.23 млн м²/сут/га (табл. 2). Фотосинтетический потенциал посевов в этот период при комбинированной обработке почвы был наименьшим – 0.17 млн м²/сут/га.

Дальнейшие учеты показали существенное увеличение фотосинтетического потенциала при отвальной и комбинированной обработках по сравнению с безотвальной. В фазе смыкания листьев в междурядьях при отвальной обработке почвы с внесением удобрений в дозе N59Р59К59 фотосинтетический потенциал составил 0.58, при комбинированной – 0.54, при безотвальной – 0.48 млн м²/сут/га, что было на 11 и 17% меньше.

Наибольшая величина фотосинтетического потенциала отмечена в фазе интенсивного роста, что составило в контроле 0.41–0.50, при применении удобрений – 0.48–0.80 млн м²/сут/га. К уборке (фаза технической спелости) из-за отмирания листьев фотосинтетический потенциал посевов сахарной свеклы снижался до 0.23–0.42 млн м²/сут/га.

За вегетацию наибольший фотосинтетический потенциал формировался при отвальной обработке с применением удобрений (N59Р59К59) – 2.11 млн м²/сут/га. При применении N45Р45К45 показатель увеличивался на 7–22%, при применении N59Р59К59 – на 21–49% по сравнению с контролем.

Чистая продуктивность фотосинтеза в среднем за вегетационный период составила 5.19–8.92 г/м²/сут. Установлено, что комбинированная обработка почвы максимально увеличивала этот показатель в течение всего вегетационного периода. Например, в фазе 5-ти пар настоящих листьев чистая продуктивность фотосинтеза при комбинированной обработке составила 4.84–5.25, при безотвальной – 3.57–4.56, при отвальной – 4.44–5.71 г/м²/сут, в фазе интенсивного роста – 6.56–8.46, 1.58–6.19, 2.16–5.52 г/м²/сут соответственно.

При внесении удобрений чистая продуктивность при отвальной обработке увеличивалась на 4%, при безотвальной и комбинированной – уменьшалась на 1–9%.

Учет динамики роста растений сахарной свеклы показал, что за 50 сут от посева до фазы 5-ти пар настоящих листьев масса корнеплодов составила 1.0–3.2 т/га (табл. 3). При этом наибольшая масса (2.1–3.2 т/га) отмечена при внесении удобрений и отвальной обработке почвы. Масса корнеплодов в других вариантах изменялась незначительно (1.0–1.8 т/га).

В период 5-ти пар настоящих листьев–смыкание листьев в междурядьях происходило наибольшее нарастание массы корнеплодов, которая составила при отвальной обработке 20.8–25.9, при безотвальной – 16.0–19.4, при комбинированной – 17.9–18.6 т/га. При применении удобрений масса корнеплодов увеличивалась на 1–24%. Дальнейший учет динамики нарастания массы корнеплодов показал снижение темпов ее увеличения. К уборке масса корнеплодов без удобрений составила: при отвальной обработке – 27.4, при безотвальной – 21.3, при комбинированной – 25.6 т/га.

При применении удобрений урожайность сахарной свеклы увеличивалась по сравнению с контролем на фоне N45Р45К45 – на 16–29, на фоне N59Р59К59 – на 35–45%. Наибольшие прибавки от применения удобрений наблюдали при безотвальной обработке почвы, наименьшие – при отвальной.

Динамика сбора сухих веществ повторяла динамику накопления массы корнеплодов. Однако различия между вариантами несколько нивелировались ростом листьев. Например, если при учете в фазе 5-ти пар настоящих листьев различие между максимальной (3.2 т/га) и минимальной (1.0 т/га) массой корнеплодов составило 320%, то различие в сборе сухих веществ – только 60%. Наибольший сбор сухого вещества (13.6–13.8 т/га) отмечен при отвальной и комбинированной обработках почвы и применении N59Р59К59.

Динамика содержания азота и фосфора в растениях сахарной свеклы свидетельствовала об уменьшении их содержания по мере роста культуры. Содержание азота в корнеплодах уменьшалось с 2.36 до 0.95, в листьях – с 3.16 до 2.41%, содержание фосфора – с 3.24 до 0.25 и с 3.00 до 0.73%. Содержание калия увеличивалось в корнеплодах с 0.58 до 1.04 и в листьях – с 0.50 до 3.61%.

При применении удобрений содержание питательных элементов в растениях увеличивалось как в корнеплодах, так и в листьях. Влияние систем обработки почвы на содержание питательных элементов было меньше, чем удобрений, но при безотвальной обработке почвы их содержание несколько снижалось. Например, содержание азота в контроле в корнеплодах при учете в фазе 5-ти пар листьев составило 2.10%, при применении удобрений – 2.16–2.18% (табл. 4). К уборке наибольшее содержание азота в корнеплодах составило 1.01% при безотвальной обработке почвы и применении N45Р45К45, фосфора (0.37%) и калия (1.04%) – при комбинированной обработке почвы.

Потребление азота растениями сахарной свеклы в фазе 5-ти пар листьев составило 19.2–41.4 кг/га, или 13–24% от выноса в период уборки (табл. 5). За этот период суточное потребление азота в варианте без удобрений составило 0.4–0.5 кг/га, при их применении увеличивалось до 0.8 кг/га. В фазе смыкания листьев наблюдали наибольший рост растений сахарной свеклы и наибольшее потребление азота, которое составило 5.2 кг/га/сут при отвальной обработке почвы и внесении удобрений. Без удобрений суточное потребление азота было минимальным и составляло 2.0–3.0 кг/га. К уборке потребление азота становилось минимальным – 0.1–0.9 кг/га/сут. Вынос азота урожаем в вариантах без удобрений составил 106–143 кг/га, с применением удобрений – 142–180 кг/га, или увеличивался на 20–40%. Наибольший вынос отмечен при комбинированной обработке почвы.

Динамика потребления фосфора была идентична потреблению азота. Например, в фазе 5-ти пар настоящих листьев общее потребление элемента составило 21.3–43.4 кг/га, или 47–73% от конечного выноса элемента (табл. 6). Следующий учет (фаза смыкания листьев) показал, что общее потребление фосфора составило 32.2–50.8 кг/га – при отвальной обработке, 35.5–47.3 кг/га – при безотвальной обработке, и 39.8–62.0 кг/га – при комбинированной. В этой фазе происходило самое интенсивное потребление фосфора (как и азота) – растения потребляли за 1 сут от 0.3 до 1.3 кг Р₂О₅/га. Наиболее высокими темпами это происходило при применении удобрений и комбинированной обработке почвы. Суточное потребление фосфора в дальнейшем снижалось (при учете в фазе интенсивного роста и технической спелости – до 0.1–0.3 кг/га/сут).

Общее потребление калия растениями сахарной свеклы составило 162–228 кг/га (табл. 7). Динамика потребления элемента показала, что в первый срок учета растения сахарной свеклы потребляли 4.1–7.2 кг K₂O/га или 2–4% от общего потребления, что значительно меньше, чем потребление азота и фосфора. В фазе смыкания листьев в междурядьях общее потребление калия было меньше, чем азота – 42.2–68.6 кг/га. При применении удобрений и отвальной обработке потребление элемента увеличивалось, при безотвальной – уменьшалось.

Наибольшее суточное потребление калия (2.3–3.7 кг/га) отмечено в период интенсивного роста, однако и в фазе смыкания листьев в междурядьях оно было высоким и составило 1.8–3.1 кг/га. Больше элемента потреблялось при комбинированной обработке почвы.

За всю вегетацию среднесуточное потребление элементов питания увеличивалось при комбинированной обработке и составило без удобрений: азота – 1.0, фосфора – 0.3 и калия – 1.2 кг/га/сут, при внесении удобрений – 1.2, 0.5, 1.6 кг/га/сут соответственно (табл. 8).

Сахарная свекла с 1 т корнеплодов и соответствующего количества ботвы выносила: азота – 4.6–5.7 кг/т, что было больше на 5–25%, фосфора – 1.4–2.0 кг/т, что больше на 8–55% и калия – 5.7–7.1 кг/т, что больше на 1–20%, чем установлено нормативами [7]. Это было результатом использования новых гибридов и улучшением технологии их возделывания, о чем сообщали в работе [4].

Более экономно растения сахарной свеклы расходовали элементы питания при отвальной обработке почвы в контроле (11.8 кг/т), а внесение удобрений увеличивало суммарный их расход на 5%. При комбинированной обработке суммарный вынос элементов питания 1 т корнеплодов составил 12.9–14.8 кг/т, что было на 6–24% больше, чем при отвальной обработке, и на 1–8%, чем при безотвальной (табл. 8).

Урожайность корнеплодов сахарной свеклы без удобрений составляла при безотвальной обработке 21.3, при отвальной – 27.4, при комбинированной – 25.6 т/га (табл. 9). При внесении N45Р45К45 урожайность повышалась до 31.8 т/га, или на 16–29%, при внесении N59Р59К59 – на 35–45%.

Сахаристость при внесении удобрений достоверно снижалась на 0.3–0.9%. При комбинированной обработке почвы сахаристость корнеплодов имела тенденцию к увеличению. Наибольший сбор сахара составил 6.2–6.3 т/га при отвальной и комбинированной обработках, что было больше на 19–21%, чем при безотвальной. Наибольший выход сахара на заводе (14.9%) был при комбинированной обработке почвы в контроле. Удобрения снижали этот показатель до 14.4%. Это происходило из-за увеличения потерь сахара при уменьшении коэффициента извлечения сахара.

Оценка энергетической и экономической эффективности возделывания сахарной свеклы показала, что без удобрений коэффициент энергетической эффективности и рентабельность производства были больше, чем при их применении. Например, энергетическая эффективность составила в контроле при отвальной и комбинированной обработках 1.8–5.0, при безотвальной обработке – 4.1. При внесении удобрений энергетическая эффективность снижалась на 25–36% и составила при отвальной обработке 3.1–3.6, при безотвальной – 2.9–3.0, при комбинированной – 3.2–3.5.

Наибольшая рентабельность производства сахарной свеклы (19% в ценах 2017 г.) при высокой урожайности отмечена при применении комбинированной обработки почвы в севообороте и внесении N59Р59К59 + навоз 11 т/га севооборотной площади.

ВЫВОДЫ

1. Применение удобрений (N59Р59К59 + навоз 11 т/га севооборотной площади) и отвальной обработки в 3-й ротации севооборота максимально увеличивали в пахотном слое чернозема выщелоченного содержание нитратного азота (11.3), подвижного фосфора (155) и обменного калия (168 мг/кг).

2. Наибольшая чистая продуктивность фотосинтеза посевов отмечена при комбинированной обработке почвы – 7.22–8.82 г/м²/сут. При отвальной обработке она снижалась в среднем на 14, при безотвальной – на 30%.

3. Бóльшие темпы прироста массы корнеплодов и сбора сухого вещества отмечены при отвальной обработке. При внесении удобрений темпы прироста увеличивались.

4. Содержание азота и фосфора в корнеплодах и листьях сахарной свеклы снижалось в течение вегетации. Большее содержание питательных веществ отмечено при комбинированной обработке почвы и внесении удобрений N59Р59К59 + навоз 11 т/га севооборотной площади, меньшее – в контроле при отвальной обработке. Содержание калия в течение вегетации увеличивалось в листьях с 0.50 до 3.61%, в корнеплодах с 0.40 до 1.04%.

5. Наибольшее суточное потребление сахарной свеклой азота – 5.2 кг/га наблюдали от фазы 5-ти пар настоящих листьев до фазы смыкания листьев в междурядьях при отвальной обработке и внесении удобрений (N59Р59К59 + навоз 11 т/га), фосфора (1.3 кг/га) – от посева до смыкания листьев в междурядьях при комбинированной обработке и внесении удобрений (N59Р59К59 + навоз 11 т/га), калия (3.7 кг/га) – от смыкания листьев в междурядьях до фазы интенсивного роста при комбинированной обработке и внесении удобрений (N59Р59К59 + навоз 11 т/га). Без удобрений и при безотвальной обработке среднесуточное потребление элементов питания было минимальным.

6. Больший вынос урожаем сахарной свеклы азота (180.1 кг/га), фосфора (68.5 кг/га), калия (116.8 кг/га) установлен при комбинированной обработке почвы с применением удобрений (N59Р59К59 + навоз 11 т/га севооборотной площади), калия (228 кг/га) – при отвальной обработке.

7. Наименьший суммарный расход элементов питания на образование 1 т корнеплодов сахарной свеклы и соответствующего количества ботвы составил 11.8 кг/т – при отвальной обработке почвы. При применении удобрений и комбинированной обработке почвы расход увеличивался до 14.8 кг/т.

8. В среднем вынос азота 1 т корнеплодов увеличился на 9, фосфора – на 28, калия – на 3%, чем установлено нормативами.

9. Наибольшая урожайность корнеплодов сахарной свеклы (36.1–37.1 т/га) была при отвальной и комбинированной обработках почвы с применением удобрений (N59Р59К59 + навоз 11 т/га севооборотной площади). Безотвальная обработка почвы достоверно снижала урожайность на 14–18%.

10. Наибольший коэффициент извлечения сахара из сахарной свеклы – 83.0–84.0% был при комбинированной обработке почвы, наименьший – 81.7–82.6% – при безотвальной обработке.

11. Наибольший коэффициент энергетической эффективности (3.2–5.0) отмечен при комбинированной обработке почвы. При безотвальной обработке он снижался до 2.9–4.1. Рентабельность производства составила при отвальной обработке с внесением удобрений 11, при безотвальной обработке – 2, при комбинированной – 19%.