Агрохимия, 2019, № 9, стр. 47-52

ВВЕДЕНИЕ

В Среднем Поволжье ведущим звеном производства зерна являются озимые культуры, для повышения конкурентоспособности и востребованности требуется улучшение его качества [1]. Азотное питание растений, которое обеспечивается за счет использования минерального удобрения, является определяющим в формировании продуктивности сельскохозяйственных культур, а также повышении качественных показателей урожая зерна [2].

Коэффициенты использования азота минеральных удобрений позволяют раскрыть явления, связанные с процессами питания растений, которые показывают уровень накопления элементов питания возделываемой культурой и их содержание в почве. Степень обеспеченности растений азотом влияет на качественные показатели зерна, в связи с чем определение корреляционных связей между показателями использования азота минеральных удобрений, урожайности и параметрами углеводно-амилазного комплекса зерна является актуальным [3].

Цель работы – изучение влияния ранневесенней подкормки различными видами азотных удобрений на коэффициенты использования азота, урожайность, параметры углеводно-амилазного комплекса зерна, а также проведение корреляционного анализа зависимостей между изученными показателями озимой пшеницы.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили в центральной зоне Самарской обл. в 2010–2013 гг. Рельеф местности выровненный, почва опытного поля – чернозем типичный среднегумусный среднемощный тяжелосуглинистый. Площадь делянок – 270 м² (9 × 30 м), повторность трехкратная, размещение делянок систематическое, одноярусное. Предшественник – чистый пар. Для посева использовали элитные семена озимой пшеницы сорта Поволжская 86. Посев провели в 2010 г. 12 сентября, в 2011 г. – 1 сентября, в 2012 г. – 23 сентября рядовым способом сеялкой “ДМС 601” на глубину 6–8 см с нормой высева 5.0 млн всхожих семян/га. В первой декаде апреля проводили подкормку азотными удобрениями – аммиачной селитрой, сульфатом аммония и мочевиной. Дозы удобрений вносили из расчета N40. Агрохимические показатели почвы поля до начала исследования были следующими: нитратный азот – 4.47 мг/кг, легкогидролизуемый азот – 42.4 мг/кг, органическое вещество – 4.6%, Р₂О₅ – 96.8, K₂O – 86.6 мг/кг, рН 7.82. Схема опыта представлена в табл. 1.

Погодные условия лета 2010 г. создали сильное иссушение почвы ко времени посева озимой пшеницы. Осадки, выпавшие в 3-й декаде августа (28 мм) создали увлажнение верхнего слоя почвы и обеспечили прорастание семян и появление всходов. Устойчивый снежный покров зимы 2010/2011 г. сформировался в обычные сроки. Промерзание почвы было слабым, февральские морозы не привели к промерзанию глубже 47 см. Это свидетельствовало о том, что условия перезимовки были достаточно благоприятными.

Общее количество осадков за 2011 г. с температурами >10°С составило 328 мм, что в 2 раза больше среднемноголетней нормы. Гидротермический коэффициент оказался равным 1.2, что характеризовало условия 2010–2011 сельскохозяйственного года как влажные.

Температурные условия осени 2011 г. (августа и сентября) сложились благоприятно для посева озимых культур. Среднесуточные температуры в 3-й декаде августа составили 15.5°С, что было близко к оптимальной. В сентябре температура постепенно снижалась, и к концу месяца достигла 8.0°С. Первый осенний заморозок на поверхности почвы (–1.0°С) отмечен сравнительно поздно – 01 октября – и не был опасен для растений. В ноябре и декабре 2011 г. среднемесячные температуры воздуха изменялись от –1.7 до ‒11.6°С. Формирование устойчивого снежного покрова пришлось на 09 ноября 2011 г., и в период “опасных” температур его высота на метеоплощадке достигала 32–47 см, что свидетельствовало о хорошей изоляции зимовавших под снегом культур от морозов. Сумма активных температур (>10°С) составила 3475°С, что в целом характеризует условия 2012 г. как вполне благоприятные. За 2012 г. выпало 462 мм осадков что на 12.7% больше среднемноголетней нормы. Существенно больше нормы осадков выпало в марте – 74.8 мм при среднемноголетней норме 24.0 мм. Также повышенное количество осадков отмечено в июне. Гидротермический коэффициент составил 0.66.

В сочетании с достаточным количеством осадков в августе 2012 г., а также в сентябре и октябре условия прорастания семян озимой пшеницы, начального роста и кущения характеризовались как хорошие. Опасных погодных явлений поздней осенью 2012 г. и в начале зимы 2012/2013 г. не отмечено. Морозов <–20°С не было, губительных заморозков поздней весной и ранней осенью не отмечали, ветра силой >15 м/с не было. Глубина промерзания почвы к концу 2012 г. достигла 83 см. Сумма активных температур (>10°С) за 2013 г. составила 2986°С, что выше среднемноголетней нормы на 436°С. В целом за 2013 г. выпало 549 мм, что на 139 мм превышало среднегодовое количество осадков. В то же время в мае и особенно в феврале, июне и ноябре осадков выпало значительно меньше среднегодовой нормы. Гидротермический коэффициент составил 0.98 [4, 5].

Содержание в почве подвижного фосфора и калия в одной вытяжке определяли по методу Чирикова в модификации ЦИНАО, легкогидролизуемого азота – по методу Тюрина–Кононовой, обменного аммония – по методу ЦИНАО ГОСТ 26489–85, органического вещества – по методу Тюрина, определение ${\text{p}}{{{\text{H}}}_{{{{{\text{H}}}_{2}}{\text{O}}}}}$ – потенциометрическим методом. Урожайность определяли путем уборки учетной площади делянки (50 м²) селекционным комбайном “TERRION” в фазе полной спелости зерна. Учет урожая проводили по методике Госкомиссии по сортоиспытанию. Биохимические исследования проводили по методикам [8], содержание крахмала в зерне пшеницы определяли согласно методике Ястребовича–Калининой, активности амилаз – по Плешкову. Аттрагирующую способность колоса определяли по отношению массы колоса в фазе созревания (полной спелости) к его массе в фазе цветения. Коэффициент реализации колоса (КРК) определяли как увеличение массы колоса за период от фазы цветения до фазы созревания [8]. Все определения проведены в трехкратной повторности. Статистическую обработку урожайных данных провели дисперсионным методом с использованием программы STATISTICA.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Одним из значимых элементов минерального питания, влияющим на рост и развитие растений пшеницы, является азот. Азот доступен растениям главным образом в форме минеральных соединений – аммонийной и нитратной. Содержание нитратного азота в почве определяли непосредственно перед посевом, его величина была равна 11.1 мг/кг. Динамика содержания минеральных форм азота в слое 0–30 см почвы в фазах колошения и перед уборкой при применении различных азотных подкормок в среднем за годы исследования представлена в табл. 2.

Наибольшее содержание нитратного азота в фазе колошения отмечено в варианте с применением аммиачной селитры, оно снижалось к моменту уборки на 30%. Содержание аммиачного азота в вариантах с применением аммиачной селитры и сульфата аммония было максимальным в фазе колошения, оно к моменту уборки снижалось на 5–20%, соответственно. Более интенсивное уменьшение содержания аммиачного и нитратного азота отмечено в контрольном варианте – на 28%.

Стекловидность определяет структуру зерновки, в основном – крахмала, соотношение различных его типов – простого и сложного, крупного и мелкого, а также белка и липидов. Любые нарушения этого соотношения приводят к щуплости зерновки, а нарушения синтеза крахмала В-типа – к невыполненности. Поэтому выявление критических периодов в развитии эндосперма, связанных, в частности, с синтезом запасных веществ (например, крахмала), даст возможность устранить нарушения, вызывающие аномальное развитие зерновок, проведением соответствующих приемов агротехнологии.

Изменение урожайности озимой пшеницы, а также некоторых показателей качества зерна при применении ранневесенней подкормки различными азотными удобрениями представлено в табл. 3. Согласно полученным данным, на массу 1000 зерен наиболее эффективно повлияло применение подкормки мочевиной – 39.4 г. Масса зерна связана с уровнем аттракции продуктов фотосинтеза к зонам и центрам ростовых процессов. Аттрагирующая способность колоса или коэффициент реализации колоса (КРК) при применении аммиачной селитры (2.04), мочевины (1.88) и сульфата аммония (2.02) была больше контроля на 16–27%. Урожайность озимой пшеницы при подкормке аммиачной селитрой увеличивалась на 23% в сравнении с контролем, сульфатом аммония и мочевиной – на 17 и 19%, соответственно. Стекловидность в варианте применения сульфата аммония была на 1.6% больше, чем в контроле.

Результаты показали, что урожайность и содержание азота в зерне изменялись в зависимости от подкормки азотными удобрениями, что повлияло на величину общего выноса азота зерном (табл. 4).

Коэффициент использования питательных веществ растением из почвы (КИП) зависит от плодородия почвы, биологических особенностей культуры и сорта, водного и теплового режимов в течение вегетации, приемов агротехники [8]. Коэффициент использования растениями азота удобрений (КИУ) определяли, как разницу между выносом азота урожаем при внесении азота и без его внесения, выраженную в % от внесенного с удобрениями количества азота. Наибольшее усвоение азотистых веществ из почвы отмечено в варианте применения аммиачной селитры (64%), в вариантах применения сульфата аммония и мочевины коэффициенты были равны 45 и 51% соответственно.

При внесении азотных удобрений в одинаковом количестве в пересчете на действующее вещество наибольший вынос азота отмечен в варианте применения аммиачной селитры – 85.6 кг N/га, где также установлены и наивысшее содержание азота в зерне, и урожайность.

Показано, что аммиачная селитра наиболее эффективно действовала в посевах озимой пшеницы по сравнению с другими азотными удобрениями, о чем свидетельствовали величины коэффициента потребления азота из удобрения, а также высокие показатели выноса азота как общего, так и зерном.

Примененная система удобрения влияла не только на величину урожайности, но и на качество зерна. Накопление крахмала содействует улучшению качества зерна и увеличению урожайности пшеницы. Полученное зерно с определенными повышенными показателями качества может быть в дальнейшем использовано как посевной материал для повышения урожайности. Содержание крахмала в зерне озимой пшеницы сорта Поволжская 86 на фоне применения азотных удобрений за годы исследования представлено в табл. 5.

Показано, что содержание крахмала в вариантах с применением азотных подкормок было равно 53–55%, что больше на 2–3%, чем в контроле. Максимальные показатели отмечены в варианте с применением аммиачной селитры. Содержание крахмала в зерне связано с таким показателем как стекловидность зерна.

Амилолитические ферменты (амилазы) выполняют важную роль, т.к. процесс брожения и накопления сахара в тесте зависит от скорости образования мальтозы, что в свою очередь связано с активностью амилаз. α-Амилаза превращает крахмал в декстрины, образуя небольшое количество мальтозы. β-Амилаза воздействует на крахмал или на декстрины, образуя значительное количество мальтозы. Совместное действие α- и β-амилаз приводит практически к полной гидролизации крахмала, т.к. декстрины осахариваются достаточно легко [9, 10]. Активность амилолитических ферментов в зерне озимой пшеницы сорта Поволжская 86 представлена в табл. 6.

Установлена обратная зависимость между активностью амилаз и количеством крахмала. Максимальная суммарная активность амилолитических ферментов отмечена в варианте с применением мочевины (178 мг гидролизованного крахмала/г муки). Корреляционные связи между урожайностью и показателями качества зерна озимой пшеницы, а также уравнения регрессии, описывающие эти связи, представлены в табл. 7.

Линейный коэффициент корреляции характеризует степень тесноты не всякой, а только линейной зависимости. В общем случае, когда величины х и у связаны произвольной вероятностной зависимостью, линейный коэффициент корреляции принимает величину в пределах –1 < r_xy< 1, тогда качественная оценка тесноты связи величин x и у может быть выявлена на основе шкалы Чеддока. Теснота прямой связи имеет градации слабая (0.1–0.3), умеренная (0.3–0.5), заметная (0.5–0.7), высокая (0.7–0.9), весьма высокая (0.9–0.99). Обратная связь характеризуется такими же коэффициентами, как и при прямой зависимости, но с отрицательными величинами [6, 7]. Согласно полученным результатам, весьма высокой была зависимость между показателями урожайности и содержанием крахмала (r = 0.96). Между показателями урожайности и массы 1000 зерен отмечена заметная прямая зависимость (r = = 0.52). Зависимость между показателями урожайности и активностью амилаз (α-, β-, α + β-амилазы), содержанием крахмала и массой 1000 зерен, а также содержанием крахмала и стекловидностью была умеренной и практически одинаковой (на уровне r = 0.37–0.41).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, установлено положительное влияние ранневесенней подкормки посевов озимой пшеницы различными видами азотных удобрений. Показано, что урожайность озимой пшеницы при применении в ранневесеннюю подкормку аммиачной селитры была наивысшей в отличие от остальных вариантов применения различных азотных удобрений. Стекловидность зерна была максимальной в вариантах применения аммиачной селитры и сульфата аммония – до 74%. В варианте применения мочевины отмечена наибольшая масса 1000 зерен.

Высокие показатели аттрагирующей способности колоса отмечены в варианте применения аммиачной селитры (2.04), в отличие от других вариантов опыта. Самое высокое содержание крахмала в зерне отмечено в варианте с внесением аммиачной селитры (57.1%). Коэффициент корреляции был наибольшим между показателями урожайности и количеством крахмала (r = = 0.96), что свидетельствовало о прямой весьма высокой связи между этими показателями.

Наилучшее усвоение азотистых веществ из почвы отмечено в варианте с применением аммиачной селитры (64%), что в большей степени повлияло на урожайность и качественные показатели зерна.

Таким образом, в период возделывания озимой пшеницы сорта Поволжская 86 применение различных видов азотных удобрений в виде подкормки весной показало, что аммиачная селитра в большей степени влияла на такие показатели как усвоение азотистых веществ из почвы, показатели аттрагирующей способности колоса, стекловидность зерна, его урожайность и содержание крахмала. Корреляционный анализ позволил выявить прямые зависимости между изученными показателями, причем весьма высокую зависимость между урожайностью и крахмалом, заметную между урожайностью и массой 1000 зерен, амилолитической активностью, содержанием крахмала, стекловидностью зерна. Содержание крахмала и амилолитическая активность имели слабую прямую связь.