Агрохимия, 2019, № 9, стр. 26-36

ВВЕДЕНИЕ

Курганская обл. по почвенно-климатическим условиям делится на зоны. Лучшие условия увлажнения растений создаются в северо-западной зоне области. В этой зоне на опытном поле в с. Мальцево сохранены самые длительные (с 1968 г.) стационары, в которых ведут исследования систем обработки почвы (опыт 1) и применения удобрений (опыт 2). Эксперименты были заложены на Шадринской сельскохозяйственной опытной станции, которой 35 лет (1950–1985) руководил Т.С. Мальцев. С 2010 г. станция присоединена к Курганскому НИИСХ в качестве лаборатории им. Т.С. Мальцева. Исполнителями опытов большую часть лет были Б.Н. Собянин, П.З. Собянина, В.Б. Собянин, О.Б. Собянина, с 2011 г. – Н.В. Ионина. Руководителем опыта 2 с 2011 г. является А.Н. Копылов.

Материалы исследований, проведенных в рамках этих опытов, неоднократно печатались [1–4]. В настоящей статье, посвященной сравнению разных систем удобрения в зернопаропропашном севообороте (опыт 2), результаты наблюдений и учетов не повторяют имеющиеся публикации.

Подбор системы удобрения в севооборотах с паром основывается на принципе учета естественных почвенных ресурсов питания растений. Важно сделать более эффективным использование природного ресурса, которым является естественное накопление азота в паровом поле. Этого количества иногда хватает на урожай 1-й и 2-й пшеницы после пара. Более полным использование этого ресурса оказывается при применении фосфорного удобрения, если почва бедна подвижным фосфором [5]. При закладке опытов было обнаружено низкое и среднее количество подвижного фосфора в почве. В истории ведения опыта дозы фосфора для 1-й пшеницы после пара были равны Р30 в 1968–1978 гг. и Р60 в 1979–2002 гг. Доза Р60 не отвечала ресурсосбережению при средней оплате удобрений урожаем 3.5 кг/кг. Об этом свидетельствовало постепенное снижение эффектов от внесения новых порций фосфора. Например, средние прибавки урожайности 1-й пшеницы после пара в варианте РК в 3–7-й ротациях при внесении Р60 составили: 5.0, 3.4, 3.8, 1.6 и –0.5 ц/га. Поэтому в 2003–2010 гг. стали использовать последействие суперфосфата, а с 2011 г. начали вносить дозу Р20 локально до посева.

По мере применения суперфосфата почва обогатилась подвижным фосфором. Несмотря на достаточно большую ширину делянки (6.5 м) за счет работ по обработке почвы, осуществляемой поперек делянок, произошел перенос почвы удобренных делянок на контрольные. Недостаток подобного проведения обработки почвы отмечен и другими исследователями [6]. Как уже упоминалось, на 8 лет прекратили вносить суперфосфат. Основываясь на принципах адаптивно-ландшафтного подхода к решениям о выборе системы удобрения, необходимо было узнать, как удобрять культуры при более высоком содержании подвижного фосфора в почве. Для этого с 2011 г. схему опыта обновили. Особенное внимание было уделено изменению способа внесения удобрений, поскольку он существенно меняет эффект применения удобрения [7]. Равномерный разбросной способ внесения удобрений заменен локальным врезанием гранул сеялкой СЗ-3,6 перед посевом. При испытании 3-х доз азота и выборе оптимальной из них опирались на диагностику условий азотного питания [8, 9] и экономическую оценку их эффективности [10].

Цель работы – поиск оптимальных доз минеральных удобрений в зернопаропропашном и зернопаровом севооборотах в северо-западной зоне Курганской обл. и их экономическая оценка.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В 50-летнем опыте лаборатории им. Т.С. Мальцева Курганского НИИСХ оценены системы удобрения в севообороте пар–пшеница–пшеница–кукуруза (в 2001–2012 гг. – овес)–пшеница. Пятипольный севооборот был заложен в 3-х полях за 3 года (1968, 1969 и 1971 гг.). Почва – выщелоченный чернозем среднемощный среднегумусный тяжелосуглинистый. Агрохимическая характеристика почвы дана в табл. 1.

Дозы удобрений в схеме опыта во времени изменялись. Сначала применяли Р30К20 в первом посеве и N30Р30К20 – в остальных, позднее дозы были увеличены соответственно до Р60К30 и N60Р40К30. Повышение сделано в расчете на то, что появились сорта интенсивного типа. Калий перестали вносить с 2001 г., фосфор – в период 2003–2010 гг. Поэтому в таблицах с многолетними данными показано средневзвешенное количество примененных удобрений, в конкретных примерах наблюдений за почвой и растениями – фактически внесенные дозы. Общая площадь делянки 221 м² (6.5 × 34 м), учетная 68.3 м² (2.28 × 30 м), повторность трехкратная. Осенью проводили безотвальную обработку почвы, замененную с 2011 г. поверхностной. В конце 10-й ротации был осуществлен переход на 4-польный севооборот: пар и 3 пшеницы. Применяли удобрения: N_аа, Р_сд (позднее – АФ) и K_х. В навозе содержалось: азота – 0.67, Р₂О₅ – 0.47 и K₂О – 0.60%. Полуперепревший навоз вносили по 1999 г. в опыте 2/69, по 2003 г. – в опыте 2/68 и по 2006 г. – в опыте 2/71. В течение 1968–2010 гг. в опытах практиковали равномерное разбросное внесение удобрений, требующее их своевременной заделки, что не всегда организационно удавалось. С 2011 г. ввели локальный способ врезания гранул до посева дисковой сеялкой. Посев культур севооборота вели после предпосевной обработки почвы, зерновых – сеялками СЗ-3,6, СЗП-3,6 или посевным комплексом “Кузбасс”, кукурузы – СКТН-6. Высевали сорта пшеницы Курганская 1, Вера, Новосибирская 89, Исеть 45, гибриды кукурузы Молдавский, Краснодарский 432, Краснодарский 47, сорта овса Золотой дождь, Скакун, Сельма. Учет урожая зерновых вели комбайном СК-4, позднее – Сампо-500 с отбором образца для определения влажности и чистоты зерна. Урожай зеленой массы кукурузы определяли скашиванием растений вручную с площадки 21 м² (1.4 × 15) и взвешиванием зеленой массы.

В опытах наблюдали за содержанием нитратного азота в слое 0–50 см почвы и подвижного фосфора в слое 0–20 см, за накоплением пшеницей сухого вещества в фазы роста. Определяли вынос N, Р₂О₅ и K₂О зерном и соломой пшеницы. Анализировали содержание клейковины в зерне. Сделана экономическая оценка влияния удобрений на урожайность и качество зерна пшеницы.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Влияние удобрений на количество подвижных питательных веществ в почве. Выщелоченный чернозем на опытах в с. Мальцево в сравнении с черноземом на Центральном опытном поле Курганского НИИСХ отличался меньшим накоплением нитратного азота, даже в паровом поле, что объясняется недостатком тепла в северо-западной зоне. В табл. 2 приведены результаты за разные годы опыта в 3-х полях севооборота. Наименьшим содержанием нитратного азота отличалось поле перед посевом кукурузы (овса) и после него, наибольшим – после пара. Внесение азотного удобрения способствовало повышению количества нитратного азота в полуметровом слое почвы. Из доз азота на накопление нитратов в почве сильнее воздействовала 3-я доза – N60 после пара и N120 в остальных полях. Действие N_aa на азотный режим почвы и накопление азота растениями было значительно сильнее, чем навоза, при дозе которого 40 т/га на каждый посев приходилось по 8 т/га.

Для слоя 0–40 см почвы установлена шкала обеспеченности нитратным азотом. Если в почве ко времени посева накопилось <25 кг N-NO₃/га, то потребность в азотном удобрении очень высокая, 25–50 – высокая, 50–75 – средняя и >75 – низкая [8, 9]. Средние данные, представленные в табл. 2, дали возможность разделять участки по величине содержания нитратного азота, а его количество за отдельные годы было не всегда надежным показателем. Большинство показателей свидетельствовало, что после пара вносить азот не надо, что и подтвердилось в варианте его применения.

Наличие нитратного азота весной не всегда соответствовало полученной урожайности пшеницы в силу разной интенсивности текущей нитрификации. Например, содержание нитратного азота в слое 0–50 см почвы перед посевом кукурузы 10 мая 1976 г. во всех вариантах было равно 28–33 кг/га. Через 50 сут, 30 июня, когда частично азот был уже потреблен кукурузой, этот показатель в вариантах контроль, навоз, NК, NРК повысился до 33, 40, 72, 76 кг/га соответственно. Подвижного калия в почве опытного поля было достаточно. При внесении K_х его содержание (по Бровкиной) увеличивалось с 12–13 до 17–19 мг/100 г. Содержание подвижного фосфора (по Чирикову) под влиянием удобрений заметнее всего возрастало в вариантах применения фосфорного удобрения (табл. 3).

Накопление сухого вещества пшеницей в фазы роста. Средние данные за годы опыта о накоплении сухого вещества пшеницей за период вегетации не показывают особенности влияния погодных условий на этот процесс. Нарастание массы растений отличалось в связи с местом пшеницы в севообороте, условиями вегетации и системой удобрения. Например, сравним ход накопления сухого вещества пшеницей после пара во влажном 1994 г., когда за май–август выпало 305 мм осадков. Температура воздуха за эти месяцы составила 12.7, 19.6, 16.8 и 16.3°С, что свидетельствовало о недостатке тепла. За счет хороших условий увлажнения количество сухого вещества к фазе колошения в вариантах достигло 27–43 ц/га (табл. 4).

В следующем 1995 г. при посеве 2-й пшеницы после пара осадков выпало меньше – 134 мм. При благоприятном их распределении в первые фазы роста в мае–июне (19.7 и 53.2 мм) темпы накопления сухого вещества в первой половине вегетации были даже больше, чем в предыдущем посеве, но в июле дождей выпало мало (22.4 мм), поэтому к колошению была набрана меньшая биомасса растений, чем в посеве 1-й пшеницы. В варианте РК она была почти на уровне контроля, т.к. 2-й культуре после пара требуется улучшение азотного питания. Урожайность пшеницы в этом поле мало уступала 1-й культуре после пара. Причиной были излишние осадки предыдущего года, вызвавшие полегание и снижение урожайности 1-й пшеницы после пара против ее обычного уровня.

Насколько благоприятные погодные условия способствуют активному нарастанию биомассы растений и более полному использованию удобрений, можно видеть по данным в опыте 2/71. Сумма осадков за май–август в 1982 г. составила 243 мм при температурах воздуха в мае, июне и июле 11.8, 16.6 и 18.3^○С. При близкой сумме осадков за май–август (298 мм), но холодном мае (8.1^○С), что отрицательно повлияло на азотный режим почвы и растений, и более жарком лете (t_06–07 = 17.2 и 20.2^○С) следующего года 2-я культура после пара накопила меньшую биомассу сухого вещества (табл. 5).

Действительно, обращаясь к данным об условиях азотного питания 1-й и 2-й пшеницы, отметили различия в пользу 1-й культуры после пара. Теплый и влажный год парования (1981 г.) и теплый май 1982 г. стимулировали накопление нитратного азота в полуметровом слое до 74 кг/га в контроле и 185 кг/га в варианте применения азотного удобрения после пара и самой высокой дозы азота в остальных полях. Иными были условия питания в следующем году в посеве 2-й культуры после пара. После высокого урожая 1-й пшеницы при холодном мае 1983 г. количество нитратного азота в слое 0–50 см почвы в этих 2-х вариантах составило 15 кг/га.

Вынос элементов питания зерном пшеницы. Знание о величине выноса питательных веществ пшеницей в определенной мере способствует обоснованному выбору оптимальных доз удобрений. В 1994 г. в связи с переувлажнением периода вегетации зерно пшеницы после пара содержало всего 1.62% азота в контроле и 1.71% в варианте РК. На фоне последействия азота количество азота повысилось до 2.01 и до 1.97% в варианте, где под 1-ю пшеницу после пара вносили полное минеральное удобрение. В 1995 г. при недостатке влаги в июле зерно было богаче азотом: 1.77% в контроле и 1.86–2.47% в вариантах применения азотных удобрений. Вынос зерном азота, фосфора и калия составил 26–43, 15–19 и 9–11 кг/га в посеве 1-й пшеницы после пара, 2-й пшеницы – соответственно 28–65, 11–16 и 5–9 кг/га (табл. 6).

Вынос элементов питания соломой 1-й пшеницы после пара при содержании в ней 0.31–0.49% азота равнялся 8–18 кг/га, Р₂О₅, содержавшегося в пределах 0.18–0.24%, – 4.8–8.9 кг/га и K₂О, количество которого в соломе было равно 0.88–1.01%, – 24–37 кг/га. В соломе 2-й пшеницы содержалось 0.2–0.4% азота, 0.06–0.10% Р₂О₅ и 1.09–1.25% K₂О. Вынос элементов в вариантах менялся: азота – 4–15, фосфора – 1–4 и калия – 19–48 кг/га.

Авторами одного из обобщений обсуждаемых материалов [11] для 7-ми ротаций был подсчитан средний вынос элементов питания 4-мя культурами севооборота. В контроле для азота он в сумме составил 172 кг/га при распределении по 4-м культурам: 66, 39, 33 и 34; 240, в варианте N54PK – 73, 57, 57 и 53 и 308, при внесении N70PK – 84, 70, 79 и 75 кг/га. Вынос азота на фоне повышенной дозы N70 существенно возрастал.

Вынос фосфора равнялся соответственно 65 (22, 15, 15, 13), 88 (26, 22, 22, 18) и 97 (28, 26, 24 и 19) кг/га. Суммарно за 7 ротаций вынос фосфора в контроле составил 450, на фоне РК – 494 и NРК – 620 в кг/га при дозах внесения фосфора в этих 3-х вариантах, равных 0, 1085 и 1085 кг/га. Баланс отрицательным был только в контроле. Баланс фосфора равнялся –450, +591 и +465 кг/га. Важно, чтобы приведенные в этом случае изменения выноса элементов питания соответствовали адекватному увеличению урожайности.

Урожайность пшеницы. Были обобщены данные урожайности пшеницы и других культур севооборота за 1968–2017 гг. в 3-х закладках опыта. Для каждого из 4-х посевов они включали по 29–30 дат за 10 ротаций севооборота. При средней урожайности 1-й пшеницы после пара за 10 ротаций 22.4 ц/га за счет изменчивости погодных условий отмечено сильное варьирование урожайности по годам. Например, в контроле (без удобрения) урожайность 1-й пшеницы изменялась от 8.8 до 34.1 ц/га. В этом поле севооборота более высокое влияние на формирование урожайности пшеницы оказывали навоз и фосфорно-калийные удобрения, добавление азота к РК дополнительно повышало прибавку на 0.8 ц/га (табл. 7).

У 2-й культуры после пара проявилась высокая потребность в азоте. Поэтому при применении минеральных удобрений с включением азота прибавка урожайности пшеницы была высокой. Дальнейшее увеличение прибавки при применении 2-х следующих доз после N54 было несоразмерно ее повышению в 1.3–1.7 раза. Урожайность 2-й пшеницы после пара также варьировала соответственно обеспеченности растений влагой. В 8-й ротации (2004–2010 гг.) повторилось несколько засушливых и сухих лет, в результате сбор зерна снизился до 5–11 ц/га.

Пшеница после кукурузы или овса еще сильнее отзывалась на удобрение, включавшее азот. Наибольшие прибавки урожайности зерна получены в 3-й (12–19 ц/га) и в 10-й (10–13 ц/га) ротациях. Зависимость прироста урожайности пшеницы после кукурузы от погодных условий в течение вегетации выражалась в варьировании прибавок от отрицательных величин в сухие годы до 10–19 ц/га в лучших по увлажнению условиях. В среднем азотно-калийное удобрение дало прирост урожайности 6.7 ц/га, полное минеральное (N54РК) – 7.7 ц/га. При использовании более высоких доз азота прибавка последовательно увеличивалась всего на 1 ц/га.

Кукуруза высоко отзывалась на азотное удобрение со средним приростом сбора зеленой массы в вариантах 65–136 ц/га. Увеличение дозы азота в полном минеральном удобрении оказалось оправданным, т.к. предельные прибавки при повышении дозы были больше наименьшей существенной разницы в опыте. У овса хорошо развивается корневая система, эта культура способна довольно полно использовать естественные запасы питания. Поэтому после прибавки его урожайности 8.5 ц/га в варианте N54К17 далее они оставались на близком уровне (табл. 8).

Надо отметить, что высокие прибавки урожайности пшеницы в 2013–2017 гг. более стабильными стали не только в связи с благоприятными погодными условиями, но и с улучшением способа применения удобрений. Роль способа их внесения выявлена по результатам, взятым отдельно за период с 2013 г., когда удобрения стали врезать и перешли на 4-польный севооборот пар + 3 пшеницы. Из 7-ми лет взято 5 лет, не учитывая 2-х лет вхождения в новый севооборот и измененную схему опыта (табл. 9).

Окупаемость удобрения Р20 в посеве пшеницы после пара была равна 18 кг/кг. В посевах, удаленных от пара, 1 кг азота оплачивался 14–17 кг зерна. Оплата 1 кг д.в. дозы удобрения N60Р20 составила 14–15 кг зерна, N30Р20 (ранее – N70РК) – 17–23 и N30Р20 на фоне самой высокой ранее внесенной дозы – 23–26 кг/кг.

Качество зерна пшеницы. За счет пара выращивают не только высокие урожаи, но более стабильно достигается 3-й класс качества зерна пшеницы. Анализ содержания клейковинных белков в зерне пшеницы в разных полях севооборота показал, что более высоким оно было в 1-м поле после пара. В других полях удобрения, содержащие азот, существенно повышали повторяемость принадлежности зерна 3-му классу качества по годам опыта. Особенно ощутимо азот повышал частоту проявления 3-го класса в посеве пшеницы после кукурузы (табл. 10).

Экономическая эффективность. Уровень качества пшеницы определяет цену зерна. В Курганской обл. в начале уборочных работ в 2018 г. сложились следующие цены на пшеницу (руб./ц): 3‑й класс – 793, 4-й – 708 и 5-й – 629. Учитывая цены 2018 г. и разную повторяемость 3-го класса качества в опыте (2 раза содержание клейковины в 3-м поле снижалось до 5-го класса и 4 раза в 5-м поле), можно рассчитать средневзвешенные цены зерна в вариантах. Стоимость зерна 1-й пшеницы после пара равнялась 781 руб./ц в контроле и 784–790 руб./ц в удобренных вариантах. В посеве 2-й пшеницы после пара цены были меньше – 770 и 776 руб./ц. В связи с меньшей частотой получения зерна 3-го класса пшеницы после кукурузы еще меньше оказались и средневзвешенные цены на зерно, особенно в контроле – 747 руб./ц, повышаясь при применении азотного удобрения до 767–776 руб./ц (табл. 11).

Затраты на всю технологию возделывания культур севооборота были подсчитаны следующим образом. На безотвальную обработку почвы в течение 43 лет и на поверхностную в 7-летний период расходы составили 884 и 588 руб./га, с весенним боронованием – 1077 и 601 руб./га соответственно. Средневзвешенные затраты на эти 2 приема в севообороте – 1010 руб./га. Подготовка пара, состоявшая из 5-ти летних культиваций, стоящих 2940 руб./га, отнесена на 1-ю культуру после пара. Поэтому в 1-м поле сумма затрат на обработку почвы была равна 3950 руб./га и в следующих 3-х посевах – по 1010 руб./га. На семена и посев, уход за посевами тратили 4663 руб./га. Затраты на удобрение 1–4-й культур после пара, как и на уборку, изменялись в зависимости от полей севооборота и вариантам опыта (табл. 12).

Для 3-х посевов пшеницы сопоставлены стоимость урожая и затраты. Рентабельность технологии с применением фосфорно-калийного удобрения под 1-ю культуру после пара была на уровне 32%, она снижалась до 18%, если под пшеницу после пара вносили и азотное удобрение. В следующих полях азотно-калийное удобрение существенно увеличивало прибыль до 3001 руб./га с рентабельностью 28%. С добавлением фосфора прибыль была меньше –1911 руб./га при рентабельности 15%. Сравнение действия 3-х доз азота в полном минеральном удобрении показало незначительный рост прибыли после варианта с дозой азота N54 (табл. 13).

ВЫВОДЫ

1. Наблюдения за накоплением пшеницей сухого вещества показали ход формирования ее урожая. Для более полного использования примененных удобрений требуется достаточное увлажнение как в 1-й, так и во 2-й половине вегетации. Недостаток осадков в июле нивелировал положительное влияние удобрений на биомассу сухого вещества пшеницы, проявленное в начале вегетации, и снижал сбор зерна.

2. Вынос питательных веществ зерном и соломой пшеницы свидетельствовал об определенной потребности растений в элементах питания, что помогало подбирать оптимальные дозы удобрений. Средний для культур севооборота вынос фосфора в пределах 13–28 кг/га не соответствовал применению завышенной дозы Р60 в один из периодов опыта.

3. В северо-западной зоне Курганской обл. на тяжелосуглинистом выщелоченном черноземе в зернопаропропашном севообороте применение фосфорно-калийного удобрения при первоначальном содержании в почве подвижного Р₂О₅ 50–60 мг/кг способствовало его увеличению до 67–85 мг/кг и оказывало положительное действие только на урожайность пшеницы после пара (2-е поле севооборота). Установлена оптимальная доза фосфора Р20, окупаемость которой в благоприятные годы достигала 18 кг/кг. В целом за 50 лет опыта при изменении по годам доз фосфора Р30–60–0–20 и калия K20–30–0 средневзвешенная доза составила Р37K17, при применении которой рентабельность технологии возделывания 1-й пшеницы после пара за весь период опыта равнялась 32%.

4. В 3-м и 5-м полях севооборота было эффективным применение под пшеницу азотно-калийного удобрения N54K17 и далее одного азота в дозе N54, которое оценено рентабельностью технологии 28%. Прибавки урожайности в 3-м и 5-м полях в этом варианте были на уровне 6 и 7 ц/га. С добавлением фосфора к азоту полное минеральное удобрение обеспечивало рост прибавки урожайности на 1–2 ц/га. Применение полного минерального удобрения N54РК было более оправдано в посеве 2-й пшеницы после пара.

5. Увеличенные в 1.3–1.7 раза дозы азота по отношению к дозе N54 положительно влияли на урожайность кукурузы. На зерновых культурах они были экономически менее эффективными, т.к. дополнительно давали 1–2 ц/га зерна. Повышенные дозы представляют интерес, если требуется улучшение качества зерна, т.к. они существенно повышали частоту получения зерна пшеницы 3-го класса.

6. Качество зерна пшеницы отличалось в зависимости от полей севооборота с большим преимуществом 1-й культуры после пара. Повторяемость качественных показателей зерна пшеницы в соответствии требованиям к 3-му классу качества варьировала в зависимости от полей севооборота и вариантов. Уровень качества зерна формирует цену пшеницы. У 1-й пшеницы после пара стоимость зерна равнялась 781 руб./ц в контроле и 784–790 руб./ц в удобренных вариантах. В посеве 2-й пшеницы после пара цены были меньше – 770 и 776 руб./ц. В связи с меньшей частотой проявления 3-го класса качества зерна пшеницы после кукурузы еще меньшими оказались и средневзвешенные цены зерна, особенно в контроле – 747 руб./ц и повышались при применении азотного удобрения до 767–776 руб./ц.

7. Содержание нитратного азота в почве можно использовать для объяснения полученных результатов, но оно также рекомендуется и в целях диагностики условий азотного питания, что не всегда надежно. При благоприятных условиях увлажнения и температуре воздуха в начале вегетации происходила более интенсивная текущая нитрификация. Поэтому иногда при невысоком содержании нитратного азота в почве весной за счет текущей нитрификации формируется высокий урожай. Применение шкалы диагностики условий азотного питания оказывается успешным только при применении средних весенних показателей содержания нитратного азота в разных полях севооборота. Следовательно, при распределении удобрений в полях севооборота надо больше полагаться на установленные в опытах закономерности, чем на величину содержания нитратного азота в почве в отдельные годы севооборота.