Агрохимия, 2020, № 1, стр. 43-49

ВВЕДЕНИЕ

Питание сахарной свеклы обеспечивает внесение достаточного количества удобрений. Прямое действие применения удобрений на сахарной свекле в различных почвенно-климатических зонах РФ выражается в повышении урожайности корнеплодов на 21.9–60.4%, что подтверждено многочисленными исследованиями [1–4].

Одним из основных путей повышения продуктивности агроценозов является рациональное применение органических и минеральных удобрений [5]. В связи с ростом урожайности всех культур севооборота как при прямом действии, так и последействии удобрений с течением времени его продуктивность увеличивается [6–8], минеральная и органо-минеральная система способствует его повышению в 2 раза, органическая – в 1.7 раза [9].

В длинноротационном севообороте с 2-мя полями сахарной свеклы для этой культуры можно использовать разные предшественники и предпредшественники. Традиционным предшественником в ЦЧР является озимая пшеница, т.к. она рано освобождает поля, а ее предшественником может быть черный пар, одно- и многолетние травы, кукуруза на зеленый корм и другие рано убираемые культуры. В настоящее время при широком распространении короткоротационных севооборотов хозяйству необходимо выбрать последовательность культур в севообороте с сахарной свеклой для получения наибольшего количества продукции с меньшими затратами.

Мнения ученых об эффективности разных предпредшественников разделяются. Ряд исследователей указывает на бóльшую продуктивность клеверного звена [10, 11], ряд – парового [12, 13]. Также открытым остается вопрос об эффективности различных доз удобрений и их соотношений в разных звеньях севооборота [14, 15].

Таким образом, цель работы – изучение влияния длительного применения удобрений на урожайность сахарной свеклы в различных звеньях зерносвекловичного севооборота, а также его продуктивность с 1-й по 9-ю ротации в условиях лесостепи ЦЧР с целью рекомендации наиболее продуктивного чередования культур в длинно- и короткоротационных севооборотах лесостепи ЦЧР.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили в 1936–2017 гг. в стационарном опыте с внесением удобрений Всероссийского научно-исследовательского института сахарной свеклы и сахара им. А.Л. Мазлумова (ВНИИСС) (Рамонский р-н, Воронежская обл.). Стационарный опыт был заложен в 1936 г. и представляет собой 9-польный зерносвекловичный севооборот со следующим чередованием культур по полям: черный пар – озимая пшеница – сахарная свекла – ячмень – однолетние травы – озимая пшеница – сахарная свекла – однолетние травы – овес.

Климат района исследований умеренно-континентальный с неустойчивым увлажнением. Почва стационарного опыта – чернозем выщелоченный тяжелосуглинистый.

В качестве минеральных удобрений использовали АФК (16:16:16), которую вносили под сахарную свеклу перед основной обработкой почвы. Полуперепревший навоз крупного рогатого скота (коровий), с содержанием 72.5% сухого вещества, 0.48% N, 0.23% P₂O₅, 0.63% K₂O, полученный способом плотного хранения в течение 4 мес., вносили один раз за ротацию севооборота в черный пар.

Схема опыта состояла из 5-ти вариантов с различными дозами внесения минеральных удобрений и навоза: 1 – контроль без внесения удобрений, 2 – N45P45K45 + навоз 25 т/га, 3 – N90P90K90 + навоз 25 т/га, 4 – N135P135K135 + + навоз 25 т/га, 5 – N45P45K45 + навоз 50 т/га. Посевная площадь делянки 162 м², учетная – 10.8 м².

Возделывали районированные сорта и гибриды сельскохозяйственных культур: сахарная свекла и горох – селекции ВНИИСС им. А.Л. Мазлумова. В 9-й ротации возделывали сорт сахарной свеклы Рамонская 117, гибриды РМС-60, РМС-73, РМС-120, озимую пшеницу сортов Губернатор Дона, Скипетр, ячмень сорта Тюрингия, овес сортов Лев, Золотой дождь, горох сортов АМЗК-99, Топаз, РИФ-12, клевер сорта Трубетчинский местный. Однолетние травы – горохоовсяная смесь.

Повторность опыта трехкратная. Размещение вариантов систематическое. Определение урожайности сахарной свеклы производили методом пробных площадок, энергетическую эффективность – по методике ВАСХНИЛ, продуктивность 1 га пашни – расчетным методом.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Многолетними исследованиями в условиях стационарного опыта ВНИИСС им. А.Л. Мазлумова установлено, что уровень урожайности корнеплодов сахарной свеклы в опыте составил в 1-й ротации 23.9–26.8 (табл. 1), во 2-й – 30.6–36.9, в 3-й – 32.6–41.5, в 4-й – 26.1–35.9, в 5-й – 26.5–37.9, в 6-й – 26.8–36.3, в 7-й – 23.5–31.2, в 8-й – 29.5–41.3, в 9-й – 26.3–40.3 т/га. С увеличением длительности применения удобрений отмечали повышение урожайности корнеплодов сахарной свеклы относительно неудобренного варианта, в 1-й ротации оно составило 4.18–12.1, во 2-й – 8.50–20.6, в 3-й – 18.4–27.3, в 4-й – 23.4–37.5, в 5‑й – 30.9–43.0, в 6-й – 21.6–35.4, в 7-й – 18.3–32.8, в 8-й – 20.3–40.0%, в 9-й – 40.7–53.2%. Это свидетельствовало о том, что в первые 3 ротации (27 лет) прибавки урожайности были невысокими, в дальнейшем этот показатель в удобренных вариантах вышел на определенный уровень (27.8–37.9 т/га), в 8–9-й ротациях он был еще больше (35.5–41.3 т/га), возможно, вследствие потепления, наблюдаемого в последние 2 десятилетия.

Изменения урожайности корнеплодов и возделывания новых высокопродуктивных гибридов культуры сахарной свеклы (разница между максимальной и минимальной) в звене с черным паром в неудобренном варианте составили 11.1–38.7%, при внесении N45P45K45 + навоз 25 т/га – 6.92–48.5, N90P90K90 + навоз 25 т/га – 4.51–51.9, N135P135K135 + навоз 25 т/га – 16.4–54.8, N45P45K45 + навоз 50 т/га – 13.2–58.7%. Разница от средней урожайности в контроле составила 13.9–19.4%, в вариантах N45P45K45 + навоз 25 т/га – 14.1–21.7, N90P90K90 + навоз 25 т/га – 18.8–21.8, N135P135K135 + навоз 25 т/га – 15.3–25.5 и N45P45K45 + навоз 50 т/га – 14.3–27.8 соответственно.

С 1-й по 5-ю ротацию наиболее высокие прибавки урожайности были получены в вариантах N90P90K90 + навоз 25 т/га и N135P135K135 + навоз 25 т/га, с 6-й по 9-ю ротацию – в вариантах N135P135K135 + навоз 25 т/га и N45P45K45 + навоз 50 т/га, что свидетельствовало о том, что не только высокие дозы минеральных удобрений способствовали повышению урожайности, но и внесение дозы навоза 50 т/га обеспечивало дополнительное поступление элементов питания, улучшение почвенных условий и, следовательно, создавало благоприятные условия для создания высоких урожаев. Наиболее высокий уровень урожайности 40.3–41.5 т/га корнеплодов был получен в 3-й, 8-й и 9-й ротациях при внесении N135P135K135 + навоз 25 т/га.

Средняя урожайность корнеплодов в звене с паром за 9 ротаций в неудобренном варианте составила 27.3 т/га, в вариантах с удобрениями – 33.2–36.0 т/га. Увеличение урожайности относительно контроля составило в вариантах N45P45K45 + навоз 25 т/га – 21.6, N90P90K90 + + навоз 25 т/га – 24.5, N135P135K135 + навоз 25 т/га – 31.9, N45P45K45 + навоз 25 т/га – 26.3%.

Урожайность корнеплодов в звене с клевером в 4-й ротации изменялась от 25.0 до 29.9 т/га (табл. 2), в 5-й – 27.8–35.7, в 6-й – 30.8–39.3, в 7‑й – 28.5–35.6, в 8-й – 25.1–36.8, в 9-й – 38.4–39.8 т/га. Увеличение урожайности корнеплодов сахарной свеклы относительно контроля в звене с клевером в 4-й ротации составило 15.2–19.6, в 5-й – 6.47–28.4, в 6-й – 16.9–27.6, в 7-й – 18.2–24.9, в 8-й – 18.2–46.6, в 9-й – 15.8–40.1%.

В варианте без удобрений в клеверном звене средняя урожайность корнеплодов сахарной свеклы составила 27.6, при внесении N45P45K45 + + навоз 25 т/га – 33.7, N90P90K90 + навоз 25 т/га – 33.9, N135P135K135 + навоз 25 т/га – 36.1, N45P45K45 + навоз 50 т/га – 32.5 т/га, прибавка составила 22.1, 22.8, 30.8, 17.7% от контроля соответственно. Максимальная эффективность удобрения с 4-й по 9-ю ротации была отмечена при внесении N135P135K135 + навоз 25 т/га, в 4-й, 6-й и 8-й ротациях – также и в варианте N90P90K90 + + навоз 25 т/га.

Изменения урожайности корнеплодов сахарной свеклы (разница между максимальной и минимальной) в звене с клевером в неудобренном варианте составили 11.2–23.2, N45P45K45 + навоз 25 т/га – 16.3–25.0, N90P90K90 + навоз 25 т/га – 16.5–30.7, N135P135K135 + навоз 25 т/га – 19.9–34.0, N45P45K45 + навоз 50 т/га – 15.6–26.8%, различия от среднего в контроле в вариантах составили 9.42–11.6, 6.82–14.5, 12.7–14.1, 10.2–17.7 и 8.31–12.0% соответственно. С увеличением дозы удобрения возрастали как разница между максимальной и минимальной урожайностью, так и различия от среднего, что свидетельствовало о большей зависимости урожайности удобренных вариантов от погодных условий, но эти показатели в звене с клевером были значительно меньше, чем в звене с паром, т.е. урожайность сахарной свеклы в клеверном звене была более стабильной.

Средняя урожайность корнеплодов сахарной свеклы в обеих звеньях севооборота была сопоставима (27.3–36.0 т/га в паровом звене и 27.6–36.1 т/га в клеверном), кроме варианта N45P45K45 + навоз 50 т/га в звене с клевером, где было выращено в среднем на 2.0 т/га меньше. Но к 9-й ротации в паровом звене в удобренных вариантах было выращено на 7.25–19.7% корнеплодов больше, чем в клеверном, кроме варианта N135P135K135 + навоз 25 т/га, где разница в урожайности не была статистически значимой (40.3 и 39.8 т/га).

Коэффициент энергетической эффективности (КЭЭ) применения удобрений под сахарную свеклу в 1-й ротации был невысоким – 0.58–0.71 (табл. 3) в связи с небольшими прибавками урожайности корнеплодов. Его величина свидетельствовала об отсутствии эффекта получения дополнительной энергии в урожае по отношению к затраченной энергии. Разница в КЭЭ в вариантах в 1-й ротации составила 1.22–2.29 раза, в 9-й ротации – 1.49–1.87, в чистой прибавке энергии – 0.34–11.1 ГДж и 2.5–7.0 ГДж соответственно, что свидетельствовало о том, что со временем удобрения обеспечивали высокие прибавки вне зависимости от энергозатрат.

В 1-й ротации КЭЭ в паровом звене при повышении доз удобрений снижался на 0.13–0.40, в 9‑й – 0.74–1.08. Оптимальными дозами в обеих ротациях были варианты N45P45K45 + навоз 25 т/га и N45P45K45 + навоз 50 т/га, т.к. обеспечивали наименьшие энергозатраты, а прибавки урожайности были значительными. От 1-й к 9-й ротации увеличение КЭЭ составило 2.14–3.90 раза, более всего в вариантах N45P45K45 + навоз 25 т/га, N135P135K135 + навоз 25 т/га. Энергия, накопленная в чистой прибавке урожайности от 1-й к 9‑й ротации увеличивалась на 4.58–15.4 ГДж, более всего в вариантах N135P135K135 + навоз 25 т/га и N90P90K90 + навоз 25 т/га.

Коэффициент энергетической эффективности применения удобрений под сахарную свеклу в звене с клевером в 4-й ротации был невысоким – 0.46–0.92 (табл. 4), в связи с небольшими прибавками урожайности корнеплодов, его величина свидетельствовала об отсутствии эффекта получения дополнительной энергии в урожае по отношению к затраченной энергии.

Разница в КЭЭ в вариантах в 4-й ротации составила 1.31–2.00 раза, в 9-й ротации – 1.44–1.97 раза, в чистой прибавке энергии – 0.18–11.8 ГДж и 0.13–11.9 ГДж соответственно, что свидетельствовало о том, что со временем дозы N45P45K45 + + навоз 25 т/га и N135P135K135 + навоз 25 т/га обеспечивали прибавки как чистой энергии, так и КЭЭ, а дозы N90P90K90 + навоз 25 т/га и N45P45K45 + навоз 50 т/га не полностью компенсировали энергозатраты.

В 4-й ротации КЭЭ применения удобрений в звене с клевером при повышении доз снижался на 0.22–0.46, в 9-й – на 0.47–0.92, оптимальными дозами в 4-й ротации были N45P45K45 + навоз 25 т/га и N45P45K45 + навоз 50 т/га, в 9-й ротации – N45P45K45 + навоз 25 т/га и N135P135K135 + + навоз 25 т/га, т.к. они обеспечили наименьшие энергозатраты, а прибавки урожайности были значительны. От 4-й к 9-й ротации увеличение КЭЭ составило 1.03–2.80 раза, более всего при внесении N45P45K45 + навоз 25 т/га и N135P135K135 + навоз 25 т/га. Энергия, накопленная в чистой прибавке урожая от 4-й к 9-й ротации увеличивалась на 0.42–22.6 ГДж, более всего в вариантах N135P135K135 + навоз 25 т/га и N45P45K45 + навоз 25 т/га.

Окупаемость удобрений в звене с черным паром в 1-й ротации составила 3.43–9.52 кг/га (табл. 5), в 9-й – 29.4–56.4 кг/кг, увеличение доз удобрений снижало этот показатель на 23.5–64.0 и 15.9–47.8% соответственно. Окупаемость удобрений в звене с черным паром от 1-й к 9-й ротации увеличивалась в 4.31–13.8 раза, более всего в варианте N45P45K45 + навоз 50 т/га, менее всего – в варианте N90P90K90 + навоз 25 т/га.

Окупаемость удобрений в звене с клевером в 4-й ротации составила 10.4–25.3, в 9-й ротации – 30.0–45.3 кг/кг. Увеличение окупаемости 1 кг удобрений от 4-й к 9-й ротации составило 17.9% при внесении N45P45K45 + навоз 25 т/га, 24.5% – в варианте N90P90K90 + навоз 25 т/га, 143% – в варианте N135P135K135 + навоз 25 т/га, в варианте N45P45K45 + навоз 50 т/га снизилось на 6.25%. В 4-й ротации разница в окупаемости в вариантах удобрения составила 26.5–208%, наиболее эффективными были дозы N45P45K45 + навоз 50 т/га и N45P45K45 + навоз 25 т/га, в 9-й ротации – 55.8–123%, максимальной она быладля тех же доз, что и в 4-й ротации, т.е. эффективность разных доз удобрений в 9-й ротации была близкой.

Окупаемость удобрений в 9-й ротации в звене с паром была более высокой (на 4.63–42.3%, более всего разница была отмечена в варианте N45P45K45 + навоз 50 т/га, менее всего – в варианте N135P135K135 + навоз 25 т/га), чем в звене с клевером вследствие более высоких прибавок урожайности, но низких в ранних ротациях. При этом при расчете данного показателя в паровом звене учитывали и элементы питания, поступающие на 2-й год с навозом.

Сопоставление чистой прибавки энергии выявило, что в звене с паром она была на 2.3–7.8 ГДж больше, чем в звене с клевером, наибольшая разница была в вариантах N45P45K45 + навоз 50 т/га и N135P135K135 + навоз 25 т/га. КЭЭ в звене с паром также был больше на 0.20–0.57, кроме варианта N135P135K135 + навоз 25 т/га, где он в обоих звеньях был сопоставимым. В процентах разница составила 20.5–60.0%, более всего в варианте N45P45K45 + навоз 50 т/га.

В паровом звене в 4-й ротации продуктивность 1 га пашни составила 3.58–5.18 т з.е., в звене с клевером – 3.92–5.08 з.е., что практически было одинаковым, увеличение продуктивности на 1.97–4.40% в звене с паром относительно клеверного звена было отмечено в вариантах N90P90K90 + навоз 25 т/га, N135P135K135 + навоз 25 т/га навоза и N45P45K45 + навоз 50 т/га, а в контроле и в варианте N45P45K45 + навоз 25 т/га оно было меньше на 8.67 и 1.28% соответственно. Удобрения повышали продуктивность парового звена в 4-й ротации на 28.8–44.7%, в 9‑й – на 28.8–46.3%, лучшей дозой в обе ротации было N135P135K135 + навоз 25 т/га, т.е. с течением времени удобрения способствовали повышению продуктивности (табл. 6).

В 9-й ротации в звене с паром продуктивность была равна 3.67–5.37 т з.е./га, в звене с клевером – 3.48–4.83, что было меньше на 5.18–11.9%. Удобрения повышали продуктивность звена с клевером в 4-й ротации на 28.1–46.3, в 9-й – на 19.0–38.8%, что свидетельствовало о снижении влияния удобрений на продуктивность 1 га пашни со временем. Максимальную продуктивность обеспечивало применение N135P135K135 + навоз 25 т/га.

Продуктивность 1 га севооборотной площади в 1-й ротации составила 3.68–3.82 т з.е./га (табл. 7), в 4-й – 3.77–5.12, в 9-й – 3.57–5.07 т з.е./га. Продуктивность севооборота достаточно сильно увеличивалась от 1-й к 4-й ротации (на 27.2–34.0%), кроме контроля, где показатель остался на уровне 1-й ротации. От 4-й к 9-й ротации в вариантах N90P90K90 + навоз 25 т/га и N135P135K135 + навоз 25 т/га изменения продуктивности были недостоверными, показатель остался примерно на уровне 4-й ротации, в контроле и при применении N45P45K45 + навоз 50 т/га отмечено его снижение на 5.30 и 18.4% соответственно. Очевидно, питательные вещества, поступавшие с навозом, не поглощались культурами, а закреплялись в почве. В 1-й ротации применение удобрений вызвало тенденцию к увеличению продуктивности на 1.90–3.80% относительно контроля, в 4-й ротации она достоверно повысилась на 22.8–35.8%, в 9-й – на 10.6–42.0%. Этому более всего способствовало применение N135P135K135 + навоз 25 т/га, менее всего – N45P45K45 + навоз 50 т/га (в 9-й ротации) и N45P45K45 + навоз 25 т/га (в 4-й ротации).

ВЫВОДЫ

1. Влияние удобрений повышало урожайность корнеплодов сахарной свеклы в среднем за 9 ротаций в звене с паром на 21.6–31.9% относительно контроля. Прибавки урожая сахарной свеклы увеличивались с течением времени, наибольшие были получены через 45 лет от начала опыта; более всего влияло применение N135P135K135 + навоз 25 т/га, во 2-й и 6-й ротациях – N45P45K45 + + навоз 50 т/га.

2. В звене с клевером применение удобрений увеличивало среднюю урожайность корнеплодов сахарной свеклы несколько меньше, чем в звене с паром (на 17.7–30.8%). Максимальная урожайность отмечена к 6-й ротации (примерно через 54 года от начала применения удобрений), более всего влияло применение N135P135K135 + навоз 25 т/га навоза, в 4–5-й ротациях – N45P45K45 + + навоз 25–50 т/га.

3. В 9-й ротации в звене с черным паром дозы N90P90K90 под сахарную свеклу на фоне навоза 25 т/га в пару и N45P45K45 + навоз 25–50 т/га способствовали получению большей урожайности корнеплодов, чем в звене с клевером (на 7.25–19.7%).

4. С увеличением дозы удобрения возрастали как разница между максимальной и минимальной урожайностью корнеплодов сахарной свеклы, так и различия от среднего в обоих звеньях севооборота, но в звене с клевером эти показатели были значительно меньше, чем в звене с паром, т.е. урожайность сахарной свеклы в клеверном звене была более стабильной.

5. В звене с паром от 1-й к 9-й ротации коэффициент энергетической эффективности (КЭЭ) возрастал в 2.14–3.90 раза, в звене с клевером – в 1.03–2.80 раза.

6. Коэффициент энергетической эффективности и чистая прибавка энергии в 9-й ротации в паровом звене севооборота были соответственно на 20.9–60.0% и на 2.3–7.8 ГДж больше, чем в клеверном.

7. В паровом звене отмечено повышение энергетической эффективности использования удобрений с течением времени: коэффициент энергетической эффективности увеличивался в 2.14–3.90 раза, чистая прибавка энергии – на 9.8–17.9 ГДж, в звене с клевером – в 1.03–2.83 и на 0.42–22.6 ГДж соответственно.

8. Окупаемость 1 кг удобрений в первых ротациях в звене с клевером была больше, в 9-й ротации – меньше, чем в звене с паром, увеличение доз удобрений снижало показатель в большей степени в клеверном звене в 4-й ротации, с течением времени различия в обоих звеньях сокращались.

9. В звене с клевером продуктивность 1 га пашни с течением времени снижалась, с паром – повышалась, отмечено снижение влияния удобрений в клеверном звене, в паровом – оставалось примерно на том же уровне. В 9-й ротации более высокий уровень продуктивности севооборота отмечен в звене с паром.

10. Наибольшее увеличение продуктивности севооборота происходило после 30–35 лет применения удобрений, в дальнейшем она оставалась стабильной (кроме варианта N45P45K45 + навоз 50 т/га, где отмечено ее снижение).

11. В короткоротационных севооборотах с 4-мя (5-ю) полями для получения максимальной продуктивности севооборота, в том числе и урожайности сахарной свеклы, рекомендуется следующее чередование культур: черный пар–озимая пшеница–сахарная свекла–ячмень или другие яровые зерновые (или кукуруза на силос).