Агрохимия, 2021, № 3, стр. 28-37

ВВЕДЕНИЕ

Развитие агропромышленного комплекса России и обеспечение ее продовольственной независимости в значительной степени зависит от состояния зернового хозяйства. Среди зерновых основной культурой является пшеница [1–3]: ее посевная площадь среди зерновых занимала в 2016–2017 гг. 59% и более, ее доля в валовом сборе зерновых в 2001–2017 гг. была равна 57–62%, в продукции растениеводства в 2001–2015 гг. – 34–37%, в экспорте зерна в 2016–2017 гг. – 78% и в выручке от реализации в 2016–2017 гг. – 63–77%. Среди факторов, необходимых для увеличения урожаев любой культуры (при выращивании районированных отечественных сортов), приоритетными являются: плодородие почвы, севооборот, питание и защита растений (табл. 1). Эти сведения не являются абсолютными показателями и могут изменяться, но они дают реальное представление о роли факторов, влияющих на урожайность культуры. Например, без применения средств химизации земледелие идет по экстенсивному пути и зависит от погоды и плодородия почвы. В иных случаях определяющим фактором могут быть сорт, удобрение и защита растений.

Нечерноземная зона России и особенно ее Центральная часть располагает благоприятными погодными условиями для возделывания озимой пшеницы, но 60% территории зоны занято дерново-подзолистыми почвами, которые характеризуются низким содержанием питательных веществ, кислой реакцией, бедны органическими веществами, имеют высокую степень засоренности посевов [5]. В Центральном федеральном округе почвы, имеющие низкое, среднее и очень низкое содержание подвижной формы Р₂О₅ составляют 57% всех обследованных почв, K₂О – 26% [6, 7]. В последние 3 десятилетия баланс питательных веществ в земледелии сложился со значительным превышением их выноса над внесением в 4–5 раз. За этот период дефицит азота, фосфора и калия в сумме составил 140 млн т [7]. В настоящее время под зерновые культуры применяют дозы (NPK)40–50, в то время как необходимо в 2–3 раза больше. При этом применение минеральных удобрений осуществляется только на половине всех площадей. В Нечерноземной зоне внесение удобрений составляет от 30 до 35 кг/га. По расчетам [7], для производства 145–150 млн т зерна к 2030 г. требуется применить 7.4 млн т NPK, в то время как на протяжении последнего пятилетия вносят всего ≈3.0 млн т.

Лучшими предшественниками для озимой пшеницы в Нечерноземье являются многолетние бобовые и бобово-злаковые травостои, викоовсяная смесь, горох, сидеральные культуры, ранний картофель, поэтому чрезвычайно велика роль севооборота, прибавка урожая пшеницы при оптимальном размещении в севообороте составляет 67% (без удобрений) и 53% с удобрениями [8, 9]. Перечисленные выше факторы, требуют дальнейшего уточнения, в том числе по результатам длительных опытов [4–6, 10].

Цель работы – определить продуктивность и качество зерна озимой пшеницы в различных севооборотах на почвах с разной степенью плодородия при использовании разных сочетаний органических и минеральных удобрений на фоне известкования.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Полевые стационарные опыты проводили на дерново-подзолистой почве с различной степенью исходного плодородия (Московская обл., опытная станция ВНИИ агрохимии) в севооборотах (табл. 2).

Опыт СШ-1, почва слабоокультуренная. Севооборот: 1 – викоовсяная смесь; 2 – озимая пшеница; 3 – клевер 1-го года пользования; 4 – озимая пшеница; 5 – картофель; 6 – ячмень; 7 – овес. Навоз вносили под картофель и вико–овсяную смесь с осени под зяблевую вспашку, известь с осени под озимую пшеницу и ячмень. Минеральные удобрения вносили под предпосевную культивацию (зерновые) и вспашку весной (картофель); суперфосфат в I и II ротациях в рядки при посеве, в III и IV ротациях – суперфосфат + аммиачная селитра + хлористый калий – весной.

Опыт СШ-8, почва среднеокультуренная. Севооборот: картофель – ячмень + многолетние травы – многолетние травы 1-го и 2-го годов пользования – озимая пшеница – картофель ранний – озимая пшеница. Известкование проводили по полной гидролитической кислотности (8 т/га за ротацию) под картофель. Навоз вносили под среднепоздний и ранний картофель, минеральные удобрения – ежегодно под предпосевную обработку почвы.

Опыт СД-1, почва высокоокультуренная. Севооборот: викоовсяная смесь – озимая пшеница – картофель – ячмень. Известкование проводили фоном перед закладкой опыта (8 т/га), навоз вносили дважды за ротацию под первую и третью культуру. Минеральные удобрения в виде N_aa, P_сг, K_x вносили под все культуры при предпосевной обработке. Азотные удобрения под озимую пшеницу вносили дробно: часть дозы (N30–40) – осенью, остальные – весной в подкормку.

Опыт для каждой культуры проводили в 4-х полях, размер делянок 52–100 м² в четырехкратной повторности по методике [10]. Использовали районированные сорта озимой пшеницы в годы проведения опытов. Агрохимические анализы почвы и растений выполняли по общепринятым стандартным методам, статистическую обработку результатов осуществляли в программе STAT ВИУА.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Действие известкования почвы оценивали в неудобренной почве на фоне применения навоза и полного минерального удобрения (табл. 3). В 1-й и 2-й ротациях севооборота известь вносили по 2 т/га под пшеницу и викоовсяную смесь. Эффекта от такого внесения почти не было, прибавка урожайности составила 1.1–1.2 ц/га. В 3-й ротации внесли еще 2 т извести/га под викоовсяную смесь, за счет этого и последействия извести урожайность зерна пшеницы возросла в 2.3–2.4 раза, прибавка 8.3 ц/га получена за счет размещения в севообороте (вариант 1) после клевера. Прибавка 10 ц/га – за счет известкования (вариант 2) по сравнению со средними показателямими в 1–2-й ротациях. Действие минеральных удобрений и навоза проявилось только в 3-й ротации, причем влияние как минеральных удобрений, так и навоза, дало одинаковый эффект на фоне известкования. Предшественник – клевер 1-го года пользования за счет накопления биологического азота был более эффективен в 1-й и 2-й ротациях, эффект от известкования в сочетании с NPK на этом предшественнике был более высоким в сравнении с внесением навоза.

При оценке данных в вариантах сравнения (1, 2), (7, 6), (8, 9) выявлено, что известкование давало больший эффект влияния на урожайность пшеницы на бедной дерново-подзолистой почве, что подтверждено средними данными для каждого из предшественников.

Действие навоза в дозе 40 т/га за ротацию изучали на фоне извести и без нее и 80 т/га – на известкованном фоне (табл. 4). Оценивая результаты этого опыта, отметили, что известкование и внесение навоза достоверно увеличивало урожайность зерна пшеницы на слабоокультуренной почве. Навоз, внесенный за ротацию (40 т/га) без известкования почвы был равноценен по эффективности в этой же дозе, внесенной в известкованную почву, т.е. проявлялся его эффект в прямом действии и в последействии. Навоз был эффективнее на озимой пшенице после предшественника викоовсяной смеси.

Прибавка урожайности зерна при внесении навоза 40 т/га составляла 12.8 ц/га на фоне без извести и 11.6 ц/га – на известкованном фоне. Доза навоза 80 т/га увеличивала урожайность после викоовсяной смеси в 1–3-й ротациях на 6–10 и в 4-й ротации – на 19 ц/га. При оценке эффективности навоза на первое место по влиянию выходил предшественник-клевер. Следует отметить, что такие эффекты от навозного удобрения на бедных почвах можно наблюдать только в длительных опытах. К сожалению, в настоящее время органические удобрения почти не применяют (в РФ – <1 т/га) [11].

Эффективность минеральных систем удобрения изучали в вариантах парных и тройном сочетаний 3-х видов минеральных удобрений и известкованном контроле (табл. 5). Из парных сочетаний наиболее эффективными были NP и PK. Действие NK-удобрений в 1-й и 2-й ротациях было неэффективным. Установлено, что на слабоокультуренной, бедной почвенными фосфатами кислой дерново-подзолистой почве в первом минимуме находился фосфор. При урожайности пшеницы на фоне известкования после викоовсяной смеси 7.7 ц/га в 1-й ротации прибавки составили: от сочетания N50–60P60–70 – 13.1, от N50–60K40–60 – 2.2, P60–70K40–60 – 9.7, от NPK – 14.6 ц/га, после предшественника – клевера при урожайности 15.2 ц/га в контроле соответственно – 10.7, 5.1, 9.5 и 13.7 ц/га. Следовательно, прибавки от отдельных видов удобрений достигали после викоовсяной смеси: от N – 4.9, от Р – 12.4, от K – 1.5 ц/га, после клевера: соответственно 4.2, 8.6 и 3.0 ц/га. В 4-й ротации действие различных парных сочетаний практически выравнивалось и было на уровне прибавок 8.7–11.5 ц/га, прибавки от полного минерального удобрения достигали 21.1 ц/га после викоовсяной смеси и 20.5 ц/га – после клевера.

Опыт СШ-1 на слабоокультуренной почве с содержанием подвижного фосфора <30 мг/кг показал, что значительное увеличение содержания в почве усвояемых форм фосфатов является первоочередным условием повышения ее плодородия и получения в дальнейшем высоких и устойчивых урожаев всех культур полевого севооборота, включая озимую пшеницу [12–15]. При этом следует подчеркнуть, что в 1-й и 2-й ротациях севооборота основной формой фосфорного удобрения была фосфоритная мука (90%) и только 10% Р₂О₅ от общей суммы фосфатов вносили в рядок в форме при посеве зерновых. В 3-й и 4-й ротациях севооборота дозы азотных и фосфорных удобрений были увеличены в 1.5 раза. При этом содержание подвижного фосфора в почве после 2-х ротаций севооборота в вариантах с применением фосфорных удобрений повысилось до 60–80 мг/кг почвы. В связи с этим, а также c увеличением доз удобрений значительно повысилась эффективность от азотных и калийных удобрений.

Опыт СШ-8 заложен на почве среднего уровня окультуренности с содержанием подвижного фосфора 50–80 мг/кг почвы и реакцией почвенной среды 4.1–4.3 (табл. 2). В настоящем сообщении приведены результаты опыта за 2 ротации 7-польного севооборота в некоторых вариантах систем удобрения (табл. 6). Навоз в дозе 20 и 35 т/га вносили в севообороте под картофель поздний и картофель ранний. Минеральные удобрения в парных и тройном сочетаниях применяли в дозах N90P100K130. Кроме этого, применяли средние и повышенные дозы удобрений: N70P80K80 и N130P135K160 в минеральной системе удобрения. Изучали также основную, пониженную и повышенную дозы NPK на фоне навоза в севообороте. Озимую пшеницу в севообороте возделывали после многолетних трав 2-х лет пользования и после парозанимающего раннего картофеля. Хотя озимую пшеницу после разных предшественников выращивали в разные годы, некоторую разницу в действии систем удобрения на урожайность можно считать закономерной. Например, на известкованном фоне без удобрений урожайность зерна озимой пшеницы после предшественника многолетних трав 2-го года пользования была на 8.0–12.6 ц/га больше, чем возделываемой после картофеля, что вполне логично, учитывая положительное влияние бобово-злаковых трав на плодородие почвы [16, 17]. Минеральные и органо-минеральные системы, как правило, обеспечивали прирост урожайности по сравнению с контролем (фон Са). При этом прибавки урожайности зерна пшеницы от NPK после предшествующего картофеля в большинстве вариантов были больше, чем при ее возделывании после трав. Минеральная пониженная система удобрения (вариант 2) лишь незначительно уступала основной базовой системе (вариант 8) в особенности после пласта многолетних трав. В то же время после картофеля основная система удобрения во 2-й ротации севооборота имела преимущество перед пониженной и, в свою очередь, уступала усиленной системе удобрения, т.е. урожайность пшеницы росла в пределах изученного диапазона доз NPK. Следует отметить, что органо-минеральная система удобрения была близка по эффективности эквивалентной ей по количеству д.в. минеральной, уступала последней после трав и была равноценна или несколько превосходила (во 2-й ротации) минеральную систему после картофеля.

Рассматривая влияние различных сочетаний минеральных удобрений, можно отметить, что сочетание NK было близко по эффективности полному минеральному удобрению после многолетних трав в 1-й ротации, несколько уступало таковому во 2-й ротации (на 5 ц/га) и было менее эффективно (на 3.3 и 4.7 ц/га в 1-й и 2-й ротациях) после картофеля, т.е. влияние фосфорного удобрения было неустойчивым после трав и более устойчиво при выращивании пшеницы после картофеля. Сочетание NP достаточно существенно уступало полному минеральному удобрению: на 5.7 и 7.7 ц/га в 1-й и 2-й ротациях после трав и 4.4 и на 9.2 ц/га – после картофеля, т.е. влияние калийного удобрения было более значимым, чем фосфорного. Сочетание PK было равнозначно системе NPK после трав и в 1-й ротации после картофеля, но существенно уступало последнему во 2-й ротации после картофеля (прибавка от азота составила 21 ц/га). Следовательно, наиболее высокое и устойчивое влияние на урожайность зерна озимой пшеницы оказывало калийное удобрение, в меньшей мере – фосфорное и лишь в одной ротации после картофеля – азотное.

Учитывая важность почвенных фосфатов для урожая пшеницы на дерново-подзолистой почве, полевой опыт СД-1 проводили на высокоокультуренной дерново-подзолистой среднесуглинистой почве с содержанием Р₂О₅ в слое 0–20 см 150–200 мг/кг [12–15]. Предварительно были созданы высокие агрофоны внесением извести, фосфорного удобрения и навоза, в результате чего содержание подвижного Р₂О₅ было доведено до 200 мг/кг почвы и более. В табл. 7 приведены урожайные данные в опыте (средние 4-х полей на 5-ти фонах окультуренности почвы). В 1-й ротации севооборота достаточно высокая урожайность зерна озимой пшеницы получена при возделывании культуры после викоовсяной смеси, без внесения удобрений, в среднем 43.5 ц/га. Во 2-й ротации урожайность была несколько меньше, что связано с воздействием погодных условий. Различия между системами удобрения были невеликими, чаще в пределах ошибки опыта. NK-удобрения обеспечили прибавку урожая 7.8 ц/га в 1-й ротации и 13.1 ц/га – во 2-й. Дополнительное внесение фосфорного удобрения и навоза не приводило к существенной прибавке урожайности. В отдельные годы, благоприятные по метеорологическим параметрам, урожайность пшеницы достигала 40–50 ц/га на фоне известкования без удобрений и 53–60 ц/га – при их внесении.

В настоящее время производителями основное внимание уделяется урожайности зерна озимой пшеницы, но при этом необходимо получить не просто высокий урожай зерна, но и обеспечить его высокое качество, которое главным образом зависит от систем удобрения, плодородия почвы и предшественника [16–18]. В данной работе использованы обобщенные данные о качестве зерна озимой пшеницы в длительных полевых опытах (табл. 1) при выращивании культуры после бобово–злаковым предшественников на дерново–подзолистой почве разной степени окультуренности. Показано, что на слабоокультуренной дерново-подзолистой почве (табл. 8) формировалось зерно озимой пшеницы с минимальными показателями массы 1000 зерен и натуры зерна по сравнению со средней и высокоокультуренной почвами. Масса 1000 зерен на первой почве составляла от 33 до 37 г, натура 716–760 г/л. Под влиянием известкования масса 1000 зернен имела тенденцию к снижению, а внесение на этом фоне полного минерального удобрения этот показатель не изменяло. За счет последействия навоза масса 1000 зерен существенно не изменялась, а при внесении полного минерального удобрения она имела тенденцию к снижению. Примерно аналогичная закономерность получена и для показателя натуры зерна.

Содержание белка и сырой клейковины в зерне озимой пшеницы, выращенной на слабоокультуренной почве, изменялось от внесения азотного удобрения, поскольку именно этот элемент определяет накопление в зерне белка [19, 20]. От известкования слабоокультуренной почвы содержание белка в зерне не изменялось. Не получено эффекта от последействия навоза и извести, и только применение азотного удобрения положительно влияло на накопление в зерне белка и сырой клейковины.

На среднеокультуренной почве (табл. 9) масса 1000 зерен изменялась в вариантах удобренности от 36.1 до 39.7 г, натура зерна – от 735 до 358 г/л. За счет внесения под озимую пшеницу азотного удобрения и от последействия навоза на известкованной почве имела место тенденция к снижению вышеназванных показателей качества зерна. Содержание в зерне озимой пшеницы сырого белка изменялось за счет применения минеральных удобрений и последействия навоза от 10.7–11.4 до 12.4–13.4% и сырой клейковины – от 26.8–27.5 до 30.0–37.7%. Повышение этих показателей происходило за счет внесения азотного удобрения под озимую пшеницу и последействия навоза, внесенного под предшественник.

На высокоплодородной дерново-подзолистой почве (табл. 10) масса 1000 зерен и натура зерна практически не изменялись от созданного ранее фосфатного фона, последействия известкования почвы и применения навоза и внесения под озимую пшеницу различных сочетаний азота, фосфора и калия. Содержание белка в зерне возрастало с 9.3–9.9% до 10.8–11.7% при внесении под озимую пшеницу азотного удобрения и от последействия навоза, примененного под предшественник.

Содержание в зерне сырой клетчатки в результате улучшения азотного питания повышалось с 22.3–22.6 до 26.5–27.5% от улучшения снабжения азотом в результате использования азотного удобрения и последействия навоза. Следует подчеркнуть, что на этой почве в результате формирования более высокого урожая зерна в результате эффекта разбавления [6] в нем белка и сырой клейковины накапливалось меньше, чем при выращивании озимой пшеницы на менее плодородных почвах.

Качество зерна озимой пшеницы по содержанию белка и сырой клейковины при изученных уровнях плодородия дерново-подзолистой почвы в большинстве вариантов соответствовали зерну 3-го класса согласно требованиям ГОСТ (массовая доля белка ≥12%, массовая доля сырой клейковины ≥23%) [21].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, показано, что на слабоокультуренной почве внесение навоза 40 т/га за ротацию обеспечивало более высокий эффект влияния на урожайность зерна озимой пшеницы (прибавка 3–5 ц/га), чем внесение извести, а их сочетание способствовало дальнейшему повышению урожайности зерна. За счет предшественника викоовсяной смеси дополнительно получено зерна пшеницы 6.5 ц/га, после клеверного предшественника прибавка составила 11.7–12.8 ц/га, что было связано с бóльшим накоплением биологического азота клевером в сравнении с однолетней викоовсяной смесью. На этой почве внесение минеральных удобрений в дозе N90P90K90 обеспечило получение зерна пшеницы 22–32 ц/га после предшественника викоовсяной смеси и 30–34 ц/га – после клевера. На среднеокультуренной почве урожайность зерна 40–45 ц/га формировалась при выращивании озимой пшеницы после пласта многолетних бобово-злаковых трав и при внесении минеральной системы удобрения, при применении органо-минеральной системы удобрения она достигала 50–52 ц/га. На высокоокультуренной дерново-подзолистой почве без применения минеральных удобрений урожайность зерна озимой пшеницы составляла 30–40 ц/га и при внесении минеральных удобрений при последействии навоза она достигала 53–58 ц/га.

При известковании почвы и внесении в различных сочетаниях минеральных удобрений и навоза улучшались показатели качества зерна: масса 1000 зерен, натурная масса зерна, содержание сырого белка и сырой клейковины, причем величины этих показателей определялись уровнем удобренности, величиной урожайности и плодородием почвы. На слабоокультуренной почве в зерне озимой пшеницы возрастало содержание белка с 9.7–10.2 до 12.3–13.0%, сырой клейковины – с 24.2–26.1 до 32.0–34.0% за счет внесения азотного удобрения на фоне последействия навоза и извести. На среднеокультуренной известкованной почве содержание в зерне белка возрастало с 10.7–11.4 до 12.4–13.4% и сырой клейковины – с 26.8–27.5 до 30.0–37.7% за счет применения под озимую пшеницу азотного удобрения в дозах N90 равными частями осенью и весной в подкормку, максимальные величины этих показателей получены при внесении азота при последействии навоза, внесенного под предшественник озимой пшеницы. На высокоплодородной известкованной почве при урожайности зерна 55–60 ц/га в зерне накапливалось 10.5–12.0% белка и 26.5–29.0% сырой клейковины при внесении под озимую пшеницу азотного удобрения и при последействии навоза. При использовании оптимальных сочетаний средств химизации в зерне озимой пшеницы содержание белка достигало 13.2–13.9%, сырой клейковины – 25–39%, что соответствовало 3-му классу качества.

Следовательно, на дерново-подзолистых почвах Нечерноземья России с низким естественным плодородием за счет оптимального размещения озимой пшеницы в севооборотах с бобовыми культурами, применения минеральных и органических удобрений на фоне известкования почвы реально достичь урожайности зерна озимой пшеницы 55–60 ц/га при его качестве на уровне 3-го класса.