Агрохимия, 2021, № 4, стр. 42-48

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшей целью продовольственной безопасности РФ является надежное обеспечение населения в достаточном количестве качественной сельскохозяйственной продукцией. Большое значение придается производству продовольственного и фуражного зерна. В условиях Свердловской обл. зерновые и зернобобовые культуры в структуре посевных площадей занимают ≈43% [1], при этом урожайность зерновых культур за 2016–2018 гг. составила в среднем ≈2.0 т/га. Дальнейшее повышение сбора зерна должно осуществляться через освоение севооборотов по типу плодосмена и внедрения приемов биологизации земледелия [2–5].

Для получения стабильных урожаев зерновых культур в севооборотах необходимо определить рациональные системы удобрения, которые бы учитывали почвенно-климатические условия и биологические особенности сельскохозяйственных культур. В современном земледелии, когда объемы применения минеральных и органических удобрений существенно снизились, важно уточнить нормативные показатели выноса питательных элементов урожаем культур. В полевых опытах подтверждено [6–9], что с появлением новых сортов зерновых культур, обладающих более высокой потенциальной урожайностью, показатели выноса на 1 т продукции в настоящее время отличаются от нормативных данных. Поэтому дальнейшие исследования должны быть направлены на получение новой информации и обобщение материала для разработки нормативной базы для расчета доз удобрения на планируемый урожай. При этом заметную роль играет Географическая сеть опытов с удобрениями, где обобщают опытные данные из различных почвенно-климатических зон РФ [10].

Цель работы – выявить воздействие минеральных и органических удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур и вынос питательных элементов основной и побочной продукцией в зернопаросидеральном севообороте.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

С 2001 г. в стационарном длительном опыте изучают полевые севообороты с максимальной ориентацией на биологические факторы. В 3-й ротации зернопаросидеральный севооборот был заложен по следующей схеме: сидеральный пар (рапс)–пшеница–овес–горох–ячмень. Чередование культур за ротацию осуществлялось во времени и пространстве.

Почва опытного участка – типичная темно-серая лесная тяжелосуглинистая со следующими агрохимическими показателями в пахотном слое: содержание гумуса (по Тюрину) – 4.84–5.07%, легкогидролизуемого азота (по Корнфильду) – 146–168 мг/кг почвы, подвижного фосфора – 206–248 мг/кг почвы и калия (по Кирсанову в модификации ЦИНАО) – 138–172 мг/кг почвы, сумма поглощенных оснований (по Каппену) – 31.1–32.5 ммоль/100 г почвы, рН_KCl (по методу ЦИНАО) – 4.97–5.09.

Схема опыта в севообороте включала 3 фона питания: 1 – органический (без минеральных удобрений) с запашкой зеленой массы рапса в паровом поле, 2 – органо-минеральный с применением умеренных доз минеральных удобрений из расчета на 1 га севооборотной площади N30Р30К36 + сидерат, 3 – органо-минеральный с использованием сидерата, соломы (гороха, ячменя) на фоне минеральных удобрений N24Р24К24.

В качестве удобрения использовали АЗФК с содержанием каждого элемента по 15% д.в. На 3‑м фоне питания дозу минеральных удобрений корректировали с учетом поступления азота, фосфора и калия с сидератом и соломой. В среднем за ротацию севооборота на обоих фонах питания с минеральными и органическими удобрениями на 1 га пашни поступило 140 кг NPK, из них на 2-м фоне с сидератом – N22, в третьем с сидератами, соломой – N28. Из-за большего поступления калия с соломой для выравнивания соотношения элементов питания на 2-м фоне питания дополнительно вносили хлористый калий в дозе K30. Минеральные удобрения перед посевом врезали в почву сеялкой СН-16. В паровом поле зеленую массу рапса запахивали на сидерат, в среднем за 2011–2015 гг. его урожайность в зависимости от удобренности почвы варьировала от 13.4 до 23.4 т/га. Из фактического урожая культур вносили солому гороха – в среднем за ротацию ≈2.5 и ячменя – 3.9 т/га.

Агротехника возделывания сельскохозяйственных культур в севообороте общепринятая для Среднего Урала. Объектами исследования были следующие районированные сорта культур: яровой рапс – Луч, яровая пшеница – Красноуфимская 100, овес – Стайер, горох – Красноуфимский 11, яровой ячмень – Сонет [11].

Для определения содержания питательных элементов в зерне и соломе при учете урожая с делянок отобраны растительные пробы. Химические анализы выполнены в аналитической лаборатории по стандартным методикам: азот общий (ГОСТ 32044.1-2012), Р₂О₅ (ГОСТ 266657-97), K₂О (ГОСТ 30504-97).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Возделывание рапса в паровом поле на окультуренной темно-серой почве даже без применения минеральных удобрений обеспечило формирование зеленой массы >10 т/га, при внесении их умеренных доз урожайность крестоцветной культуры возросла в 1.6–1.7 раза по отношению к органическому фону питания (табл. 1).

Из всех изученных зерновых культур за ротацию севооборота наибольшая урожайность была у яровой пшеницы, данная закономерность отмечена при всех системах удобрения. Запашка зеленой массы рапса в паровом поле способствовала поступлению с 1 т ≈4.8 кг азота (N), фосфора (Р₂О₅) – 1.3 и калия (K₂О) – 5.1 кг. Обогащение пахотного слоя свежей органической массой и легкодоступными питательными элементами обеспечило улучшение питательного режима темно-серой почвы, в первую очередь – увеличение содержания минерального азота [1]. Благодаря повышению доступности элементов питания в почве, проявилась высокая эффективность сидерального пара как предшественника.

В последействии на овсе была получены достаточно высокая урожайность зернофуражной культуры, достоверных различий в урожайности по отношению к пшенице на органо-минеральных фонах питания не выявлено.

Из-за биологических особенностей горох обеспечил наименьший сбор зерна как при внесении сидерата, так и его сочетания с минеральными удобрениями. Анализ урожайных данных ячменя показал, что зернобобовая культура по воздействию как предшественник практически не уступала сидеральному пару, а при органо-минеральных системах удобрения – повышала сбор зерна ячменя на 0.08–0.21 т/га.

В целом уровень урожайности сельскохозяйственных культур за ротацию севооборота во многом зависел от погодных условий и применения удобрений. Дисперсионный анализ урожайных данных показал, что на долю погоды приходилось 31% влияния, на удобрения – 29, на другие факторы – 30%. Из всех лет наблюдений максимальный сбор зерна отмечен в умеренно-влажных условиях в 2011 г., наименьший – при засухе в 2012 г., избыточно влажные годы по урожайности зерновых и зернобобовых занимали промежуточное положение.

При сочетании минеральных удобрений с сидератом и соломой дополнительный сбор зерна по отношению к органическому фону питания варьировал в пределах от 0.58 до 1.48 т/га. По отдаче от минеральных и органических удобрений культуры севооборота по мере убывания можно расположить в следующем порядке: ячмень > > пшеница > овес > горох.

При сочетании минеральных и органических удобрений (N24Р24K24 + сидерат + солома), несмотря на уменьшение дозы удобрений и внесение соломы во 2-й ротации, в 3-й ротации севооборота не выявлено снижения урожайности зерновых культур. Это свидетельствовало о том, что в короткоротационных севооборотах при запашке сидерата в паровом поле и поступлении биологического азота с зернобобовой культурой появлялась возможность снижения доз минеральных удобрений, что важно в плане ресурсосбережения в земледелии.

Сбор побочной продукции во многом зависел от величины урожайности культуры и соотношения между соломой и зерном. Усредненные данные за ротацию зернопаросидерального севооборота свидетельствовали, что у ячменя и гороха соотношение между соломой и зерном в зависимости от условий увлажнения варьировало от 0.8 до 1.1, минимальным оно было при засухе 2012 г. Для пшеницы и овса соотношение между соломой и зерном было шире, в среднем 1.16–1.2, благодаря этому у данных культур достигнут наибольший сбор побочной продукции.

Усредненные данные химического состава зерна показали, что максимальное содержание азота отмечено в горохе, яровые зерновые по этому показателю существенно уступали зернобобовой культуре (табл. 2). В зерне яровой пшеницы накопление N существенно превышало ячмень и овес.

При сочетании минеральных и органических удобрений выявлено увеличение содержания азота в основной продукции по отношению к органическому фону питания. Применение удобрений в дозе N30Р30K36 достоверно увеличивало накопление N в зерне пшеницы и ячменя. При снижении дозы минеральных удобрений отмечено уменьшение содержания общего азота.

В процессе формирования и налива зерна происходит перераспределение азота в растении, основная его часть остается в зерновой продукции. По химическому составу наиболее богата азотом солома гороха, наименьшее его содержание – в овсе. При использовании органических и минеральных удобрений существенно возрастало накопление N в соломе культур по отношению к органическому фону питания.

При применении сидерата накопление фосфора в зерне яровых зерновых культур в меньшей степени зависело от их биологических особенностей, было несколько меньше в зерне овса. При сочетании органических и минеральных удобрений выявлено повышение содержания Р₂О₅ в основной продукции, при этом достоверно возросло накопление данного элемента только в зерне гороха и овса. Независимо от фона питания меньше содержалось фосфора в соломе яровой пшеницы, больше – в побочной продукции овса и ячменя. Следует отметить, что применение минеральных удобрений существенно увеличило содержание данного элемента питания в соломе пшеницы, для других культур различия между удобренными вариантами находились в пределах наименьшей существенной разницы.

В отличие от других макроэлементов наибольшее накопление K₂О отмечено в соломе. По химическому составу наиболее богата калием солома овса, меньше всего – гороха. Наибольшее содержание калия в зерне отмечено у гороха, для других культур достоверных различий не выявлено. Внесение минеральных удобрений в дозе N30Р30K36 достоверно увеличивало содержание K₂О в соломе яровых зерновых культур в отличие от гороха. На органо-минеральных фонах питания отмечено увеличение накопления калия в соломе овса и ячменя, в то же время содержание калия в основной продукции пшеницы и ячменя при этих системах удобрения практически не отличалось от органической системы.

При обобщении данных выноса макроэлементов урожаем крестоцветной культуры выявлено, что при использовании минеральных удобрений с увеличением сбора зеленой массы рапса вынос азота увеличился на 37.0–43.7 кг, калия – 39.1–49.3, фосфора – 11.0–14.3 кг/га по сравнению с естественным фоном плодородия темно-серой почвы (табл. 3). Поступление такого количества элементов питания в паровом поле при запашке сидерата способствовало получению достаточно высокой урожайности зерновых культур в течение 2-х лет, о чем говорилось выше.

Усредненные данные за ротацию севооборота показали, что вынос питательных элементов из почвы и удобрений зависел от культуры, величины урожая основной и побочной продукции и их химического состава. В варианте с запашкой сидерата наибольший вынос азота зерном отмечен для гороха, между яровыми зерновыми культурами существенных различий не выявлено. С соломой максимальный вынос N выявлен для пшеницы, наименьший – для овса. На органо-минеральных фонах питания отчуждение азота основной продукцией увеличилось на 21.0–37.7 кг, с соломой – на 9.3–13.7 кг/га по отношению к органическому фону.

Из всех изученных культур в севообороте при органической системе удобрения наименьший вынос фосфора с зерном отмечен у ячменя, солома зернобобовой культуры данный элемент питания выносила меньше по сравнению с яровыми зерновыми. По отношению к органическому фону питания сочетание минеральных и органических удобрений увеличило отчуждение Р₂О₅ соломой овса и пшеницы на 4.2–7.0 кг/га.

Из-за невысокого содержания калия в зерне вынос данного макроэлемента при запашке сидерата не превышал 15 кг/га, более высокий вынос калия отмечен у гороха и ячменя. Вынос K₂О побочной продукцией был больше у овса, наименьший – у гороха из-за его низкой продуктивности по сравнению с яровыми зерновыми. Аналогичные закономерности выявлены на органо-минеральных фонах питания.

Независимо от уровня минерального питания суммарный вынос азота основной продукцией на 1 га севооборотной площади увеличился на 22.2–22.5, фосфора – на 9.8, калия – на ≈6.7 кг/га. В то же время отчуждение макроэлементов соломой в варианте N24Р24К24 + сидерат + солома за счет запашки побочной продукции практически сравнялось с органической системой удобрения.

Одним из критериев расчета доз минеральных удобрений на планируемый урожай является общий вынос питательных элементов 1 т основной продукции. На органическом фоне питания (без минеральных удобрений) вынос азота 1 т зерна в зависимости от выращиваемых культур в севообороте варьировал в широких пределах, максимальный показатель отмечен у гороха, наименьший – у ячменя, пшеница и овес занимали промежуточное положение (табл. 4). В этом случае необходимо учитывать, что значительная часть азота накапливается растениями гороха за счет симбиоза с клубеньковыми бактериями. Экспериментальными данными установлено, что для однолетних зернобобовых культур коэффициент азотфиксации равняется 0.55 [12].

В вариантах с применением доз минеральных удобрений N24–30Р24–30K30–36 в сочетании с органическими вынос азота яровыми зерновыми культурами возрос на 2.3–4.2 кг/т по отношению к органическому фону питания. В выносе Р₂О₅ урожаем не выявлено заметных изменений между культурами, несколько больше данный показатель был у гороха. Органо-минеральные системы удобрения не приводили к существенному увеличению удельного расхода фосфора на единицу урожая, изменения находились в интервале от 0.7 до 2.3 кг/т, наибольшая разница отмечена для зернобобовой культуры. По мнению авторов работы [13], на почвах с высокой обеспеченностью подвижным фосфором расход Р₂О₅ на 1 т основной продукции с учетом побочной мало зависел от предшественника и доз азотных удобрений.

По усредненным данным, за ротацию севооборота установлено, что удельный расход калия на 1 т зерна варьировал в довольно широком диапазоне: от 14.9 кг (в варианте с запашкой сидерата) до 25.6 кг при сочетании органических и минеральных удобрений. По общему выносу K₂О на единицу продукции выращиваемые культуры в севообороте в порядке убывания можно расположить в следующий ряд: горох > овес > ячмень > > пшеница.

Сравнивая полученные данные удельного выноса калия на 1 т зерна с соответствующим количеством соломы с нормативными показателями [14–16], можно отметить, что для гороха и овса они оказались близкими. В то же время у современных сортов пшеницы и ячменя расход элементов питания на единицу урожая заметно меньше. При расчетах доз минеральных удобрений рекомендуются затраты фосфора на уровне 10–12 кг/т, по обобщенным данным за ротацию таким показателям соответствовал только ячмень, для пшеницы и овса они были больше на 2.6–5.4 кг по сравнению с принятыми нормативами в Уральском регионе. В то же время при выращивании интенсивных сортов ячменя с потенциальной урожайностью 6.0–7.0 т/га и больше выявлено снижение удельного расхода азота на единицу продукции, аналогичная закономерность отмечена для гороха с появлением сортов усатой формы.

ВЫВОДЫ

1. На окультуренной темно-серой тяжелосуглинистой почве при запашке сидерата в паровом поле возможно получение урожайности яровых зерновых культур на уровне 2.3–2.4 т/га даже без применения минеральных удобрений. Сочетание умеренных доз минеральных удобрений с органическими обеспечило дополнительный сбор зерна зерновых и зернобобовых в пределах от 0.58 до 1.37 т/га. Из всех выращиваемых культур в севообороте наибольшей отзывчивостью на внесение удобрений выделялся ячмень.

2. На органо-минеральных фонах питания удельный вынос азота и фосфора выращиваемыми культурами в зернопаросидеральном севообороте 1 т зерна с соответствующим количеством соломы практически равнялся нормативным показателям, рекомендуемым для зоны Урала и других регионов Нечерноземной полосы РФ. В то же время интенсивный сорт ячменя Сонет с более высокой потенциальной продуктивностью имел более низкий удельный вынос N и K₂О на единицу продукции, аналогичная тенденция к снижению расхода калия отмечена для яровой пшеницы.

3. Мониторинг выноса питательных элементов урожаями сельскохозяйственных культур в стационарном длительном опыте позволил уточнить их нормативные показатели для расчета доз минеральных удобрений с учетом изменения агрохимических показателей пахотных земель и подбора новых сортов, более адаптированных к почвенно-климатическим условиям Уральского региона.