Агрохимия, 2021, № 7, стр. 36-46

ВВЕДЕНИЕ

Получение дешевой продукции растениеводства – одна из основных задач в отрасли сельского хозяйства. Природные условия Удмуртской Республики, как и всей Северо-Восточной зоны Нечерноземья и Среднего Предуралья не благоприятствуют получению высоких урожаев без значительных вложений. Низкое плодородие дерново-подзолистых почв, длительная холодная зима, короткое лето с неравномерным выпадением осадков, засушливыми периодами являются основными факторами, препятствующими повышению эффективности сельскохозяйственного производства. Несмотря на это, известкование и фосфоритование почв, применение органических и минеральных удобрений позволяют существенно повысить урожайность выращиваемых зерновых культур, в том числе яровой пшеницы [1–3]. В этой связи уместно привести высказывание В.И. Кирюшина о том, что со стороны наиболее консервативной части общества имеются попытки отказаться от применения минеральных удобрений и пестицидов, что многие задачи оптимизации земледелия и предотвращения деградации почв трудно решить без их применения [4].

Яровая пшеница в Удмуртской Республике является не главной зерновой культурой, однако ее посевные площади в 1990-е гг. стали расширяться, достигнув в 2000 г. 105 тыс. га (за 15 лет увеличились на 30 тыс. га). В структуре посевных площадей оптимальный размер площади ее посева в перспективе составляет 120 тыс. га, как наиболее ценной культуры продовольственного назначения [5]. Почвенно-климатические условия в республике – явно неблагоприятные для яровой пшеницы. Получение высокой урожайности с хорошим качеством продовольственного зерна возможно на окультуренных почвах, с использованием оптимальной системы удобрения. Для ее выращивания лучше подходит южная половина республики. В современных условиях наиболее целесообразным является комплексный подход к решению вопросов как воспроизводства плодородия почв, так и увеличения урожайности отдельных сельскохозяйственных культур. Сочетание минеральных, органических удобрений и известкования – один из основных факторов повышения плодородия почв, улучшения агрохимического их состояния [6]. Учитывая отсутствие достаточных финансовых и материальных средств, к разработке систем удобрения следует подходить с позиции ресурсосбережения. Цель работы – на основе анализа результатов исследования, проведенного в многолетнем стационарном опыте, выявить рациональные дозы и систему применения удобрений под яровую пшеницу.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проведено в длительном стационарном опыте, заложенном в 1971–1972 гг. с двукратным повторением во времени, который включен в реестр Географической сети опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова. Название опыта – “Влияние систем удобрения на плодородие почвы и продуктивность восьмипольного севооборота при длительном их применении”. Выдан аттестат длительного опыта под № 051 за подписью Президента РАСХН академика Г.А. Романенко и директора ВИУА Н.З. Милащенко.

Севооборот – 8-польный с чередованием культур: 1 – пар черный, 2 – озимая рожь, 3 – картофель в 1–3-й и кукуруза в 4–5-й ротациях, 4 – яровая пшеница + клевер, 5 – клевер 1-го г.п., 6 – клевер 2-го г.п., 7 – озимая рожь, 8 – ячмень. С момента закладки прошло 6 ротаций. Схема опыта состоит из 2-х факторов. Фактор А – фон: 0 – нулевой, Изв² – известь по 1 Н_г в начале 1-й ротации севооборота + известь по 2 Н_г в начале 2-й ротации, Нав⁵Сид – навоз 40 т/га внесли в 1-й ротации севооборота + по 60 т/га во 2–5-ю ротации + сидерат в 6-й ротации; Изв²Нав⁵Сид – известь по 1 Н_г в 1-й и по 2 Н_г во 2-ю ротации +  навоз 40 т/га в 1-й и по 60 т/га во 2–5-ю ротации + сидерат в 6‑й ротации. Фактор В – варианты с минеральными удобрениями. Фосфорные и калийные удобрения вносили осенью под зяблевую обработку, азотные удобрения – до посева под предпосевную культивацию. В 3–6-й ротациях дважды за ротацию севооборота запахивали солому озимой ржи. В 6-й ротации вместо навоза в пару заделали сидерат – горохоовсяную смесь с массой 18 т/га. Дополнительно к фону изменяли в вариантах дозы минеральных удобрений в ротациях севооборота с целью повышения плодородия почвы, выявления действия разных сочетаний удобрений на почву и урожайность культур, а также в связи с переходом на адаптивно-ландшафтную систему земледелия, в которой основным направлением для изучения и внедрения стали биологизация земледелия с одновременным снижением уровня применения минеральных удобрений. Все изменения согласованы с комиссией по вопросам методики исследований ВИУА–ВНИИА.

Почва – дерново-среднеподзолистая среднесуглинистая с агрохимическими показателями до закладки опыта: рН_KCl 5.0, Н_г по Каппену – 2.7 мг-экв /100 г, S (сумма поглощенных оснований) по Каппену–Гильковицу – 14.8 мг-экв/100 г, Р₂О₅ (по Кирсанову) – 52.0, K₂О (по Кирсанову) – 92 мг/кг почвы, гумус по Тюрину – 2.5%. Сорта яровой пшеницы, высеваемые в опыте в ротациях: в 1-й – Отечественная, во 2-й – Московская 35, в 3-й – Энита, в 4-й – Иргина, в 5-й – Ирень, в 6-й – Свеча. Повторность опыта четырехкратная. Статистическую обработку данных урожайности провели методом дисперсионного анализа данных многофакторного полевого опыта (метод рендомизированных повторений–блоков) по [7]. Статистическую обработку средней урожайности 2-х закладок опыта (табл. 2) провели этим же методом с данными 8-ми повторений (по 4 повторения в каждой закладке). Наблюдения метеоусловий вели на агрометеорологической станции “Ижевск” на смежных полях стационарного опыта.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Погодные условия в период вегетации растений яровой пшеницы чаще всего складывались неблагоприятные из-за недостатка выпавших осадков. Относительно благоприятными для формирования ее урожая были погодные условия 1974 г. (1-я закладка 1-й ротации севооборота). Во 2-й закладке в 1975 г. вследствие засухи урожай сильно пострадал. Таким же засушливым был 1982 г. во 2-й ротации, 1983 г. выдался более благоприятным. В 3-й ротации 1990 г. оказался благоприятным, в 1991 г. осадков выпало: в июне – 38.2%, в июле – 80% нормы. В 4-й ротации севооборота погодные условия в оба года выращивания пшеницы были неблагоприятными: в 1998 г. за период всей вегетации растениям не хватало влаги (в мае осадков выпало 70.5, в июне – 90, июле – 58.9% нормы, в 1999 г. в июне – 35.8%). В 2006 г. (5-я ротация) июнь был также засушливым, осадков выпало всего 35% нормы, но 2007 г. выдался влажным: в мае, июне и июле осадков выпало 149, 129 и 192% соответственно. В 6-й ротации тоже повторялись засушливые периоды. В 2013 г. уже в мае наметился недостаток осадков (83.5%), в июне выпало всего 36.2% нормы. В 2014 г. засушливым оказался май (40.8% осадков).

Неблагоприятные погодные условия отрицательно влияли на урожайность яровой пшеницы. Практически в каждой ротации севооборота она попадала в засуху. В жестких условиях засухи формировалась очень низкая урожайность яровой пшеницы: в 1975 г. – 4.5–8.7, 1982 г. – 5.4–9.8 ц/га, поэтому показатели этих лет не рассматривали. В 1974 г. урожайность составила 20.6–29.3 ц/га (табл. 1). Влияние фонов в варианте без минеральных удобрений на величине урожайности не проявилось (21.3–21.5 ц/га). Следовательно, последействие навоза закончилось еще на 2-й культуре – картофеле. Не отмечено действие и извести в сочетании с навозом. Внесение минеральных удобрений привело к повышению урожайности пшеницы. Наибольшие прибавки, с преимуществом на известкованных фонах, получены в варианте с внесением полного минерального удобрения – 6.4–7.8, а также в варианте NP – 4.6–7.2 ц/га. Поменьше были прибавки в варианте NK на известкованных фонах – 4.3–4.9 ц/га. Не привело к повышению урожайности применение фосфорно-калийных удобрений.

Во 2-й ротации севооборота в благоприятном 1983 г. урожайность яровой пшеницы в контрольных вариантах без внесения минеральных удобрений составила: в 1983 г. – 26.6–31.5, что было больше на 5.1–10.1 ц/га по сравнению с 1974 г., причем более высокие прибавки были на фонах с внесением навоза под 1-ю и 2-ю ротации. Действие минеральных удобрений проявилось только в варианте РK – с фосфорно-калийными удобрениями.

В 1990 г. (1-я закладка 3-й ротации) для яровой пшеницы выдались благоприятные погодные условия. Показатели урожайности по фонам в контрольном варианте практически были сравнимы с данными 1983 г., тогда как в вариантах с минеральными удобрениями они были более схожими с данными 1974 г. Наиболее высокая урожайность пшеницы была получена на унавоженных фонах с внесением полного минерального удобрения N90Р60K60 (39.1–41.8 ц/га), и несколько меньше на нулевом и известкованном фонах (36.3–37.0 ц/га). Соответственно были высокими прибавки от минеральных удобрений: 9.5–12.4 и 9.6–10.8 ц/га. На втором месте по величине урожайности и прибавок был вариант NР с показателями 33.7–38.4 и 7.0–9.2 ц/га соответственно.

Во все последующие годы выращивания пшеницы в опыте создавались менее благоприятные погодные условия. В 1991 г. из-за недостатка влаги урожайность в контрольном варианте снизилась до 18.8–22.3 ц/га, а наибольшая сформировалась в варианте N90Р60K60: на нулевом и известкованном фонах – 28.1–29.8, на унавоженных фонах – 30.8–31.0 ц/га. Прибавки составили 9.3–9.7 и 8.7–9.9 ц/га соответственно. Все парные варианты обеспечили получение достоверных прибавок урожая, но наибольшими прибавками выделился вариант NР.

Яровая пшеница в 4-й ротации на обеих закладках испытывала дефицит влаги, в результате чего урожайность сильно пострадала. В варианте без удобрений величина ее в зависимости от фонов изменялась: в 1998 г. – в пределах 8.8–13.8, в 1999 г. – 9.4–18.8 ц/га. Более высокая урожайность (21.2 и 21.6 ц/га) и соответственно прибавки отмечены в вариантах с внесением всех 3-х элементов питания. При этом наибольшая прибавка получена в 1998 г. на известково-унавоженном фоне (7.4 ц/га), в 1999 г. – на нулевом фоне (8.1 ц/га). Достоверными были прибавки и в парных вариантах: в первой закладке в варианте NP на унавоженных фонах, в варианте NK – на известково-унавоженном фоне, в варианте РK – на известкованном и унавоженных фонах. Во 2-й закладке в вариантах NP, NK на нулевом, известкованном и NP – известково-унавоженном фонах.

В 5-й ротации парные варианты были преобразованы в однокомпонентные с целью выявления действия элемента питания в чистом виде (без сочетания с другими элементами) в насыщенном удобрениями длительном севообороте. Так сложилось, что наибольшая урожайность в 2006 г. была не в трехкомпонентном варианте, как в предыдущих ротациях, а в одном из однокомпонентных вариантов. На нулевом фоне наибольшие урожайность и ее прибавка оказались в варианте K40 (27.0 и 8.7 ц/га соответственно), на известкованном фоне – в варианте N40 (28.9 и 8.2 ц/га), на фоне навоза – также в варианте N40 (38.0 и 11.1 ц/га), и лишь на фоне извести + навоза – в варианте с полным удобрением N40Р40K40 (35.2 и 11.4 ц/га). В условиях необычно влажного 2007 г. эффективность удобрений в связи с вымыванием азота и отчасти калия заметно снизилась. На нулевом и известкованном фонах наилучшее действие оказало внесение азотных и азотно-фосфорно-калийных удобрений, на фонах навоза и извести + навоза – полное удобрение и внесение калийного удобрения.

Недостаточное количество выпавших осадков в июне 2013 г. (6-я ротация) резко снизило урожайность яровой пшеницы – до 6.6–8.7 ц/га в вариантах без минеральных удобрений. Эффективность минеральных удобрений в этих условиях зависела от последействия фоновых удобрений. На нулевом фоне (без извести и навоза) с повышением доз удобрений урожайность пшеницы увеличивалась до уровня применения доз N40Р40K40–N50Р50K50, на известкованном фоне – до уровня доз N40Р40K40–N60Р60K60, на унавоженных фонах – до уровня доз от N30Р30K30 до N60Р60K60. В условиях лучшей обеспеченности влагой в 2014 г. в варианте без минеральных удобрений урожайность в зависимости от фона изменялась в пределах 20.9–26.4 ц/га (наибольшая была на фоне навоза). На нулевом и известкованном фонах, чтобы получить наибольшую урожайность, достаточным оказалось внесение удобрений в дозе N10Р10K10 (29.2 и 28.0 ц/га), на фоне навоза и на фоне навоза + извести – в дозе N60Р60K60 (35.7 и 38.3 ц/га).

Приведенные данные свидетельствовали о значительном влиянии погодных условий на урожайность яровой пшеницы. При недостаточном количестве выпавших осадков эффективность минеральных удобрений резко снижалась. В этой связи определенный интерес представляет рассмотрение усредненных данных 2-х закладок опыта (табл. 2).

В 1-й и во 2-й ротациях севооборота средняя урожайность пшеницы 2-х закладок опыта изменялась в зависимости от фона и варианта так же, как в более благоприятные 1974 и 1983 гг. В 3-й ротации наибольшая урожайность формировалась на известково-унавоженном фоне в варианте с внесением полного минерального удобрения N90Р60K60 – 36.4 ц/га. За ним следовали унавоженный, известкованный и нулевой фоны. На всех фонах более высокая эффективность минеральных удобрений была при совместном внесении NPK, несколько меньше – со снижением в ряду парных вариантов NP, NK и РK- удобрений. Высокая роль азота в повышении урожайности яровой пшеницы выявлена и на дерново-слабоподзолистой среднесуглинистой почве в Республике Марий Эл. На хорошо обеспеченной подвижными формами фосфора и калия почве прибавка урожая пшеницы сорта Симбирка от Р60K60 в среднем за 4 года составила ≈1 ц/та, от N30Р60K60 – 3 ц/га (с изменениями от 2-х до 8-ми ц/га) [8]. Долевое участие минеральных удобрений в формировании урожая яровой пшеницы сортов Крепыш и Приокская в благоприятные годы на опытном поле Марийского НИИСХ составляло 76–80%, в засушливые годы снижалось до 43–52% [9]. Однако и без внесения минеральных удобрений в наших опытах при дефиците влаги, который складывался в 4-й ротации, урожайность пшеницы по сравнению с 3-й ротацией снижалась: на фоне извести + навоза – с 25.8 до 15.0 ц/га (на 42%), навоза – с 25.2 до 16.2 (на 36%), извести – с 23.8 до 9.4 (на 60%), нулевом фоне – с 22.2 до 10.5 ц/га (на 53%). Прибавки от минеральных удобрений также наибольшими были в вариантах с NPK и небольшим снижением в вариантах NP и NK. Лишь в варианте РK на фоне извести с навозом прибавка была не достоверной.

В 6-й ротации урожайность по фонам наибольшей величины достигла в варианте с полным NPK-удобрением, на 2-м месте был вариант с внесением только азота (на нулевом фоне – калия). На 3-м месте был вариант с внесением фосфора, однако на фоне извести прибавка практически отсутствовала. Более наглядными были изменения урожайности пшеницы в зависимости от уровня минеральных удобрений в 6-й ротации. Эффективность их на всех фонах была высокой. На нулевом фоне урожайность пшеницы повышалась до уровня варианта применения N50P50K50, на фоне извести – до варианта N40P40K40, на фоне навоза – до варианта N30P30K30. Наибольшая урожайность на фоне навоза была получена при применении N60P60K60, на фоне извести + навоза – до дозы N60P60K60, причем на этом фоне прибавки были самыми высокими – от 5.1 до 9.2 ц/га. Из парных вариантов лучшее действие на урожайность оказали NP- и NК-варианты. По данным работы [10], на дерново-подзолистой суглинистой почве опытного поля Ижевского ГСХА наибольшая урожайность яровой пшеницы Иргина, почти 30 ц/га, в благоприятном году была получена при использовании минеральных удобрений в дозе N90Р45K45 на фоне запашки зеленой массы рапса. В неблагоприятные по гидротермическим условиям годы более высокая урожайность (17–18 ц/га) сформировалась при той же дозе удобрений на фоне внесения соломы в качестве удобрения. В работе [11] (НИИСХ Северо-Востока) пришли к выводу, что урожайность большинства сортов яровой пшеницы возрастала до дозы N90Р90K90, сорта Свеча – до дозы N60Р60K60. Окупаемость 1 кг д.в. внесенных удобрений зерном пшеницы в среднем за 18 лет составила 3.6–8.0 кг/кг. В работе [12] (Пермский НИИСХ) установили, что минеральные удобрения в дозах N30Р30K30–N150Р150K150 способствовали повышению урожайности яровой пшеницы сорта Горноуральская на 3–17 ц/га по сравнению с контролем.

Окупаемость удобрений зависела от величины урожайности пшеницы и доз внесенных удобрений. В засушливые годы с резким снижением урожайности, а также с повышением доз удобрений их окупаемость прибавкой урожая снижалась. В относительно благоприятных погодных условиях 1974 г. (1-я ротация), несмотря на внесение высоких доз удобрений величина окупаемости удобрений в зависимости от фона, хотя и была невысокой, но менялась в пределах удовлетворительных показателей: в варианте с внесением NPK в дозе 210 кг/га – 3.0–3.7, NP в дозе 150 кг/га – 3.1–4.8 кг/кг (табл. 3). Во 2-й ротации севооборота дозы удобрений были увеличены до 300 кг д.в. NPK/га и до 210 кг/га – NP и NK. К тому же засуха в одной из закладок опыта (в 1982 г.) отрицательно повлияла на урожайность. В результате показатели окупаемости удобрений в среднем за 2 года снизились практически до нуля, за исключением варианта с внесением 180 кг PK/га, где окупаемость составила 1.3–2.3 кг/кг вследствие большей урожайности.

Третья ротация по дозам удобрений была одинаковой с 1-й, а условия в среднем лишь немного лучше. Окупаемость удобрений в парных вариантах изменялась незначительно, в варианте NPK показатели увеличились до 4.6–5.0 против 3.0–3.7 кг/кг в 1-й ротации. Практически такой же была окупаемость NP-удобрений на фонах извести и извести + навоза. В 4-й ротации вследствие низкой урожайности пшеницы при дефиците влаги, окупаемость удобрений составила всего 0.3–2.2 кг/кг.

Значительно выше окупаемость 1 кг NPK-удобрений прибавкой урожая была в 5-й ротации севооборота, что связано с повышением урожайности и снижением доз удобрений до 40 кг д.в. каждого элемента/га. Окупаемость полного минерального удобрения N40Р40К40 составила: на фоне без внесения извести и навоза – 9.8 кг зерна/кг NPK, на известкованном и известково-унавоженном фонах – 8.3–8.4, на фоне навоза – 5.7 кг/кг. В варианте N40 на фоне без извести и навоза (нулевой фон) окупаемость увеличилась до 11.5, на фоне извести – до 22.8 на унавоженных фонах – до 16.8–17.5 кг/кг. Наибольшая окупаемость фосфора в дозе 40 кг/га была получена на нулевом фоне (15.0) и на фоне извести с навозом –13.2, калия – на фоне извести с навозом (14.8 кг/кг). Высокие показатели окупаемости яровой пшеницы были получены и в Республике Татарстан [13]. Расчеты проведены на основе временных рядов урожайности за 1964–2005 и 1964–2016 гг. отдельно минеральных, органических удобрений и их суммы в кг д.в. NPK в масштабе республики с использованием скользящих средних урожайности при длине шага 11 и 22 года. Получен следующий результат: для минеральных удобрений – 10.6–11.2, для органических – 13.3–18.7 и для их суммы – 5.3–7.0 кг зерна/кг удобрений.

Более показательными были усредненные данные двух закладок опыта в 6-й ротации севооборота, урожайность в которых из-за погодных условий резко отличалась. Кроме того, более детально изучали влияние доз удобрений. При внесении наименьших доз минеральных удобрений (N10Р10K10) окупаемость их на разных фонах варьировала в пределах от 11.0 до 21.0 кг/кг. В опыте [8] при использовании дозы N20Р10K10 окупаемость удобрений достигла величины 12.1 кг/кг. С повышением доз окупаемость снижалась. В наших опытах в среднем в зависимости от фона она составила: при N10Р10К10 – 15.4, N20P20K20 – 6.3, N30P30K30 – 5.3, N40P40K40 – 4.0, N50P50K50 – 3.3, N60P60K60 – 3.5 кг/кг.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Длительные исследования на дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах Удмуртской Республики показали, что в благоприятные годы по количеству выпавших осадков на удобренных почвах урожайность яровой пшеницы может достигать 41 ц/га (36.4 ц/га в среднем за 2 года). При недостаточном количестве осадков урожайность снижалась до 18 ц/га и менее. Наибольшая урожайность пшеницы формировалась на известково-унавоженном фоне, далее – на унавоженном, известкованном и меньшая – на нулевом (без извести и навоза) фоне. На перечисленных фонах внесение полного минерального удобрения (NPK) обеспечивало получение наибольшей урожайности. С повышением удобренности фона оптимальная доза применения минеральных удобрений снижалась: с N50P50K50 на нулевом фоне и N40P40K40 на фоне извести до N30P30K30 на фоне навоза и N10P10K10 на фоне извести + навоза. Увеличение доз до N60P60K60 на известкованных фонах повышало урожайность яровой пшеницы.

Данные окупаемости удобрений свидетельствовали о ее зависимости от величины урожайности пшеницы и доз удобрений. С учетом уровня развития хозяйств, для получения урожайности зерна пшеницы 20–30 ц/га им рекомендуется вносить NРK от 10 до 60 кг д.в. каждого элемента/га, что может обеспечить получение окупаемости удобрений в пределах с 21 до 5 кг/кг на фоне извести с навозом, с 13 до 4 кг/кг на фоне навоза, с 16 до 3 кг/кг на нулевом и известкованном фонах.