Агрохимия, 2023, № 2, стр. 29-35

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время важнейшей задачей земледелия является эффективное применение минеральных удобрений, особенно азотных. По многочисленным данным, ≈20% технического недешевого азота удобрений по разным причинам непроизводительно теряется [1, 2]. Среди причин подобных потерь – вымывание из корнеобитаемого слоя, иммобилизация в почве в органической форме и газообразные потери азота. Последний путь трансформации азота вносит наибольший вклад в снижение эффективности азотных удобрений. Существует несколько методов снижения потерь азота удобрений [1–10]: 1 – использование аммонийных и амидных форм легкорастворимых азотных удобрений. В отличие от нитратов катион NH$_{4}^{ + }$ в почве фиксируется в составе ППК, теряет подвижность и не вымывается, при этом доступен растениям. Однако этот азот подвергается биологическому окислению с образованием нитратов и нитритов (нитрификация) и становится предметом и вымывания, и денитрификации. Кроме того, азот в виде аммиака может улетучиваться при использовании аммиачных, аммонийных и амидных удобрений, что происходит, как правило, при поверхностном их внесении на карбонатных и свежепроизвесткованных легких почвах с нейтральной и щелочной реакцией [8–10]; 2 – блокирование биологического окисления азота специальными веществами-ингибиторами нитрификации, которые вносят вместе с азотными удобрениями, например, широко применяемым во 2-й половине ХХ века препаратом “N-serve” [3]; 3 – применение медленно растворимых азотных удобрений, например, мочевино-формальдегидных удобрений [2, 4]. Однако производство таких удобрений оказалось экономически невыгодным; 4 – внесение гранулированных удобрений с покрытием гранул [2, 5]. В качестве покрытия использовали серу, органические полимеры и пр. В настоящее время разрабатывают и испытывают новые, экономически оправданные виды и модификации как пролонгированных форм азотных удобрений, в том числе с включением микроэлементов [6], так и удобрений с покрытием гранул [7].

В связи с этим цель работы – испытание эффективности новых гранулированных NPK-удобрений с покрытием гранул тонкой пленкой из смесей моно- и дикальцийфосфата на дерново-подзолистой почве при выращивании яровой пшеницы.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Покрытия наносили с применением лабораторного тарельчатого гранулятора на гранулированные NPK-удобрения марки 15 : 15 : 15, произведенные в промышленных условиях. Выбор ортофосфатов кальция в качестве материалов для покрытия был обусловлен тем, что эти вещества доступны, относительно дешевы, легко могут быть получены на предприятиях по производству минеральных удобрений. Также очень важно, что и монокальцийфосфат (МКФ), и дикальцийфосфат (ДКФ) являются хорошо изученными и широко применяемыми удобрениями, поэтому никаких вопросов по биоразложению покрытий (как в случае с применением полимеров) в этом случае не возникает. Скорость высвобождения питательных веществ можно регулировать как за счет изменения толщины покрытия, так и за счет изменения его состава. Обе соли являются усвояемыми, но имеют разную растворимость, поэтому, изменяя соотношение между монокальцийфосфатом и дикальцийфосфатом, можно также влиять на поступление питательных веществ в почвенный раствор.

Для проведения вегетационных опытов были приготовлены образцы NPK-удобрений с 3-мя видами покрытий: 1 – с покрытием толщиной 0.1 мм, состоящим из смеси МКФ с небольшим (до 5% масс.) количеством ДКФ. Небольшая добавка ДКФ сделана с той целью, чтобы не допустить угнетения корневой системы растений за счет избыточной кислотности. В дальнейшем этот тип покрытия обозначен как МКФ; 2 – с покрытием толщиной 0.1 мм, состоящим из смеси МКФ и ДКФ, взятых в равных долях, в дальнейшем обозначено как МКФ + ДКФ; 3 – с покрытием, идентичным по составу предыдущему, но толщиной 0.05 мм, в дальнейшем обозначено как 1/2 (МКФ + ДКФ). Эффективность новых удобрений испытывали в вегетационном опыте.

Для решения поставленной задачи в РГАУ–МСХА им. К.А. Тимирязева был заложен вегетационный опыт (табл. 1). Все варианты были выровнены по количеству внесенных элементов питания (за исключением контрольного и фоновых). Опыт проводили в сосудах Митчерлиха, емкостью 5 кг сухой почвы. Агрохимическая характеристика дерново-подзолистой, тяжелосуглинистой почвы представлена в табл. 2. Повторность опыта четырехкратная. Опытная культура – яровая пшеница сорта Любава. Опыт заложен 17 мая. В основных фазах развития растений были отобраны образцы с целью оценки темпов накопления биомассы растениями в зависимости от формы внесенного удобрения.

Содержание элементов питания в урожае определяли после мокрого озоления по Кьельдалю: валовое содержание азота – микрометодом Кьельдаля (ГОСТ 13496.4-93), фосфора – колориметрическим методом (ГОСТ 26657-97), калия – пламенно-фотометрическим методом (ГОСТ 30504-97).

При появлении признаков поражения растений мучнистой росой 22 июня была проведена обработка пропиконазолом. При появлении признаков поражения растений желтой пятнистостью 30 июня проведена обработка пенконазолом.

Опыт по изучению интенсивности нитрификации проводили в лабораторных условиях. В навеску почвы 450 г (естественной влажности) вносили азотные удобрения в дозе 200 мг N/кг сухой почвы, тщательно перемешивали, увлажняли (40 см³ дистиллированной воды на сосуд), помещали в пластиковые контейнеры без уплотнения и без крышки (аэробные условия). Контейнеры помещали в термостат и компостировали при температуре 25–30°С. Через 5 сут (далее через 10, 15, 20, 25 сут) почву из контейнеров высыпали, тщательно перемешивали и отбирали пробы почвы массой 30 г для анализа. Остаток почвы увлажняли (10 см³ дистиллированной воды), перемешивали и помещали обратно в контейнер и термостат для дальнейшего компостирования. В отобранных образцах почвы после высушивания определяли содержание нитратного азота спектрофотометрическим методом [11] при длине волны 220 нм на приборе СФ-26.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Урожай основной и побочной продукции яровой  пшеницы был убран 21 августа, высушен до воздушно-сухого вещества, определена масса зерна и соломы, соотношение основной и побочной продукции, масса одного колоса, масса 1000 зерен и озерненность колоса. Результаты опыта обработаны методом дисперсионного анализа и приведены в табл. 3.

Результаты показали, что все исследованные удобрения оказали существенное действие на урожай яровой пшеницы по сравнению с контрольным вариантом и фосфорно-калийным фоном. При этом урожай зерна в варианте с внесением NPK-удобрения с покрытием гранул монокальцийфосфатом был достоверно больше по сравнению с другими исследованными удобрениями – 17.3 г против 14.9–15.4 г/сосуд.

Аналогичные результаты получены и для урожая побочной продукции. Во всех вариантах опыта, с внесением исследованных форм минеральных удобрений урожай соломы был существенно больше по сравнению с контрольным и фоновыми вариантами. Наиболее высокий урожай получен также при внесении NPK-удобрения с покрытием гранул монокальцийфосфатом: 24.0 г против 22.7–23.3 г/сосуд.

Оценка структуры урожая позволила заключить, что применение NPK-удобрения с покрытием гранул монокальцийфосфатом способствовало увеличению массы колоса и его озерненности, а также повышению хозяйственного коэффициента, т.е. доли зерна в общей биомассе растений. Например, в варианте с внесением этого удобрения на единицу урожая зерна было сформировано 1.45 ед. побочной продукции, в то время как в вариантах с внесением других форм NPK-удобрений это соотношение варьировало от 1.47 до 1.56. Количество зерен в колосе увеличивалось до 25.5 шт. по сравнению с 21.5–23.9 шт. в вариантах с остальными удобрениями. Масса одного колоса составила 1.11 г при 0.96–1.07 г в вариантах с внесением других форм NPK-удобрений.

После учета структуры урожая был проведен химический анализ растительных образцов. По результатам химического анализа урожая (табл. 4) был рассчитан вынос элементов питания основной и побочной продукцией (табл. 5) и определены коэффициенты использования питательных веществ из удобрений (рис. 1).

Рис. 1.

Коэффициенты использования минеральных элементов из удобрений: (а) – азота, (б) – фосфора, (в) – калия, %.

Из результатов химического анализа следует, что вынос элементов питания тесно коррелировал с величиной полученного урожая, и наибольшее потребление питательных веществ отмечено в варианте с внесением NPK-удобрения с покрытием гранул монокальцийфосфатом, что свидетельствовало о большей доступности этого удобрения. Это подтверждено более высокими коэффициентами использования элементов питания удобрений в этом варианте опыта. Коэффициенты использования азота из удобрений с различным покрытием гранул были больше по сравнению со стандартным NPK-удобрением и варьировали в диапазоне 61–67% против 58%. В варианте с внесением NPK-удобрения с покрытием гранул монокальцийфосфатом коэффициент использования азота был наиболее высоким и достиг 67%, что было на 16% (абсолютных) больше, относительно NPK-удобрения без покрытия.

В целом в опыте коэффициенты использования фосфора были довольно низкими, что объясняется, с одной стороны, повышенным содержанием подвижных фосфатов в почве, а с другой, высокой дозой внесенного фосфора, обусловленной соотношением элементов питания в составе комплексных удобрений. Тем не менее, интерес представляет сравнение коэффициентов использования фосфора из разных форм NPK-удобрений, которое показало, что наибольшей доступностью для растений обладали фосфаты удобрения, гранулы которого были покрыты МКФ. При этом все виды покрытий способствовали заметному увеличению коэффициента использования фосфора относительно обычного NPK-удобрения. Коэффициенты использования калия из удобрений варьировали в меньшем диапазоне по сравнению с азотом и фосфором, и составили 38–42% при внесении удобрений с покрытием гранул и 35% при внесении NPK-удобрения без покрытия. Наибольшая доступность калия растениям также отмечена из состава удобрения с покрытием гранул монокальцийфосфатом.

Результаты лабораторного опыта по изучению нитрификации (табл. 6) показали, что покрытие гранул различными компонентами, особенно монокальцийфосфатом и ингибитором нитрификации существенно снижали интенсивность окисления аммонийного азота особенно к концу опыта. К 25-м сут наибольшая концентрация N-NO₃ (170 мг/кг) мг/кг была обнаружена в вариантах с NPK, минимальная (114 мг/кг) – в абсолютном контроле (в отсутствие азота удобрений).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследование действия NPK-удобрений с различным покрытием гранул показало, что к моменту наступления фазы кущения наиболее заметное действие на формирование биомассы яровой пшеницы из исследованных удобрений оказали формы удобрений с покрытием гранул из монокальцийфосфата. Растения, выращенные в вариантах с внесением этого удобрения, превосходили другие растения по темпам роста и накопления сырой и сухой массы.

Во время выхода в трубку наилучший результат также показали формы удобрений с покрытием гранул из монокальцийфосфата. В фазе колошения–цветения ситуация несколько изменилась и на первый план по морфо-биометрическим показателям вышли растения, выращенные в вариантах с внесением удобрений с различными по толщине покрытиями из смеси моно- и дикальцийфосфата.

Учет структуры урожая подтвердил предварительные выводы о большей эффективности удобрения с покрытием гранул монокальцийфосфатом (МФК). Урожай зерна яровой пшеницы в варианте с внесением этого удобрения был существенно больше по сравнению со всеми остальными формами удобрений. Внесение NPK-удобрения с покрытием МКФ способствовало увеличению массы и озерненности колоса, а также сужало соотношение между основной и побочной продукцией.

Результаты химического анализа урожая, расчет выноса и коэффициентов использования питательных веществ растениями подтвердили вывод о том, что наибольшей эффективностью обладало NPK-удобрение с покрытием гранул монокальцийфосфатом. Коэффициент использования азота из состава этого удобрения был больше стандартного удобрения на 16%, и на 10% больше по сравнению с NPK-удобрениями с покрытием гранул смесью моно- и дикальцийфосфата.