CC BY
11820. Холмов В.Г., Юшкевич Л.В. Интенсификация и ресурсы сбе- 23. Цырк А.Ф. Использование диагностических методов опреде-режения в земледелии лесостепи Западной Сибири,- Омск: Изд. ления потребности в азотных удобрениях в практике агрохимиче-ОмГАУ. 2006. - 396 с. ской службы,- Омск: ЦАС «Омский». 2004. - С. 34-39.
21. Гаизикое Г.П. Агрохимия азота в агроценозах / Рос. акад. с.-х. 24. Круптн П.П. Пути прогнозирования эффективности минераль-наук, Сиб. отд-ние. Новосиб. гос. аграр. ун-т. - Новосибирск, 2013. - ных удобрений. - Красноярск: Красноярский ГАУ, 2006. - 94 с. 790 с. 25. Азотный режим зональных пахотных почв Новосибирской об-
22. Рекомендации по применению азотных удобрений в земледе- ласти в условиях 2014 года. - Новосибирск: ФГБУ «Новосибир-лии Алтайского края. - Барнаул: АНИИСХ, 1989. - 31 с. ский», 2014. -23с.
SOIL DIAGNOSTICS OF NITROGEN NUTRITION AND APPLICATION OF NITROGEN FERTILIZERS
IN CROP ROTATION G.P. Gamzikov, Novosibirsk State Agrarian Universty Dobrolyubova ul. 160, Novosibirsk 630039, Russiai
The current study based on the more than 50 year-long research of field crops nitrogen nutrition specifics under conditions of Siberia. The current study offers the methods of diagnostics and indices of available nitrogen content in soil for making forecasts of crop requirement of nitrogen fertilizers. Efficiency offorecasts is proved by extra yields obtained by the nitrogen fertilizers application. Recommended doses of nitrogen fertilizers for main crops were developed taking in account soil and climatic conditions and levels of cultivation intensity.
Key words: soil nitrogen, regime of nitrates, forecast of content, farming method, agrochemical survey, forecasting, levels of content, nitrogen fertilizers, requirement determination, application rates, efficiency, success rate.
УДК 631.811.1:633.11
АЗОТ И КАЧЕСТВО ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ
A.A. Завалин, академик РАН, O.A. Соколов, д.б.н., ВНИИА 127550, Москва, Россия, E-mail: info@vniia - pr.ru
Q L
Обсуждаются результаты исследований по влиянию азотных удобрений на урожайность и качество зерна озимой и яровой пшеницы. Показано, что применение низких доз азотных удобрений или их отсутствие не могут обеспечить получение зерна пшеницы, соответствующее требованиям стандарта для продовольственного зерна. Внесение необходимых доз азота может обеспечить получение качественного зерна, которое зависит также от сроков применения азотного удобрения, предшественников. Внесенный азот удобрения равномерно включается во все фракции белкового комплекса пшеницы. При использовании возрастающих доз азотного удобрения до определенного уровня повышается урожайность зерна, при дальнейшем возрастании доз увеличивается содержание белка в зерне, но не изменяется урожайность зерна пшеницы.
Ключевые слова: озимая и яровая пшеница, азотное удобрение, накопление белка, урожайность зерна.
БОГ 10/25680/819948603.2018.100.03
Основными показателями оценки технологических качеств зерна пшеницы, регламентируемыми ГОСТ Р 52554-2006, являются: массовая доля сырого белка, массовая доля сырой клейковины, качество сырой клейковины, натура и ряд других. Кроме перечисленных выше параметров представляет интерес определение массы 1 000 зёрен. Все эти показатели качества зерна злаковых и бобовых культур являются сложными полигенными признаками, зависящими от нескольких морфологических и физиологических свойств растительного организма.
В зависимости от размеров показателей, зерно озимой и яровой пшеницы подразделяют на 5 классов. Качество зерна пшеницы зависит от почвенно-климатических условий, сорта, предшественника, сроков посева, удобрений и других факторов. Однако, наиболее действенным фактором являются условия азотного питания, которые регулируются применением удобрений.
Д. Н. Прянишников, рассматривая удобрения в более широком смысле и условия питания растений, как один из факторов в производстве продуктов, даваемых зем-
леделием, подчеркивал, что эти условия влияют не только на количество, но и на качество продуктов. В частности, синтез и накопление белков растениями зависят как от количества и качества азотистой пищи, получаемой корнями, так и от ряда других условий. Для многих возделываемых культур (зерновые, кормовые зернобобовые, крупяные) содержание белков в урожае - важнейший показатель его качества [1].
Качество урожая возделываемых культур является интегральным показателем, отражающим воздействие комплекса факторов на поступление, усвоение и метаболизм элементов питания в конкретных почвенно-климатических условиях. Оно закладывается гораздо раньше периода репродуктивного развития растений и во многом зависит от процессов реутилизации, транспорта и отложения в запас (одновременно или последовательно) большого количества сложных соединений. Если в отдельности эти процессы в определенной степени изучены, то во взаимодействии они не исследованы вовсе. Это относится и к действию азота на эти процессы. Характер действия азотного удобрения на качество продукции, как правило, оценивается по «конечному результату», сформированному урожаю.
Роль азота в биосинтезе белка растений хорошо известна [2], задача состоит в том, чтобы на конкретных примерах показать возможности различных видов и сортов сельскохозяйственных культур накапливать белок под действием азотных удобрений. Гораздо сложнее выяснение роли азота в накоплении в урожае других запасных веществ (углеводов, жиров, витаминов, солей). Сложность состоит в том, что азот не входит непосредственно в эти соединения и его действие скорее опосредовано. Кроме того, на действии азотного удобрения сказывается влияние целого комплекса факторов, зачастую не позволяющее вычленить влияние азота.
Качество зерна озимой и яровой пшеницы является следствием химического состава растений: установлена положительная зависимость между содержанием азота в растениях в фазе колошение - молочная спелость и количеством белка в зрелом зерне [2], у высокоурожайных сортов больше азота в растениях, чем у низкопродуктивных. Показано, что на хорошо- и среднеокульту-ренной дерново-подзолистой почве в Московской области оптимальной дозой азота для получения высокого урожая (5,7 т/га) и содержания белка в зерне в пределах 14,7-15,7% является N120. Повышенные дозы азотного удобрения до 150-180 кг/га снижают урожай и незначительно увеличивают содержание белка в зерне. При орошении карбонатного чернозема в Краснодарском крае повышение доз азотного удобрения до 90 кг/га увеличивает урожай зерна пшеницы на 0,4 т/га, при этом содержание белка в зерне повышается незначительно - на 0,8% [1].
Дробное применение высоких доз азотного удобрения в этих условиях увеличивает содержание сырого белка в зерне озимой пшеницы на 1-2% по сравнению с внесением всей дозы азота в один прием [3], что свидетельствует о более эффективном использовании азота для накопления белка. Подкормка азотом на выщелоченном черноземе Самарской области способствовала увеличению количества белка в зерне на 2,6% у большинства испытуемых сортов озимой пшеницы [4].
Между содержанием белка и сырой клейковины в зерне пшеницы существует тесная зависимость. Так для
условий Среднего Поволжья выявлена зависимость содержания в зерне озимой и яровой пшениц сырой клейковины от количества сырого белка, позволяющая прогнозировать качество зерна. При этом более тесная связь между этими показателями существует для яровой пшеницы [5].
При длительном (свыше 60 лет) внесении азотных удобрений в севообороте на дерново-подзолистой почве в Московской области улучшались технологические и хлебопекарные свойства зерна озимой пшеницы. Азот в сочетании с РК-удобрениями обеспечивал формирование зерна с содержанием сырой клейковины 28-32%, тогда как на почве без удобрений количество клейковины в зерне варьировало по годам от 17,5 до 26,5%. Стекловидность зерна пшеницы в большей степени зависит от использования азотных удобрений, а зольность зерна повышалась от применения РК-удобрений.
Основной физиологической причиной повышенного содержания белка в зерне высокобелковых генотипов пшеницы является пониженная доля зерна в общей биомассе растения. При повышении доз азотных удобрений содержание белка в зерне и продуктивность пшеницы растут (рис.), т.е. между этими двумя показателями существует положительная связь.
О 40 SO 12Q ISO N,iai/iv
Рис. Урожайность и содержание белка в зерне пшеницы в зависимости от увеличивающихся доз азотных удобрений [2]
(заштрихованная часть — зона, где имеется прямая зависимость междуурожайностью и содержанием белка в зерне)
Как правило, эта связь проявляется при внесении азотных удобрений в дозах 30-90 кг Ы/га. при дальнейшем повышении доз азота продуктивность растений не растет и даже может снижаться, а содержание белка в зерне продолжает расти. В засушливых условиях отмечаются торможение роста и падение продуктивности растений, а содержание белка повышается, т.е. между этими показателями наблюдается обратная зависимость. В этих условиях повышение содержания белка в зерне происходит не в результате усиления его синтеза, а вследствие торможения отложения крахмала в эндосперме зерна, что увеличивает относительное содержание белка в зерне.
Ценность зерна зависит не только от содержания белка, но и от его фракционного и аминокислотного состава. В литературе прослеживается мнение, что с повышением содержания белка в зерне под влиянием усиления азотного питания увеличивается доля запасных белков в суммарном белке, главным образом про-ламинов. Аргументом служит утверждение о том, что поскольку проламины содержат значительно меньше лизина, то с повышением содержания белка снижается
его содержание в белке, т.е. несколько уменьшается его биологическая ценность. Во всех методических пособиях указан метод фракционирования белков по Т.Б. Ос-борну, вместе с тем, за многолетний период исследований состава белков накопилось много и модификаций метода фракционирования: изменились число экстракций, время, концентрация и последовательность применения экстрагентов; используются различные виды солей при экстракции глобулинов, не проводится диализ при экстракции белков водой, что привело к появлению артефактов, выдаваемых за истину. Еще одним аргументом изменения фракционного состава белков служит положение о том, что под действием возрастающих доз азота уменьшается содержание лизина в белке. Однако содержание лизина снижается вследствие того, что абсолютная масса глиадинов растет сильнее, поскольку их доля в белковом комплексе максимальная.
В связи с этим представляют интерес результаты исследований, выполненных с применением стабильного изотопа азота 15М В сопоставимых условиях (серая лесная почва. Московская обл.) с повышением уровня азотного питания содержание белковых фракций и относительная доля азота удобрений в них увеличивались. Содержание белковых фракций росло пропорционально объему, занимаемому ими в белковом комплексе семян, в результате чего относительное их количество не менялось. С повышением доз азотного удобрения увеличивалось количество азота удобрения, используемое на синтез белковых фракций с 26-34 до 60-70%. Примерно такое же количество азота удобрений расходуется на синтез альбуминов и глобулинов специальных образований - алейроновых зерен семян возделываемых культур. Поэтому трудно представить, чтобы азот удобрения или почвы «узнавал в лицо» ту или иную белковую фракцию и отдавал ей предпочтение, преодолевая генетически закрепленный механизм синтеза белков и отложения их в запас.
Снижение доз азотных удобрений или полное их отсутствие отрицательно влияет на накопление белка в зерне яровой пшеницы. Однако снижение качества зерна пшеницы происходит не только в результате уменьшения содержания белка, оно при высоком содержании белка обусловлено действием окружающей среды не на общее его количество, а на физико-химические свойства запасных белков. Тем не менее, механизм действия условий окружающей среды на физико-химические свойства запасных белков не совсем ясен. Одним из путей решения проблемы является оптимизация азотного питания яровой пшеницы на всем протяжении онтогенетического развития. В последнее время отмечается снижение качества зерна яровой пшеницы вследствие: нарушения сортовой агротехники; недостаточного внесения азотных и других удобрений; размещения по плохим предшественникам; повреждения урожая клопом-черепашкой [6].
Содержание сырого белка и клейковины в зерне пшеницы не только изменяется под действием удобрений, но и зависит от почвенных и погодных условий. На обыкновенном черноземе Воронежской области при размещении после многолетних трав лучшее по показателям качества зерно яровая пшеница формировала при внесении N30, тогда как после кукурузы - при К,()РГ,(). При возделывании пшеницы по кукурузе азотные удобрения не снижали разжижение теста и не повышали его
валометрическую оценку. Однако в парных комбинациях с фосфором они увеличивали валориметрическую оценку на 5-6%, снижали разжижение теста на 7-15 единиц фаринограммы и повышали сопротивляемость теста к разжижению на 1' 15" - 2' 00" по сравнению с контролем. Увеличение дозы азота с 30 до 60 кг/га (на фоне Р30) при размещении пшеницы после многолетних трав не вызывало заметного улучшения технологических показателей качества зерна по сравнению с внесением одних азотных удобрений.
Азотные удобрения на выщелоченных черноземах Красноярского края в дозе 20 кг/га (на фоне Р40К40) повышали только урожай зерна, увеличение дозы азота до 60 кг/га способствовало росту урожая и улучшению качества зерна: повышалось содержание белка на 1,5%, клейковины - на 3,4 и стекловидности - на 7%. При возделывании пшеницы по пласту клевера некорневая подкормка азотом в фазе цветения не изменяла содержание белка и клейковины в зерне, поскольку в почве было достаточно доступных соединений минерального азота. Установлено также, что накопление белка и клейковины в зерне пшеницы в большей степени определяется дозами азотных удобрений (46%), а качество клейковины -погодными условиями в период вегетации.
Сорта твердой пшеницы и сильные сорта мягкой пшеницы содержат больше белка и лучше отзываются на удобрения, чем слабые сорта мягкой пшеницы. На выщелоченном черноземе в Башкортостане при внесении N60 содержание белка повышалось в зерне сильной пшеницы Саратовская 29 с 14,8 до 15,7%, твердой пшеницы Харьковская 46 - с 14,3 до 15,6, слабой пшеницы -с 13,1 до 13,8%. Содержание клейковины под действием удобрений у различных сортов яровой пшеницы меняется аналогично содержанию белка. Поэтому твердые и сильные пшеницы характеризуются более высоким содержанием клейковины (30-40%) и высокими технологическими показателями.
При внесении азотных удобрений в дозе 120 кг/га короткостебельные сорта яровой пшеницы накапливают сырого белка на 0,2-1,2% больше по сравнению с длинностебельными сортами [7]. При некорневой подкормке КАС эти различия увеличивались: короткостебельные сорта содержали сырого белка в зерне на 1,12,4% больше, чем длинностебельные.
В условиях выщелоченного чернозема Татарстана сорта яровой пшеницы неодинаково реагируют на изменение доз вносимых азотных удобрений. При повышении дозы азота до 120 кг/га содержание сырого белка в зерне сорта Харьковская 46 возрастает до 12,6%, а у сорта Московская 35 - до 13,7% (на контроле без азотного удобрения 9,5 и 10,9% соответственно. На южном черноземе Ростовской области при внесении азотных удобрений в дозах 30-90 кг/га сорта яровой пшеницы поздней селекции накапливают в зерне белка больше по сравнению с сортами ранней селекции [1].
Один из важнейших факторов, влияющих на продуктивность возделываемых культур, - обработка почвы, под действием которой изменяются физико-химические свойства, ее воздушный, водный и питательный режимы. Например, при минимальной обработке снижается обеспеченность растений азотом в начале их вегетации, уменьшаются запасы минерального азота в метровом слое почвы. В настоящее время альтернативой традиционной системе обработки почвы является технология
прямого посева (NO-Till, NT). Экологические преимущества выражаются в снижении техногенного пресса на почву, что дает возможность запустить механизм самовосстановления ее плодородия и саморегуляции биоце-нотических связей и максимально приблизить агрофи-тоценозы к естественным сообществам. Система NT отличается от традиционной уменьшением числа обработок и оставлением пожнивно-корневых остатков на поверхности почвы. Растительные остатки снижают в почве перепад температур. Почва, покрытая растительными остатками, будет прохладнее весной и летом и теплее осенью и зимой [8]. Оставленные мульча и стерня уменьшают испарение воды и способствуют сохранению влаги в почве. Созданный при NT микроклимат на поверхности почвы менее благоприятен для разложения растительных остатков, чем в самой почве. В результате замедляются разложение биомассы остатков и высвобождение азотсодержащих веществ, т.е. снижается их доступность растениям. При нулевой обработке возрастают потери азота (вследствие улетучивания NH3) при внесении таких форм азотных удобрений как мочевина, безводный аммиак, карбамид и аммиакаты. Учитывая это, для получения высококачественного зерна пшеницы требуется вносить дополнительное количество азотных удобрений, азот которых необходим как для разложения растительных остатков, так и для формирования величины и качества зерна выращиваемой пшеницы.
Эффективность азотного удобрения под яровую пшеницу определяется предшественником. Например, на дерново-подзолистой почве аммиачная селитра повышала урожайность зерна после клевера с 2,3 до 3,6 т/га, после клеверо-тимофеечной смеси с 2,2 до 3,4, после тимофеевки только с 1,7 до 2,6 т/га.
Снижение применения в сельском хозяйстве минеральных удобрений вызывает необходимость поиска новых дополнительных источников азотного питания растений. Одним из таких источников может стать азот биологический. Установлено существенное изменение урожайности зерна яровой пшеницы от инокуляции семян препаратом флавобактерин. Инокуляция семян флавобактерином на фоне PK обеспечивает прибавку 0,25-0,30 т/га, или 12-15%, а на фоне NPK прибавка от биопрепарата достигает 0,35-0,44 т/га, или 14-15%.
Итак, азотные удобрения повышают урожайность зерна и улучшают его качество за счет большего накопления белка и сырой клейковины. Азот является эффективным средством управления качеством зерна яровой и озимой пшеницы. Для него характерно прямое включение в биосинтез азотсодержащих веществ (в первую очередь белков), под его действием изменяются активность ферментных систем, регулирующих биосинтез, и отложение веществ в запас, определяющих качество урожая. Сложность проблемы состоит в том, что действие азота тесно связано с факторами окружающей среды на протяжении всего периода вегетации растений. Однако механизм этой связи далеко не изучен, поскольку качество урожая является как комплексным, так и индивидуальным показателем для каждой культуры. Обеспеченность растений азотом в период вегетации служит основой формирования высокобелкового зерна пшеницы, азотная подкормка в период колошения-цветения повышает содержание белка и сырой клейковины в зерне пшеницы, при этом азот удобрения включается во все фракции белкового комплекса.
Литература
1. Завалин A.A., Соколов O.A. Потоки азота в агроэкосистеме: от идей Д.Н. Прянишникова до наших дней. - М.: ВНИИА 2016. -595 с.
2. Павлов А.Н. Повышение содержания белка в зерне. - М.:Наука, 1984.-120 с.
3. Воллепдт Л.П. Фосфорное и азотное питание озимой пшеницы и формирование урожая и качества зерна: Автореф. дис... д.с.-х. наук. - М.: ВИУА. 1978. - 33 с.
4. Шафран С.А, Васильев АН, Андреев С.С. Эффективность азотной подкормки различных сортов озимой пшеницы // Агрохимия. -2008.-№12.-С. 18-25.
5. Никитин CH. Оценка эффективности применения удобрений, биопрепаратов и диатомита в лесостепи Среднего Поволжья. -Ульяновск: УлГТУ. 2017. - 316 с.
6. Милащенко Н.З., Завалин A.A., Сычев В.Г., Самойлов Л.Н., Трушкин C.B. Факторы повышения эффективности удобрений в интенсивных технологиях возделывания пшеницы в России // Агрохимия. -2015. -С.13-18.
7. Пасынкова E.H. Агрохимические приемы регулирования урожайности и качества зерна пшеницы: Автореф. дисс. докт. биол. наук. -М.: ВНИИА 2014. -49 с.
8. Беляева ОН. Система NO-Till и ее влияние на доступность азота почв и удобрений: обобщение опыта // Земледелие. - 2013. - № 7. -С. 16-18.
NITROGEN AND QUALITY OF WHEAT GRAIN
A A Zavalin, O.A. Sokolov
Pryanishnikov Institute of Agrochemistry, Pryanishnikova ul. 31 A, Moscow, 127550, Russia, iiifo(S!vniia-pr.ru
The results of studies on the effect of nitrogen fertilizers on the yield and quality of grain of winter and spring wheat are discussed. It is shown that the use of low doses of nitrogen fertilizers or even their absence can not ensure the production of grain of wheat, which meets the requirements of the standard for food grains. The introduction of the necessary doses of nitrogen can ensure the production of quality grain, which also depends on the timing of the application of nitrogen fertilizer, predecessors. The introduced fertilizer nitrogen is uniformly included in all fractions of the protein complex of wheat. When using increasing doses of nitrogen fertilizer to a certain level, the grain yield increases, with a further increase in doses, the content ofprotein in the grain increases, but the yield of wheat grain does not change.
Key words: winter and spring wheat, nitrogen fertilizer, protein accumulation, grain yield.
