CC BY
21
УДК 633.11«321»:631.51
ДИНАМИКА УРОЖАЙНОСТИ И КАЧЕСТВА ЗЕРНА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ В ПРОЦЕССЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАШНИ
1 2 И.Ф. Каргин, д.с.-х.н., И.И. Игонов
1 Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева, e-mail: karginvi@yandex.ru 2Государственный центр агрохимической службы «Мордовский», e-mail: mqcas@mail.ru
Исследованиями выявлено, что выщелоченные черноземы характеризуются благоприятными физико-химическими свойствами: слабокислой реакцией почвенной среды, относительно высокой суммой поглощенных оснований, повышенным содержанием подвижных форм калия и фосфора. В засушливые и сильно засушливые годы (ГТК 0,5-0,9) урожайность зерна составила 2,51 т/га, в нормальные годы (ГТК 1-1,3) - 3,06, в переувлажненные (ГТК больше 1,4) - 2,46 т/га. Наибольшее влияние на урожайность зерна оказали погодные условия третьей декады мая, а на качество зерна второй и третьей декад июля.
Ключевые слова: яровая пшеница, почвы, агрохимические свойства, урожай, качество зерна.
THE DYNAMICS OF SPRING WHEAT YIELD AND QUALITY DURING PROLONGED USE OF PLOWLAND
I.F. Kargin, I.I. Igonov
Carried out researches revealed that the leached black soils are characterized by favorable physical and chemical properties such as reaction of sub-acidic soil, a relatively high amount of absorbed bases, high content of mobile potassium and phosphorus. In dry and very dry years (SCC 0,5-0,9) grain yield was 2,51 t/ha, in ordinary years (SCC 1-1.3 - 3.06), in the wettest years (SCC greater than 1,4) - 2,46 t/ha. The greatest influence on the grain yield had the weather of the third ten-day period of May, and the grain quality of second and third week of July.
Keywords: spring wheat, soil, agrochemical properties, yield, grain quality.
Урожайность и качество зерна яровой пшеницы в зерновом балансе Республики Мордовия во многом определяются технологией ее возделывания, погодными условиями, применением средств химизации, выбором сортов и содержанием основных элементов питания в почве [1-5].
Исследования проводили на реперном участке 8, расположенном на территории ГУП «Тепличное» Октябрьского района, и реперном участке 12, расположенном на территории ООО «Черемишевское» Лямбирского района Республики Мордовия. Почва чернозем выщелоченный тяжелосуглинистый. Основными источниками загрязнения были: резинотехнический комбинат, расположенный на расстоянии 200 м; литейный завод - 3-3,5 км; ТЭЦ-2 - 5 км; железная дорога - 50 м. Залегание грунтовых вод 1,6 м. На опытном поле по годам вносили следующие дозы полного минерального удобрения: 1997 г. - 58 кг д.в.; 2001 г. - 80; 2002, 2003, 2004, 2006 гг. - 48; 2008 г. -72; 2009 г. - 144 и 2010 г. - 72 кг д.в.
Гумус определяли по Тюрину, подвижные соединения фосфора и калия - по Кирсанову в модификации ЦИНАО; pHKCl - по методу ЦИНАО; гидролитическую кислотность по Каппену в модификации ЦИНАО; сумму поглощенных оснований - по Каппену. Анализ валовых форм тяжелых металлов (ТМ) в почве проводили рент-генофлуоресцентным методом. Атомно-абсорбционным методом в почве анализировали подвижные и кислото-растворимые формы ТМ. Определение ТМ в растительных тканях проводили атомно-абсорбционным методом в пламени воздушно-ацетиленовой горелки. Полученный экспериментальный материал обработан статистически методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов с применением пакета программ прикладной статистики Stat и Disman.
Метеорологические условия в годы исследований существенно менялись: 1997, 2001, 2002, 2010, 2011 гг.
характеризовались проявлением очень сильной и сильной засухи (ГТК менее 0,5); 2003, 2006, 2007, 2008, 2009 гг. были нормально увлажненные (ГТК 1-1,3); 1995, 2004 гг. - переувлажненные (ГТК более 1,4).
Агрохимическая характеристика пахотного слоя свидетельствует, что в нем происходит постепенное снижение органического вещества почвы (табл. 1). Степень кислотности черноземов, определяемая в солевой вытяжке, варьирует от слабо кислой до нейтральной, что в целом соответствует их генетическим особенностям. Изменения этого показателя находились в пределах ошибки опыта, хотя отмечена тенденция к подкислению почвенного раствора, что связано с отсутствием известкования.
Урожайность и качество зерна в целом соответствовали этим показателям по Республике (табл. 2). Это связано с большим природным потенциалом черноземов, имеющих распространение в регионе. Их благоприятные агрохимические свойства даже на фоне отсутствия органических удобрений и низкой насыщенности минеральными позволяют получать относительно высокие урожаи.
Величина урожая менялась в зависимости от складывающихся погодных условий почти в 2 раза, а качество в 1,6 раза. Согласно нашим данным, в засушливые и сильно засушливые годы (при ГТК 0,5-0,9) урожайность зерна составила 2,51 т/га, а в нормальные (при ГТК 1-1,3) -3,06 т/га. При ГТК больше 1,4 урожайность снижалась и составила 2,46 т/га.
Влияние погодных условий было неодинаковым в различные периоды развития растений яровой пшеницы. В первой и второй декадах мая влаги в почве было достаточно. Уравнение регрессии между урожайностью и величиной ГТК было незначимым.
В третьей декаде мая закладывались генеративные органы растения и уравнение регрессии между урожаем и ГТК было значимым и носило нелинейный характер: Yур. = 2,66 - 0,99X + 0,57X1
1. Агрохимические свойства пахотного слоя выщелоченных черноземов
Место и номер РУ Год Гумус, % рНка Нг СаО МцО Р2О5 К2О
мг-экв/100 г почвы мг/кг почвы
Октябрьский район, ГУП «Тепличное», РУ 8 1997 9,7 7,5 2,5 - 5,2 239 255
2001 8,1 5,8 2,8 16,7 3,7 211 197
2002 8,4 5,9 2,7 19,0 3,5 309 286
2003 7,7 5,9 3,8 25,6 7,8 238 218
2004 7,3 6,6 3,5 30,5 4,3 339 243
2005 6,6 6,2 1,6 22,8 5,0 225 237
2006 7,2 5,5 4,3 15,6 4,6 280 279
2008 7,9 - - 21,5 - 225 229
2009 6,0 5,5 4,1 33,0 5,5 230 170
2010 6,8 6,0 4,0 22,5 4,1 308 374
Среднее 13,7 7,7+0,3 10,9 6,1+0,2 20,3 3,5+0,2 27,3 23,1+2,2 28,5 4,8+0,2 17,2 264,3+15,2 28,2 243,4+22,9
Лямбирский район, РУ12 1995 7,6 6,0 4,18 - - 185 131
1999 8,5 6,9 3,4 27,8 7,6 196 142
2004 7,4 5,5 3,8 15,7 3,2 225 146
2006 8,0 5,5 4,7 22,9 4,8 210 142
Среднее 62 7,9+0,2 11,0 6,0+0,3 13,8 4,0+0,3 27,5 22,1+3,5 42,8 5,2+1,3 85 204,0+8,7 46 140,2+3,2
Примечание: в числителе - коэффициент вариации (%), в знаменателе - среднее арифметическое + среднее отклонение.
2. Урожайность и качество урожая яровой пшеницы на реперных участках
Год Урожайность, т/га Содержание в зерне, %
протеин азот фосфор калий кальций магний клетчатка зола
Октябрьский район, ГУП «Тепличное», РУ 8
1997 3,07 12,5 2,00 0,33 1,08 0,43 - 6,60 2,3
2001 2,04 13,70 2,19 0,26 0,57 0,23 0,21 2,26 2,24
2002 2,85 13,43 2,15 0,17 0,70 0,24 1,23 - 3,15
2003 2,19 11,88 1,89 0,41 0,95 0,15 1,21 3,14 9,59
2004 2,33 15,50 2,48 0,41 0,54 0,89 1,19 3,67 2,03
2006 2,43 12,44 1,99 0,68 0,60 0,20 0,54 3,97 1,77
2008 4,02 15,44 2,47 0,56 0,64 0,35 0,39 2,34 1,81
2009 3,61 13,79 2,42 0,35 0,59 0,57 0,52 2,95 1,26
2010 2,10 18,70 3,28 0,25 0,62 0,46 0,35 8,53 2,29
2011 3,53 17,13 2,74 0,33 0,94 0,33 0,35 3,66 2,20
2012 2,04 - 2,25 0,33 0,82 0,20 0,56 4,58 2,37
Среднее 25,8 2,7+0,2 15,0 14,15+0,7 17,9 2,32+0,14 41,9 0,38+0,05 26,8 0,70+0,06 59,4 0,39+0,08 61,1 0,71+0,15 53,3 4,18+0,79 86,7 2,94+0,85
ООО «Черемишевское» Лямбирского района, РУ 12
1995 2,90 16,12 2,58 3,46 0,48 0,33 - 5,8 1,74
1999 2,50 12,87 2,06 0,53 3,02 0,46 0,27 3,3 10,17
2004 2,03 14,81 2,37 0,23 0,46 0,69 1,21 3,43 2,21
2006 1,65 12,06 1,93 0,76 0,50 0,60 0,54 4,63 1,88
Среднее 24,0 2,27+0,03 13,2 13,97+0,92 13,2 2,24+0,15 44,1 0,50+0,11 42 0,48+0,01 31,7 0,60+0,09 71,9 0,67+0,28 27,3 4,29+0,59 103,0 4,0+2,06
Примечание: в числителе - коэффициент вариации (%), в знаменателе - среднее арифметическое + среднее отклонение.
Величины урожая до ГТК 1,0-1,2 менялись слабо, а затем с увеличением ГТК урожайность повышалась. Во второй декаде июня условия увлажнения существенно менялись (ГТК варьировал от 0,1 до 5,8). Зависимость между урожаем и ГТК представлена нелинейным уравнением: Уур. = 2,55 - 0,22Х - 0,6Х2.
При увеличении ГТК свыше 2,4 урожайность снижалась. В третьей декаде июня уравнение регрессии имело вид: Уур. = 2,16 + 0,63Х. Уравнение регрессии значимо (г = 0,72). При ГТК 0 до 2,8 происходило увеличение урожайности. В первой декаде июля зависимость урожая от метеорологических условий представлена нелинейным уравнением: Уур. = 2,70 - 0,08Х - 0,2Х2.
Отмечены периоды с сильной засухой и сильной степень переувлажнения (ГТК = 3,8). Поэтому отмечено увеличение урожая при ГТК 1,8, дальнейшее увеличение
этого показателя вело к снижению урожайности.
Содержание протеина в зерне достаточно высокое. В засушливые годы оно резко увеличивалось. Так, в 2010 г. в Октябрьском районе оно возросло до 18,70%. Расчет уравнения регрессии между содержанием в зерне протеина и ГТК по декадам свидетельствуют, что они становятся значимыми во второй и третьей декадах июля.
В условиях увеличивающейся антропогенной нагрузки на окружающую среду все острее встает задача получения безопасной растениеводческой продукции. Загрязняющие вещества (тяжелые металлы, радионуклиды, остаточные количества пестицидов и т.д.), содержащиеся в растительной массе, попадают в продукты питания и оказывают негативное влияние на организм человека. В связи с этим актуальность контроля безопасности растениеводческой продукции не вызывает сомнений.
3. Содержание в урожае яровой пшеницы
РУ Год Продукция Cu Zn Pb Cd Mn Fe Hg As
8 1997 Основная 2,30 22,04 0,50 0,06 6,74 15,22 0,037 0,038
Побочная 3,25 15,23 1,71 0,14 4,83 31,43 0,038 0,022
2001 Основная 1,30 21,60 0,99 0,02 28,40 187,40 0 0,014
Побочная 2,60 12,60 1,01 0,04 22,40 117,80 0,018 0,023
2002 Основная 1,20 27,50 0,21 0,01 19,10 72,60 0,009 0,005
Побочная 2,15 15,36 0,42 0,01 20,36 95,50 0,005 0,029
2003 Основная 0,88 10,68 0,49 0,01 12,26 89,66 0,016 0,005
Побочная 1,27 1,10 1,23 0,02 7,86 42,34 0,005 0,018
2004 Основная 4,21 35,45 0,41 0,01 15,48 58,40 0,006 0,005
Побочная 3,96 23,11 0,89 0,02 20,22 73,82 0,007 0,016
2006 Основная 3,53 25,57 0,23 0,01 10,83 37,06 0,004 0,007
Побочная 1,44 9,58 0,52 0,02 20,88 120,37 0,006 0,009
2008 Основная 3,38 35,90 0,37 0,02 25,9 45,15 0,006 0,021
Побочная 0,98 7,32 0,85 0,01 10,96 10,55 0,007 0,029
2009 Основная 4,08 14,48 1,50 0,05 22,57 53,54 0,001 0,02
Побочная 1,44 8,26 1,88 0,02 11,45 149,17 0,001 0,022
2010 Основная 2,39 14,55 0,48 0,08 12,06 106,49 0,003 0,073
Побочная 1,26 7,18 1,19 0,07 8,61 160,17 0,005 0,098
2011 Основная 1,87 31,97 0,19 0,014 23,06 80,83 0,002 0,016
Побочная 0,33 3,51 0,41 0,018 9,88 31,08 0,005 0,029
2012 Основная 3,06 21,38 0,27 0,015 29,45 42,94 0,002 0,018
Побочная 0,97 15,08 0,51 0,064 26,24 64,84 0,003 0,020
12 1999 Основная 3,95 36,33 0,02 0,01 18,22 - - -
Побочная 0,86 16,85 0,02 0,08 30,95 - - -
2004 Основная 3,37 19,66 0,32 0,01 12,55 67,34 0,007 0,022
Побочная 3,24 18,21 1,23 0,06 21,19 83,45 0,01 0,022
2006 Основная 3,24 32,54 0,2 0,09 10,04 40,35 0,005 0,011
Побочная 1,98 18,66 0,48 0,011 16,36 112,26 0,006 0,013
Содержание нитратов в продукции во всех случаях находится в пределах нормы. Это обусловлено как биологическими особенностями яровой пшеницы (основная часть продукции представлена зерном, то есть генеративными органами растений, способность которых к накоплению нитратов не высока), так и низкими дозами применения азотных удобрений (в ряде случаев и полным их отсутствием).
Накопление ТМ в растениях определяется содержанием их в почве. Превышения ОДК Pb выявлены в 1994-2003 гг., ^ - в 1994-2008 гг. Снижение антропогенных выбросов на поверхность почвы из-за приостановки экологически опасных производств привело к снижению загрязненности почвы Pb в 4,3 раза, Cd - более чем в 9 раз, ^ - в 1,4 раза, Zn - в 1,3 раза [6]. Процесс проникновения ТМ из почвы в растения яровой пшеницы сводится к преодолению внутренних барьеров растительного
организма, его физиологических и биохимических механизмов самозащиты. В результате в корнях концентрация ТМ максимальна, несколько меньше - в стеблях и лучше всего ограждены от токсических концентраций элементов репродуктивные органы -семена, поэтому в них содержание ТМ наименьшее. В среднем концентрация ТМ в корнях в 2,3 раза больше, чем в зерне, а в соломе - в 1,6 раза.
В наших исследованиях установлено, что концентрация меди и цинка в зерне яровой пшеницы соответствует нормативным требованиям экологической безопасности (табл. 4), т.е. содержание этих элементов в зерне в большинстве случаев близко к оптимальному. Иное дело по токсичным элементам. Так, по максимальной концентрации свинца в зерне яровой пшеницы в отдельные годы (2001, 2009 гг.) его содержание превышало ПДК.
Для оценки перехода радионуклидов из почвы в растения используют коэффициент накопления (табл. 5).
В соответствии с санитарно-гигиеническими нормативами содержание радионуклида цезия в продовольственном зерне должно быть не более 70, а стронция не более 40 Бк/кг [7]. В полученной продукции на реперных участках эти показатели значительно ниже, т.е. она безопасна по содержанию радионуклидов.
Таким образом, выщелоченные черноземы Республики Мордовия характеризуются благоприятными физико-химическими свойствами: слабокислой реакцией почвенной среды, относительно высокой суммой поглощенных оснований, повышенным и очень высоким содержанием подвижных форм калия и фосфора. За годы исследований даже на фоне низкого уровня применения удобрений происходит повышение урожайности. При урожае в первом периоде 2,50 т/га, во втором он увеличился на 21,6%, что связано с повышением культуры земледелия. В засушливые и сильно засушливые годы (ГТК 0,5-0,9) урожайность зерна составила 2,51 т/га, в нормальные годы (ГТК 11,3) - 3,06, в переувлажненные (ГТК больше 1,4) -2,46 т/га. Полученное зерно характеризуется высокими технологическими качествами и безопасно по содержанию нитратов, тяжелых металлов и радионуклидов.
Литература
1. Захаркина Р.А., Каргин Ю.И., Злотников А.К., Каргин В.И., Перов Н.А. Динамика валовых сборов зерна в Республике Мордовия // Земледелие, 2007, № 4. - С. 18-20.
2. Моисеев А.А., Каргин В.И. Продуктивность яровой пшеницы в зернотравяных севооборотах // Зерновое хозяйство, 2005, № 3. - С. 14-16.
3. Каргин В.И., Ерофеев А.А., Захаркина Р.А., Каргин Ю.И. Влияние средств химизации на урожайность и качество зерна яровой пшеницы // Защита и карантин растений, 2009, № 10. - С. 29-32.
4. Немченко В.В., Филиппов А.С. Оптимизация приемов агротехники перспективных сортов яровой пшеницы. // Земледелие, 2011, № 6. - С. 15-17.
5. Крючков А.Г., Бесалиев И.Н., Панфилов А. Л. Динамика содержания подвижных элементов питания под посевами яровой мягкой пшеницы // Земледелие, 2012, № 2.- С. 15-17.
6. Игонов И.И., Каргин И.Ф. Динамика содержания тяжелых металлов в процессе длительного использования пашни // Агрохимический вестник, 2012, № 4. - С. 31-33.
7. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехноло-гий. Методическое руководство. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. - 784 с.
