CC BY
0
Techniques for increasing the yield and quality of soybean seeds
N. A. Voronkova,
N. F. Balabanova, V. A. Volkova,
E. V. Tukmacheva
Omsk Agrarian Scientific Center, prosp. Koroleva, 26, Omsk, 644012, Russian Federation
Abstract. The study was conducted to determine the effect of different types of fertilizers, doses and methods of their application on the yield and quality of soybean seeds. The work was carried out in 2022-2023 in grain-fallow crop rotation under the conditions of the Omsk region. The soil of the experimental plot was meadow-chernozem, medium-thick, medium-humus, heavy-loamy. The experimental design included the following options: application of mineral fertilizers (factor A) - without fertilizers (control), background - N30P30, background + pre-sowing treatment of seeds with ammonium molybdate (Mo), background + Mo + inoculation of seeds with rhizotor-phin (strain 835); nitrogen fertilizing in the phase of beginning bean formation (factor B) - N0, N10. On average, over the years of research, the maximum soybean yield in the experiment (2.75 t/ha) was formed during pre-sowing treatment with rhizotrophin and ammonium mo-lybdate against the background of the addition of N30P30, despite the decrease in FP productivity to 3.4 kg of seeds. At the same time, the leaf area was 37.9 thousand m2/ha, which is 60 % higher than in the control. Inoculation with rhizotorphin had the greatest effect on the growth of its size. The complex use of fertilizers activated nodulation: the number of nodules increased by 94 %, their weight by 51 %. Foliar feeding in the N30P30+Mo+inoculation variant contributed to an increase in protein content by an average of 1.2 %. The amount of fat in seeds did not change significantly depending on the factors studied.
Keywords: soybean (Glycine max.); mineral and bacterial fertilizers; molybdenum; productivity; rhizotorphin; quality; photosynthetic productivity of crops.
Author Details: N. A. Voronkova, Doc. Sc. (Agr.), chief research fellow (e-mail: voronkova.67@bk.ru); N. F. Balabanova, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow; V. A. Volkova, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow (e-mail: volkovava1989@ yandex.ru); E. V. Tukmacheva, Cand. Sc. (Biol.), senior research fellow (e-mail: res81@mail.ru).
For citation: Voronkova NA, Balabanova NF, Volkova VA, et al. [Techniques for increasing the yield and quality of soybean seeds]. Zemledelie. 2024;(3):29-33. Russian. doi:10.24412/0044-3913-2024-3-29-33. ■
doi: 10.24412/0044-3913-2024-3-33-39 УДК 633.111: 631.81
Формирование зерна яровой пшеницы высокого качества при дифференцированном внесении азотных удобрений
Н. В. АБРАМОВ, доктор
сельскохозяйственных наук,
зав. кафедрой (e-mail:
abramovnv@gausz.ru)
С. В. ШЕРСТОБИТОВ, кандидат
сельскохозяйственных наук,
доцент
Государственный аграрный университет Северного Зауралья, Рощинское ш., 18, Тюмень, 625041, Российская Федерация
Исследования проводили с целью изучения процессов формирования зерна яровой пшеницы высокого качества в системе точного земледелия в северной лесостепи Тюменской области. Работу выполняли в 2018-2020 гг. в зернопропашном севообороте (кукуруза - яровая пшеница - яровая пшеница). Почва опытного участка - выщелоченный чернозем с плотностью сложения слоя 0...30 см 1,08...1,16 г/см3, наименьшей влагоемкостью - 31,4.35,6 %, пористостью - 54.55 %, рН - 5,7.6,4, со' ' водн. ' ' '
держанием гумуса - 7,21.7,91 %. Схема опыта включала изучение следующих вариантов: без применения минеральных удобрений (контроль); внесение аммиачной селитры на планируемую урожайность 3 т/га традиционным способом; дифференцированное внесение аммиачной селитры с учетом содержания элементов питания в почве и их коэффициента использования в режиме off-line. Предварительно проведена оцифровка полей, разбивка на элементарные участки (повторности), отбор почвенных проб с привязкой к географическим координатам с использованием бортового навигационного комплекса и геодезической программы MapInfo. Дифференцированное внесение удобрений осуществляли в соответствии с картой задания. Такой подход способствовал формированию зерна яровой пшеницы 1 класса. При этом в среднем за годы исследований наблюдали существенное увеличение содержания белка, по сравнению с традиционным способом внесения, на 0,47 %, сырой клейковины - на 5,7 %%, стекловидности зерна - на 3 %, массы тысячи зёрен - на 1 г. В среднем за годы исследований достоверная прибавка урожайности яровой пшеницы в варианте с дифференцированным использованием аммиачной селитры составила 0,28 т/га, относительно традиционного способа. Применение удобрений в системе точного земледелия более экономически
эффективно благодаря наименьшей себестоимости зерна - 7621 руб./т, максимальной в опыте чистой прибыли -16547руб./га и высокой рентабельности производства - 63 %.
Ключевые слова: качество зерна; урожайность; оптимизация минерального питания; минеральные удобрения; дифференцированный способ внесения; точное земледелие; яровая пшеница (ТгШсит aestivum).
Для цитирования: Абрамов Н. В., Шерстобитов С. В. Формирование зерна яровой пшеницы высокого качества при дифференцированном внесении азотных удобрений // Земледелие. 2024. № 3. С.33-39. doi: 10.24412/0044-3913-2024-3-33-39.
Хлебопекарной промышленности требуется зерно пшеницы высокого качества. Однако в нашей стране с большим разнообразием почвенно-климатических условий не всегда удается вырастить урожай зерна, подходящий для использования в продовольственных целях. Результаты мониторинга зернового рынка России подтверждают низкий объём производства высококачественного зерна. Положительная динамика селекционных успехов в выведении сортов пшеницы с хорошим качеством клейковины, высоким числом падения, стекловидностью и др. слабо реализуется на практике [1, 2, 3].
Для удовлетворения среднедушевого потребления хлебопродуктов 127 кг в год на человека мукомольные предприятия ориентированы на использование пшеницы низких потребительских свойств, объясняя это экономической выгодой и решением социальных вопросов населения. Неудовлетворительные показатели качества зерна они компенсируют, используя пищевые добавки, что не одобряется научным сообществом в вопросе целесообразности и безопасности их применения [4, 5, 6].
В связи с появлением инновационных технологий в отрасли растениеводства управление круговоротом и балансом химических элементов в системе почва-растение требует корректировки. Ограничивающий фактор выращивания зерновых хорошего качества - недостаток содер-
со
(D 3 ь
(D д
(D Ь 5
(D
Ы 2 О м -ь
жания элементов питания в почве, в первую очередь азота - ключевого компонента белков, важного макроэлемента, отвечающего за обмен веществ. Он входит в состав нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), молекул хлорофилла, витаминов, ферментов и др. [7, 8, 9].
Разнообразие ландшафтов, антропогенное влияние отразились на особенностях формирования почв с пространственным колебанием их плодородия. С одной стороны, традиционный способ внесения туков усреднённой нормы уже не удовлетворяет производителя, так как приводит к нерациональному использованию дорогостоящих минеральных удобрений. С другой стороны, цифровые технологии в точном земледелии дают возможность учитывать неоднородность почвенного плодородия и технически выполнить дифференцированное внесение минеральных удобрений по элементарным участкам [10, 11, 12].
Цель исследований - изучение влияния дифференцированного способа внесения азотных удобрений с использованием систем спутниковой навигации для оптимизации минерального питания яровой пшеницы, обеспечивающего формирование зерна высокого качества.
В задачи исследований входило: провести сравнительную оценку процессов формирования азотного режима почвы в течение вегетационного периода при различных способах внесения минеральных удобрений; изучить основные показатели качества зерна яровой пшеницы при различных способах внесения минеральных удобрений; определить экономическую эффективность инновационного подхода внесения минеральных удобрений в системе точного земледелия.
Работу проводили в 2018-2020 гг. в учебно-опытном хозяйстве ГАУ Северного Зауралья в условиях северной лесостепи Тюменского района Тюменской области.
Метод размещения делянок рен-домизированный в трехкратной по-вторности. Общая площадь опытного участка 10 га, учетная 0,5 га, размер делянки 71х71 м. Почва опытного поля - чернозём выщелоченный с плотностью сложения пахотного слоя - 1,08...1,16 г/см3, наименьшей влагоемкостью - 31,4.35,6 %, «¡г пористостью - 54.55 %, рН водной вытяжки - 5,7.6,4 ед., со-^ держанием гумуса - 7,21.7,91 %, азота по Къельдалю - 0,39.0,42 %, зг подвижного фосфора -| 48.186 мг/кг почвы и подвижного ^ калия 61.120 мг/кг по Ф. В. Чири-Ч кову (ГОСТ 26204-91).
Яровую пшеницу (сорт Новоси-| бирская-31) высевали взернопро-СЭ пашном севообороте: кукуруза -
яровая пшеница - яровая пшеница.
Схема опыта включала изучение следующих вариантов: без минеральных удобрений (контроль); азотные удобрения(аммиачная селитра) на планируемую урожайность 3 т/га (в среднем по годам исследований 39.56 кг/га действующего вещества) с традиционным способом их внесения; дифференцированное внесение азотных удобрений(аммиачной силитры) с учетом содержания элементов питания в почве и их коэффициента использования в режиме off-line.
Норму минеральных удобрений рассчитывали методом элементарного баланса для всех вариантов на каждый элементарный участок (повторность) опыта. Составляли карту задания внесения удобрений и экспортировали в бортовой навигационный компьютер (БНК). Компьютер «Агронавигатор» монтировали в кабине трактора New Holland. Для внесения рассчитанных норм посевным комплексом Jonn Deere 730 проводили калибровку поступления удобрений через высевающий аппарат, который связан с линейным актуатором (механизм для автоматического регулирования скорости вращения высевающей катушки), а он, в свою очередь, с БНК.
Расходы на приобретение бортового навигационного компьютера (БНК), проведение оцифровки полей и разделение их на элементарные участки приняты одинаковыми, так как согласно нового положения агрохимического обследования полей, центры агрохимических служб обязаны проводить отбор почвенных проб, их анализ на полях по каждому участку, которые в Западной Сибири при выращивании зерновых должны быть размером не более 20 га. Здесь же учитывалось, что при выполнении технологических операций возделывания культурных растений БНК становиться неотъемлемым технологическим решением автоматизированных процессов, в первую очередь параллельного вождения агрегатов.
Динамику изменения содержания азота в нитратной форме (по Грандваль-Ляжу, ГОСТ 27894.4-88) и его пространственную вариабельность в выщелоченном чернозёме наблюдали во времени: перед посевом (до внесения удобрений), в фазе всходов, кущения и полной спелости (перед уборкой культуры).
В ходе опыта определяли содержание белка в зерне (ГОСТ 10846-91), клейковины (ГОСТ 54478-201 1), натуры (ГОСТ 10840-2017), массовой доли катионов аммония, натрия, магния (ГОСТ Р 56374-2015), хлоридов (ГОСТ 13496.1-2019), количе-
ство глутаминовой и аспарагиновой кислот, аргинина, серина, треонина, пролина, аланина, фенилаланина, триптофана - методом капиллярного электрофореза (ГОСТ 55569-2013). Для оценки экономической эффективности высчитывали затраты, чистый доход, себестоимость зерна и рентабельность его производства. Математическая обработка результатов исследований проведена по Б. А. Доспехову с использованием программного продукта «SNEDECOR» (Сорокин О. Д. Прикладная статистика на компьютере. Краснообск: РПО СО РАСХН, 2004. 160 с.).
По погодным условиям 2019 г. характеризовался как благоприятный для роста и развития культурных растений. За вегетационный период яровой пшеницы атмосферных осадков выпало 324 мм, а сумма активных температур достигла 2180 °С. Гидротермический коэффициент (ГТК) составил 1,49, что свидетельствует о достаточном уровне увлажнения и тепла. В 2018 г. ГТК составил 1,28. По равномерности и своевременности выпадения атмосферных осадков вегетационный период был менее благоприятным: осадков выпало на 66 мм меньше (259 мм), чем в 2019 г. При этом в фазе кущения - выход в трубку их количество составило 24 мм, а в фазе колошения - 15 мм. За вегетационный период 2020 г. сумма активных температур увеличилась до 2463 °С, осадков - 226 мм. Гидротермический коэффициент составил 0,92. Полевой сезон отмечен дефицитом влаги, но относительно равномерным распределением осадков.
Для оптимизации минерального питания культурных растений на протяжении всего периода вегетации практически во всех регионах России установлен уровень содержания N-NO3 в почве, обеспечивающий наибольший эффект для получения хорошего и качественного урожая зерновых [13, 14, 15].
Исследования с применением изотопа азота показали высокую корреляцию между содержанием азота в верхних слоях почвы и качеством зерна яровой пшеницы [16, 17].
В прецизионном сельском хозяйстве, используя геоинформационные системы, внутри производственных площадей определяется пространственная изменчивость почвенного плодородия. Для точного земледелия это служит основой цифровых решений в оптимизации минерального питания агроцено-зов. Большой объём информации (BigData) об объекте позволяет дать объективную оценку протекающим процессам в почве и выработать правильное решение для достижения поставленных задач.
1. Динамика содержания нитратного азота (мг/кг почвы) в слое 0...30 см и его вариабельность (%) в зависимости от вегетационного периода яровой пшеницы (в среднем за 2018-2020 гг.)
Вариант опыта 1 До посева I Всходы Кущение Полная спелость
Без удобрений (контроль) 6,8* 8,9 9,8 4,3
26 31 22 25
Традиционный способ внесения 6,0 25,5 17,4 6,6
24 43 51 29
Дифференцированный способ 7,1 26,2 15,3 6,5
внесения 37 25 18 20
*в числителе - содержание, в знаменателе - вариабельность.
В среднем за годы опыта азотные удобрения как при традиционном, так и при дифференцированном способе их внесения увеличивали содержание элемента в нитратной форме на 19,1.19,5 мг/кг почвы в фазе всходов яровой пшеницы, относительно периода до внесения аммиачной селитры (табл. 1). Так, при традиционном способе внесения туков, содержание N-NO3 достигало очень высокого уровня обеспеченности, однако с ростом количества нитратного азота увеличивалось колебание его содержания по повторностям опыта на 3,7.11,0 мг/кг почвы, составив 26,7 мг/кг, 19,4 и 30,4 мг/кг соответственно. Это привело к повышению пространственной внутрипольной вариабельности нитратов к фазе всходов яровой пшеницы на 19 %.
Использование аммиачной селитры при дифференцированном способе по элементарным участкам в режиме off-line также обеспечивало очень высокий уровень содержания нитратного азота в слое 0.30 см к фазе всходов яровой пшеницы. При этом внесение удобрений с учётом содержания элементов питания в почве позволило снизить пестроту поля по нитратному азоту в среднем на 12 % относительно допосевного периода. Это следует расценивать как оптимизацию минерального питания культурных растений при внесении индивидуальных норм в микроучастках поля. Относительно посевов с традиционным способом при дифференцированном внесении культурные растения получали азот с учётом его содержания в почве, то есть им создавали более однородные условия по азотному питанию.
В фазе кущения яровой пшеницы, когда происходила закладка колоса, пространственная внутрипольная вариабельность содержания N-NO3 в слое 0.30 см снизилась на 7 %, относительно периода всходов.
Выращивание яровой пшеницы по общепринятой технологии с применением усреднённой нормы удобрений способствовало увеличению внутрипольной пестроты нитратного азота на 8 % относительно фазы всходов, даже при снижении его абсолютного содержания на 8,1 мг/кг. В контрольном варианте наличие нитратов в пахотном слое в фазе всходов составило 8,9 мг/кг почвы и соответствовало низкому уровню их содержания. Здесь также отмечали рост вариабельности содержания N-NO3, но с меньшей интенсивностью - на 5 %, по сравнению с допосевным периодом. Это на 12 % ниже, в сравнении с традиционным способом внесения туков, и на 6 % выше относительно дифференцированного. Указанная закономерность пространственной вариабельности содержания нитратного азота сохранялась в изучаемых вариантах опыта в фазе кущения яровой пшеницы.
Особенности формирования азотного режима почвы в эксперименте с различными способами внесения удобрений отразились на уровне достигнутого урожая и качестве зерна культуры. Оптимизация минерального питания в агроценозах при дифференцированном внесении азотных удобрений с использованием систем спутниковой навигации в режиме off-line способствовала развитию зерна более высокого класса, по сравнению с выращенным при традиционной технологии внесения
Рисунок. Содержание иона аммония в зерне яровой пшеницы, % к сухому веществу (НСР052018 г.-0,06; 2019 г. -0,01;2020г. - 0,05): ■ - безудобрений (контроль); Ш-традиционный способ внесения; -дифференцированный способ внесения.
удобрений и без их применения. Индивидуальные нормы внесённых удобрений согласно картам задания по элементарным участкам благоприятно влияли на формирование химического состава зерна, в первую очередь - на азотсодержащие соединения. Процесс питания растений определяется формами азота, которые они потребляют в виде иона аммония (NH4+) и нитрат-иона (NO3-). После восстановления нитратов до иона аммония происходит синтез аминокислот. Поглощение иона аммония для растений более предпочтительно, чем нитрат-иона, так как в этом случае растением затрачивается меньшее количество энергии для включения неорганического азота в состав органического вещества [18, 19, 20]. Однако при высокой степени насыщения растений ионом аммония, в большей степени его восстановленной формой - аммиаком (NH3), сдерживается трансформация нитратов в листьях растений, что препятствует их росту, а при вступлении в химическую реакцию с аминокислотами и белками происходит денатурция. В опыте содержание иона аммония отмечено в диапазоне 0,55.0,60 % к сухому веществу (см. рис.).
Установлена значительная положительная связь (r=0,64±0,13) между содержанием иона аммония и белка в зерне яровой пшеницы в варианте с дифференцированным внесением азотных удобрений. Следует отметить, что индивидуальная норма удобрений по повторностям опыта снижала вариабельность содержания иона аммония в зерне на 3 %, в сравнении с использованием усреднённой нормы. Такая закономерность положительных процессов в системе почва-растение объясняется пространственным выравниванием азотного режима при дифференцированном внесении минеральных удобрений с использованием систем глобального позиционирования (GPS, Глонасс) в точном земледелии.
Отражением оптимизации агрохимических условий выращивания зерновых служит количество азотистых веществ в зерне. Ранее проведёнными исследованиями установлено, что нитраты в зерне злаков могут достигать 2.40 мг/кг, что при ПДК - 93 мг/кг - не высокая величина, но в излишних количествах они 3 токсичны для живого организма [21]. | Вместе с тем нитратный азот име- л ет важное значение для биохимиче- д ских процессов в зерне. Благодаря Л ферменту нитроредуктазы нитрат s превращается в нитрит, который z
восстанавливается до аммиака, ко- ю
3
торый, в свою очередь, при участии м глутаматдегидрогеназы расходуется о на синтез аминокислоты белка [22]. 4
2. Аминокислотный состав зерна яровой пшеницы, в % на сухое вещество (среднее за 2018-2020 гг.)
сч о
СЧ О
Ф ^
Ф
4
Ф ^
5
ш СО
Вариант опыта Глутаминовая кислота Аспарагиновая кислота Аргинин
Без удобрений (контроль) 4,2 0,5 4,8
Традиционный способ внесения 4,7 1,2 3,5
Дифференцированный способ внесения 5,2 0,9 1,7
НСР05 0,4 0,3 1,0
В среднем за годы опыта нитратного азота в зерне яровой пшеницы накапливалось до 0,07 % на сухое вещество. Но даже при таком его малом количестве выявлена значительная положительная связь между Ы03- и содержанием белка в зерне (г=0,52±0,13). Существенных различий при среднем содержании в опытах фосфора - 0,33 %, калия - 0,50 %, серы - 0,04 % к сухой массе зерна между традиционным и дифференцированным способом внесения минеральных удобрений не обнаружено.
В варианте использования индивидуальной нормы удобрения на элементарных участках поля, в сравнении с традиционным способом их внесения, выявлено снижение содержания в зерне пшеницы количества натрия - на 0,07 % и хлора - на 0,047 %. Это свидетельствует о положительном влиянии дифференцированного способа внесения минеральных удобрений, так как рост содержания натрия и хлора в зерне, особенно хлорид-ионов, может привести к токсическому эффекту с резким снижением продуктивности растений.
Пищевые достоинства зерна яровой пшеницы характеризует аминокислотный состав его белка. Отражением сбалансированности аминокислот в белке служит содержание глутаминовой и аспарагино-вой кислоты, триптофана, цистина, метионина, тирозина, аргинина и др. Особое значение в формировании качественного зерна имеют глута-мин и глутаминовая кислота, которые участвуют в транспортировке азотных соединений в растениях, в метаболизме азота, обеспечивая культурные растения легкоусвояемой аминной формой.
Выравнивание содержания нитратного азота в почве после дифференцированного внесения минеральных удобрений обеспечивало повышенный уровень аминокислот в зерне яровой пшеницы. Так, глутаминовой кислоты здесь накапливалось достоверно больше: на 1,0 % - в сравнении с контролем, и на 0,5 % - в сравнении с традиционным способом (табл. 2).
Аспарагиновая кислота, в соответствии с современными нормами потребления человека, - один из важных показателей, характеризующих качество зерна [19]. Аспа-рагин отражает процессы форми-
рования зерна и служит донором аминогруппы при синтезе других аминокислот. В опыте наблюдали существенное влияние минеральных удобрений на повышение содержания аспарагиновой кислоты в зерне - в среднем на 0,4...0,7 % выше контроля. При этом традиционный способ имел значимое преимущество в накоплении аспарагиновой кислоты (на 0,3 %) в сухом веществе зерна относительно дифференцированного внесения. Аргинин - строительный элемент белковых соединений, который считают аминокислотным маркером стрессовых условий. Высокое содержание аргинина в зерне свидетельствует о частом и длительном нахождении культурного растения в неблагоприятных условиях. Растения пшеницы, выращиваемые по технологии точного земледелия, в меньшей степени были подвержены стрессовому состоянию из-за недостатка или избытка элементами питания. Это подтверждается низким содержанием аргинина в зерне, выращенном в варианте с дифференцированным внесением туков: существенно меньше - в 2,1 раза, чем при традиционной способе, и в 2,8 раза, чем при возделывании без минеральных удобрений. На содержание аргинина в зерне оказывали влияние погодные условия, в первую очередь атмосферные осадки, их количество и своевременное выпадение по фазам развития культурных растений. Например, содержание аргинина в зерне урожая 2019 г. при благоприятных условиях увлажнения в варианте без удобрений составило - 1,3 %, в 2020 г. - с неравномерным выпадением осадков в период вегетации - 1,9 %, а в более сухом 2018 г. - 5,1 %.
Оптимизация минерального питания при дифференцированном способе внесения азотных удобрений позволила получить более выровненное по качеству зерно яровой пшеницы. Вариабельность
содержания глутаминовой кислоты в варианте в среднем за годы опыта составила 29 %, аспарагиновой кислоты - 5 %, аргинина - 19 %. Внесение удобрений усреднённой нормой способствовало росту вариабельности содержания глутаминовой кислоты на 8 %, аспарагиновой кислоты - на 5 %, аргинина - на 1 %, в сравнении с дифференцированным внесением.
Химический анализ выявил, что количество серина,треонина, про-лина в зерне яровой пшеницы при традиционном способе внесения минеральных удобрений меньше на 0,4 %, чем при дифференцированном, лейцина - на 0,5 %. Не отмечено существенного влияния индивидуальных норм минеральных удобрений на содержание аланина, фенилаланина и триптофана. Колебания их количества в зерне были связаны только с погодными условиями.
Биологическая ценность зерна яровой пшеницы характеризуется содержанием белка, который обеспечивает хлебопекарные качества. Количество белка в зерне зависело, в первую очередь, от режима азотного питания растений. При низком содержании нитратного азота в пахотном слое (6,0.7,1 мг/кг почвы) в допосевной период азотные удобрения способствовали значительному росту содержания белка в вариантах как с традиционным, так и с дифференцированным способом их внесения - на 0,67 и 1,14 % соответственно (табл. 3). Дифференцированное внесение азотных удобрений с учетом содержания элементов питания в почве, их коэффициента использования, позволило вырастить зерно с наибольшим содержанием белка - 14,03 %, что выше на 0,47 % относительно его содержания при внесении туков усредненной нормой на планируемую урожайность 3 т/га.
Между содержанием белка в зерне и клейковины существует тесная корреляционная зависимость. Содержание белка увеличивается вплоть до окончания созревания пшеницы. В ходе созревания зерна происходят биохимические процессы перехода простых азотистых соединений в глиадин и глютеин (белки), при которых формируется клейковина [20]. Её величина и качество - ос-
3. Качество зерна яровой пшеницы при различных способах внесения минеральных удобрений (среднее за 2018-2020 гг.)
Вариант опыта Белок, % Сырая клейковина, % Натура, г/л Сте-кловид- ность, % Масса 1000 зерен, г
Без удобрений (контроль) 12,89 24,0 784 85 34,8
Традиционный способ внесения 13,56 27,9 768 84 35,3
Дифференцированный способ внесения 14,03 33,6 763 87 36,3
НСР05 0,35 1,7 12 2 0,9
новные показатели для оценки хлебопекарной ценности зерна яровой пшеницы.
Снижение пространственной вариабельности при дифференцированном внесении удобрений способствовало формированию зерна с наибольшим содержанием сырой клейковины - в среднем 33,6 %, что существенно превышало вариант без удобрений - на 9,6 %, а традиционный способ внесения - на 5,7 %. Оптимизация минерального питания по микроучасткам поля с дифференцированным внесением удобрений в режиме с^-Ппе позволила получить зерно 2 класса даже в 2018 г - с менее благоприятными погодными условиями для роста и развития культурных растений. В это же время при традиционном способе внесения туков зерно соответствовало 3 классу, а без применения минеральных удобрений - 4 классу.
Натура отображает выполен-ность зерна, степень его созревания и налива. В выполненном зерне фиксируется значительное количество эндосперма, который повышает пищевую ценность продукции. Мука из зерна с низкой натурой будет иметь плохие органолептические свойства. Результаты исследований выявили, что натура - единственный показатель качества зерна яровой пшеницы, на который не влияли удобрения и способ их внесения. При этом величина массы зерен в 1 литре изменялась в вариантах опыта в интервале 763.784 г/л, что, согласно ГОСТ 10840-2017, соответствовало 1 классу.
Стекловидные зерна отличаются повышенной углеводно-амилазной активностью, что связано с разрушением крахмальных зерен в процессе помола и большей их доступностью к действию амилаз [20]. Стекловидное зерно обладает более высокими мукомольными достоинствами. Именно точное внесение минеральных удобрений с использованием систем спутниковой навигации способствовало формированию зерна яровой пшеницы с максимальной в опыте стекловидностью - 87 %. Возделывание пшеницы без удобрений значимо снижало её величину -на 2 %, а с использованием традиционного способа - на 3 %, в сравнении с дифференцированным. Следует отметить, что зерно со стекловидностью 84.87 % соответствовало 1 классу, при этом связь между сте-кловидность и содержанием белка отмечена слабая положительная (г = 0,196±0,034).
Масса 1000 зерен яровой пшеницы - важный агрономический признак, отражающий крупность, выполненность зерна и косвенно характеризующий его мукомольные свойства. Масса варьировала
4. Урожайность яровой пшеницы при различных способах внесения минеральных удобрений, т/га
Вариант опыта 2018 г 2019 г. 2020 г. Среднее Вариабельность, %
Без удобрений (контроль) 1,92 2,55 2,46 2,31 8,9
Традиционный способ внесения 2,88 3,36 3,34 3,19 25,1
Дифференцированный способ 3,05 3,87 3,50 3,47 4,7
внесения
НСР05 0,39 0,56 0,60 0,21 -
от 34,8 г - при выращивании яровой пшеницы без минеральных удобрений до 36,3 г - при дифференцированном внесении минеральных удобрений в режиме off-line. Внесение туков традиционным способом с усредненной нормой по элементарным участкам привело к достоверному снижению массы 1000 зерен - на 1 г, по сравнению с дифференцированным. Выращивание культурных растений с выровненным почвенным плодородием при дифференцированном внесении минеральных удобрений способствовало уменьшению вариабельности массы 1000 зерен яровой пшеницы на 8.11 % относительно других вариантов.
Вырастить зерно высокого качества в условиях северной лесостепи Западной Сибири не просто, что связано с коротким вегетационным периодом, периодически повторяющимися засухами,ограниченностью районированных сортов и низким плодородием. Для почв Тюменской области характерна пространственная пестрота их агрохимических свойств, достигающая 64.73 % [23]. Поэтому использование дифференцированного способа внесения минеральных удобрений с использованием систем спутниковой навигации имеет перспективу для создания однородного внутри-польного почвенного плодородия. По совокупности показателей качества зерна этот способ позволил вырастить зерно 2 класса даже при дефиците влаги в 2018 г., а в более благоприятные по погодным условиям 2019 г. (ГТК 1,49) и 2020 г. (ГТК 0,92, но с равномерным выпадением осадков в период вегетации) - зерно 1 класса. Максимальный в опыте сбор зерна достигнут при дифференцированном внесении и составил в среднем за годы 3,47 т/га, что существенно превышало (на 0,28 т/га) вариант традиционного способа, и на 1,16 т/га - без использования удобрений (табл. 4.).
Наименьшая существенная разница урожайности яровой пшеницы между способами внесения удобрений отмечена выше фактической прибавки, что объясняется большими колебаниями сбора зерна при традиционном способе внесения - 0,61.0,96 т/га с пространственной ее вариабельность 25,1 %. При этом степень влияния способа внесения минеральных удобрений на урожайность яровой пшеницы по Снедекору была высокой - 0,765. Вместе с тем и экономическая оценка подтвердила целесообразность дифференцированного внесения аммиачной селитры при высокой неоднородности почвенного плодородия с вариабельностью нитратного азота 24.37 % перед посевом яровой пшеницы.
Средняя урожайность за годы исследований при традиционном способе внесения минеральных удобрений составила 3,19 т/га с качеством зерна 3 класса в неблагоприятный по погодным условиям 2018 г. и 2 класса в 20192020 гг. - при ГТК 0,92.1,49. Без применения минеральных удобрений урожайность культуры уменьшалась на 0,88.1,16 т/га с качеством зерна 4 класса в 2018 г. и 3 класса в последующие годы. Оптимизация минерального питания в варианте с индивидуальной нормой сокращала колебания сбора зерна яровой пшеницы по повторностям опыта: пространственная вариабельность урожайности составила 4,7 %, что ниже на 20,4 %, по сравнению с традиционным способом внесения минеральных удобрений.
В стратегии развития зернопро-дуктового рынка акцентируется внимание на повышение качества зерна яровой пшеницы. В России доля зерна 1 и 2 классов качества составляет только 2 % от общего товарного объёма, а 3 класса - около 20 %. При этом уровень рентабельности производства пшеницы 1 и 2 клас-
5. Экономическая эффективность выращивания яровой пшеницы при различных способах внесения азотных удобрений (среднее за 2018-2020 гг.)
Вариант опыта Затраты на производство, руб./га Себестои мость продукции, руб./т Прибыль, руб./га Рентабельность, %
Без удобрений (контроль) 20 753 8 984 6 967 34
Традиционный способ внесения минеральных удобрений 25 992 8 148 12 288 47
Дифференцированный способ внесения минеральных удобрений 26 446 7 621 16 547 63
СО (D 3 ь
(D
д
(D Ь 5
(D
Ы 2 О
м 4
сов часто бывает ниже, чем 3 класса из-за несовершенства ценовой политики [24]. Переход на дифференцированное внесение минеральных удобрений с использованием систем спутниковой навигации в точном земледелие позволяет выращивать зерно высокого качества. В среднем за годы опыта затраты на производство яровой пшеницы в варианте дифференцированного внесения удобрений составили 26 446 руб./га (в ценах 2020 г.) и были выше на 454 руб./га, в сравнении с традиционным способом (табл. 5).
При традиционном способе внесения удобрений усредненной нормой по элементарным участкам издержки на приобретение и внесение удобрений составили 5 239 руб./га, или 20 % от общих затрат на выращивание яровой пшеницы, а при дифференцированном внесении -5 693 руб./га, или 22 %. Однако, в результате проведенных исследований на серой лесной почве с более низким уровнем плодородия и высокой пространственной вариабельностью элементов питания выявлено снижение нормы азотных удобрений при их дифференцированном внесении на 56 % относительно традиционного способа [25].
Проведенные расчеты выявили, что при стоимости бортового навигационного оборудования 200 тыс.руб. и даже с учетом указанного увеличения производственных затрат на 454 руб./га расходы компенсируются за один полевой сезон прибавкой урожая 0,28 т/га при дифференцированном способе внесения с площади посевов 100 га при цене реализации 12 тыс. руб./т.
Сопоставление затрат на производство продукции и достигнутой урожайности яровой пшеницы подтвердило эффективность инновационной технологии применения минеральных удобрений. Наиболее дешевое зерно в опыте получено при дифференцированном внесении минеральных удобрений с себестоимостью 7 621 руб./т, что ниже на 527 руб./т, в сравнении с традиционным их внесением усредненной нормой, и на 1 363 руб./т - с выращиванием без удобрений.
Качество зерна влияет на его стоимость, а стоимость, в свою очередь, зависит от соотношения продовольственной и непродоволь-ч;г ственной пшеницы на рынке. Цена реализации зерна яровой пшеницы сч высокого качества в Российской " Федерации неоправданно низкая, г за 1 т первого класса увеличива-| ется относительно второго класса ^ только на 390 руб. В тоже время зарубежные страны за зерно 1 класса ® предлагают на 1 440 руб./т больше Л [24]. Выращивание зерна с высо-М ким качеством при точном внесении
минеральных удобрений позволило даже при такой низкой доплате получить наибольшую прибыль -16 547 руб./га. Минеральные удобрения способствовали росту чистой прибыли при традиционном способе их внесения на 5 291 руб./га относительно варианта без применения удобрений (в 1,8 раза), но снижали на 4 259 руб./га, по сравнению с использованием индивидуальной нормы удобрений.
Следует отметить, что высокую эффективность дифференцированного внесения минеральных удобрений с использованием систем спутниковой навигации на планируемую урожайность яровой пшеницы 3 т/га наблюдали при низком содержании азота в нитратной форме (7,1 мг/кг почвы). Дифференцированное внесение минеральных удобрений в режиме с^-Ипе экономически становится нецелесообразным при среднем и высоком содержании нитратного азота в слое 0.30 см (10.20 мг/кг почвы) и низкой пространственной вариабельности 9.14 %. Прибавка урожая яровой пшеницы в сложившихся условиях почвенного плодородия на полях одновременно проводимых исследований с дифференцированным внесением удобрений относительно их традиционного внесения составляла только 0,09 т/га, а чистая прибыль и себестоимость производства зерна отмечена на уровне варианта с традиционной технологией внесения минеральных удобрений.
Среди аналитических показателей рентабельность производства наиболее полно отражает эффективность перехода на инновационные технологии возделывания культур в точном земледелии. Сопоставление чистой прибыли и затрат на выращивание яровой пшеницы подтвердило правильность предложенного пути достижения запланированной урожайности яровой пшеницы с зерном высокого качества. Увеличение реализации зерна при урожайности 3,47 т/га с содержанием белка 14,03 %, клейковины 33,6 %, натурой 763 г/л, а также со сбалансированным аминокислотным составом стало результатом наибольшей рентабельности производства зерна яровой пшеницы - 63 %. Использование навигационного оборудования, роботизация производственного цикла при дифференцированном внесении минеральных удобрений привело к выравниванию почвенного плодородия по агрохимическим признакам и обеспечило рост рентабельности производства зерна на 16 % относительно традиционной технологии внесения туков. Минеральные удобрения, внесённые усреднённой нормой из расчёта на планируемую
урожайность яровой пшеницы 3 т/га способствовали повышению рентабельности производства зерна на 13 %, по сравнению с контрольным вариантом, а при внесении индивидуальной нормы по повтор-ностям опыта - на 29 % к контролю.
Таким образом, дифференцированное внесение минеральных удобрений, согласно картам заданий, способствовало оптимизации минерального питания агроценозов. Индивидуальные нормы аммиачной селитры по повторностям опыта увеличивали содержание азота в нитратной форме к периоду всходов яровой пшеницы до очень высокой обеспеченности (26,2 мг/кг), к фазе кущения - до высокого уровня (15,3 мг/кг). Пространственная вариабельность содержания N-NO3 в слое 0.30 см выщелоченного чернозёма при дифференцированном внесении удобрений снижалась от допосевного периода к фазе всходов с 37 до 25 %, к фазе кущения -до 18 %. При традиционном способе внесения она возрастала соответственно с 24 % до 43 и 51 %.
В среднем за годы исследований установлено закономерное увеличение содержания иона аммония в зерне при дифференцированном использовании удобрений на 0,01.0,05 %, относительно традиционного способа внесения, со значительной корреляционной связью между содержанием в зерне белка и иона аммония (r = 0,52±0,13). Одновременно отмечен рост количества глутаминовой кислоты в зерне на 0,5 % и снижение аргинина в 2,1 раза, что свидетельствует об ослаблении стрессовых ситуаций, обусловленном оптимальным содержанием N-NO3 и его низкой пространственной ва3риабельностью в почве. Содержание серина, треонина и пролина в зерне при дифференцированном использовании туков возрастало на 0,4 %, относительно традиционного способа.
Внесение точных норм минеральных удобрений по повторно-стям опыта в режиме off-line с учётом содержания элементов питания в почве и их коэффициента использования способствовало достижению максимальной в исследовании средней урожайности яровой пшеницы - 3,47 т/га с формированием зерна 1 класса(содержание белка - 14,03 %, сырой клейковины - 33,6 %, натура - 7б3 г/л, стекло-видность - 87 %, масса 1000 зёрен -36,3 г). Инновационная технология внесения удобрений в точном земледелии экономически оправдана: наибольшая прибыль составила 16 547 руб./га, а себестоимость зерна - 7 621 руб./т при высоком уровне рентабельности его производства - 63 %.
Литература
1. Мелешкина Е.П. О необходимости производства зерна пшеницы - улуч-шителя // Хлебопродукты. 2018. № 12. С. 18-20.
2. Кунашаева Ж.М., Кодзокова М. Х. Зерновой хлеб // Новые технологии. 2019. № 1. С. 108-116.
3. Технологические и хлебопекарные свойства зерна яровой мягкой пшеницы / Т. А. Асеева, К. В. Зенкина, И. В. Ломакина и др. // Вестник ДВО РАН. 2020. № 4. С. 14-19.
4. Абрамов Н.В., Гунгер М. В., Стрельцов Р. М. Качество зерна яровой пшеницы при дифференцированном внесении минеральных удобрений // Проблемы и пути повышения качества зерна в Западной Сибири: сб. трудов Всероссийской (национальной) науч.-практ. конф. Тюмень: ГАУ Северного Зауралья, 2023. С. 169-176.
5. Малкандруев Х.А., Шамурзаев Р. И., Малкандруева А. Х. Понятие и требования к качеству зерна пшеницы / Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2022. № 6(110). С. 203-216.
6. Качество и химический состав зерна озимой пшеницы в зависимости от сроков применения препаратов нового поколения / Е. Б. Дрёпа, Р. Н. Пшеничный, А. С. Голубь и др. // Земледелие. 2023. № 8. С. 14-18. с1с1: 10.24412/0044-3913 -2023-8-14-18.
7. Иванчик В.А., Афанасьев Р. А. Продуктивность яровой пшеницы в условиях Центрального Нечерноземья под влиянием минеральных удобрений // Плодородие. 2020. № 2. С. 20-23.
8. Романов В.Н., Демиденко Г. А. Урожайность и качество зерна яровой пшеницы при использовании азотных удобрений в агроценозах Красноярской лесостепи / Вестник КрасГА У. 2020. № 4. С. 31-36.
9. Абделькави Р.Н.Ф., Соловьёв А. А. Особенности формирования качества зерна яровой тритикале в контрастных погодно-климатических условиях // Зерновое хозяйство России. 2020. № 2(68). С. 3-7. СЫ: 10.31367/2079-8725-202068-2-3-7.
10. Цифровое земледелие / В. И. Ки-рюшин, А. Л. Иванов, И. С. Козубенко и др. // Вестник Российской сельскохозяйственной академии. 2018. № 5. С. 4-9.
11. Петриков А. В. Использование инновационных технологий различными категориями хозяйств и совершенствование научно-технологической политики в сельском хозяйстве // АПК: экономика, управление. 2018. № 9. С. 4-11.
12. Абрамов Н.В., Семизоров С. А., Гунгер М. В. Эффективность припосев-ного внесения карбамидно-аммиачной смеси в условиях Северного Зауралья / Земледелие. 2023. № 4. С. 18-22. Сс1: 10 .24412/0044-3913-2023-4-18-22.
13. Оценка агроценозов Сибири на основе современных подходов / А. А. Шпедт, Ю. В. Аксёнова, Н. В. Жуланова и др. // Земледелие. 2019. № 4. С. 8-13.
14. Несмеянова Н. И. Влияние различных доз азотных удобрений на урожайность и качество зерна яровой пшеницы / Н. И. Несмеянова, Ф. М. Гайнуллин, Ю. Н. Филимонова // Известия Самарской ГСХА. 2006. Вып. 4. С. 109-114.
15. Синещёков В.Е., Ткаченко Г. И. Содержание нитратного азота в почве и продуктивность зерновых культур при длительной минерализации основной обработки по разным предшественника // Вестник НГАУ. 2019. № 3. С. 59-66.
16. Гамзиков Г. П. Агрохимия азота в агроценозах. Новосибирск: ИИЦ ГНУ СибНСХБ Россельхозакадемии, 2013. 790 с.
17. Завалин А.А., Соколов О. А. Азот и качество зерна пшеницы / Плодородие. 2018. № 1. С. 14-17.
18. New insights into the catalytic cycle of plant nitrite reductase. Electron transfer kinetics and charge storage / P. Setif, M. Hirasawa, N. Cassac, et al. // Biochemistry. 2009. No. 48. P. 2828-2838.
19. Аминокислотный состав зерна линий мягкой пшеницы с интрогрессиями генетического материала видов рода Triticum / О. А. Орловская, С. И. Вакула, Л. В. Хотылёва и др. // Молекулярная и прикладная генетика. 2023. Т. 34. С. 17-27.
20. Влияние длительного применения удобрений на показатели роста, урожайности и качество зерна озимой пшеницы / С. Х. Дзаганов, Т. К. Лазаров, Б. С. Калоев и др. // Агрохимия. 2019. № 4. С. 31-38. doi: 10.1134/S0000218811902006.
21. Малявко Г.П., Белоус Н. М., Шаповалов В. Ф. Влияние средств химизации на урожайность и качество озимой ржи // Земледелие. 2010. № 4. С. 21-22.
22. Хлебопекарные качества зерна озимой мягкой пшеницы в условиях юга Ростовской области / О. В. Скрипка, С. В. Подгорный, А. П. Самофалов и др. // Зерновое хозяйство России. 2019. № 6(66). С. 33-36. doi: 10.31367/2079-8725-201966-6-33-36.
23. Абрамов Н. В. Системный подход в цифровых технологиях агрохимии // II Никитинские чтения «Актуальные проблемы почвоведения, агрохимии и экологии в природных и антропогенных ландшафтах»: мат. Междунар. науч. конф., посвященной первому профессору почвоведения на Урале, заведующему кафедрой почвоведения (1924-1932) В. В. Никитину, 100-летию первой кафедры почвоведения на Урале, 140-летию науки почвоведения. Пермь: Изд-во «От и До», 2023. С. 358-365.
24. Алтухов А. И. Стратегия развития зернопродуктового подкомплекса - основа разработки схемы размещения и специализации зернового производства в стране // Вестник Курской государственной академии. 2018. № 5. С. 146-152.
25. Система адаптивно-ландшафтного земледелия в природно-климатических зонах Тюменской области: монограф. / Н. В. Абрамов, Ю. А. Акимова, Л. Г. Бакше-ев и др. Тюмень: Тюменский издательский дом, 2019. 470 с.
Formation of high-quality spring wheat grain with differentiated application of nitrogen fertilizers
N. V. Abramov, S. V. Sherstobitov
State Agrarian University of the Northern Trans-Urals, Roshchinskoe sh., 18, Tyumen', 625041, Russian Federation
Abstract. The research aimed to study the processes of formation of high-quality spring wheat grain in the precision farming system in the northern forest-steppe of the Tyumen region. The work was carried out in 2018-2020 in grain crop rotation (corn - spring wheat - spring wheat). The soil of the experimental plot was leached chernozem with a layer density of 0-30 cm of 1.08-1.16 g/cm3, the lowest moisture capacity - 31.4-35.6 %, porosity - 54-55 %, pH aq. - 5.7-6.4, humus content - 7.21-7.91 %. The experimental design included the study of the following options: without the use of mineral fertilizers (control); application of ammonium nitrate for a planned yield of 3 t/ha in the traditional way; differentiated application of ammonium nitrate considering the content of nutrients in the soil and their utilisation rate in off-line mode. Previously, the fields were digitised, divided into elementary plots (replications), and soil samples were taken with reference to geographic coordinates using an on-board navigation system and the Maplnfo geodetic program. Differential application of fertilizers was carried out in accordance with the task map. This approach contributed to the formation of class 1 spring wheat grain. At the same time, on average, over the years of research, a significant increase in protein content was observed, compared with the traditional method of application, by 0.47 %, raw gluten - by 5.7 %, grain vitreousness - by 3 %, thousand grain weight - by 1 g. On average, over the years of research, a reliable increase in the yield of spring wheat in the variant with differentiated use of ammonium nitrate was 0.28 t/ha, relative to the traditional method. The use of fertilizers in the precision farming system is more cost-effective due to the lowest cost of grain - 7621 roubles/ton, the maximum net profit in experiment - 16547 roubles/g and high production profitability - 63 %.
Keywords: grain quality; productivity; optimization of mineral nutrition; mineral fertilizers; differentiated method of application; precision agriculture; spring wheat (Triticum aestivum). 3
Author Details: N. V. Abramov, D. Sc. | (Agr.), head of department (e-mail: s abramovnv@gausz.ru); S. V. Sherstobitov, g C. Sc. (Agr.), assoc. prof.
For citation: Abramov N. V., s
(D
SherstobitovS. V. [Formation of high-quality z
spring wheat grain with differentiated 3
application of nitrogen fertilizers]. M
Zemledelie. 2024;(3):33-39. Russian. O
doi: 10.24412/0044-3913-2024-3-33-39.W 4
