CC BY
32
УДК 631.452: 631.81-86
КОРРЕЛЯЦИОННЫЕ СВЯЗИ МЕЖДУ АГРОХИМИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ И УРОЖАЙНОСТЬЮ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ СРЕДНЕЙ ПОЛОСЫ ЛЕСОСТЕПИ
А.А. ЛУКМАНОВ1, кандидат биологических наук, директор (e-mail: psd16@mail.ru)
М.И. МАМЕТОВ2, директор (e-mail: mametow@mail.ru)
И.Д. ДАВЛЯТШИН1, доктор биологических наук, главный агрохимик (e-mail: Davlytshin39@gmail.com)
Центр агрохимической службы «Татарский», Оренбургский тракт, 120, Казань, 420020, Российская Федерация
2Станция агрохимической службы «Альметьевская», ул. Джалиля, 11, Альметьевск, 423450, Российская Федерация
Резюме. Работу проводили с целью выявления направления и темпов изменения основных агрохимических показателей почвенного плодородия под влиянием хозяйственной деятельности, а также определения параметров связи между агрохимическими факторами (содержание подвижных форм фосфора и калия) и урожайностью яровой пшеницы в условиях лесостепной зоны Республики Татарстан. Исследования выполнены в Муслюмовском муниципальном районе, расположенном в средней части лесостепной зоны юго-восточного Закамья в пределахПредуральской провинции. За 1964-2015гг. на территории района было проведено 9 циклов сплошного агрохимического обследования пахотных почв. В годы исследований установлена положительная динамика доступных форм фосфора и калия в почве, средневзвешенное содержание которых возросло соответственно с 90 до 165 мг/кги со 120 до 169 мг/кг. Причем если по фосфору такие изменения были во многом обусловлены результатами антропогенной деятельности по повышению плодородия почвы (за период исследований в расчете на 1 га внесено 2861,7 кгд.в. минеральных и 146,3 т органических удобрений), то баланс калия в земледелии района был отрицательным, а увеличение его средневзвешенного содержания может быть обусловлено естественными процессами. Рост обеспеченности доступными формами фосфора и калия определял повышение урожайности яровой пшеницы. Коэффициенты корреляции содержания подвижных форм фосфора и калия с урожайностью яровой пшеницы равны соответственно 0,40 и 0,26 и статистически достоверны при уровнях значимости 0,05 и 0,10. При устранении влияния изменяющего во времени погодного фактора с использованием скользящих средних урожайности яровой пшеницы с длиной шага 11 и 22 года коэффициенты корреляции увеличивались до 0,70-0,92 и 0,49-0,62, соответственно. Более тесная связь урожайности культуры с обеспеченностью доступным фосфором свидетельствует о том, что этот элемент находится в большем дефиците, чем калий.
Ключевые слова: корреляционная связь, агрохимические свойства, содержание подвижных форм фосфора и обменного калия, урожайность пшеницы, скользящие средние, теснота связи. Для цитирования: Лукманов А.А., Маметов М.И., Давлятшин И.Д. Корреляционная связь между агрохимическими свойствами и урожайностью яровой пшеницы во временных выборках в условиях средней полосы лесостепи //Достижения науки и техники АПК. 2016. Т.30. №9. С. 81-83.
Математические методы, в том числе корреляционно-регрессионный анализ, широко применяют при проведении исследований как в биологических, так и в сельскохозяйственных дисциплинах [1, 2]. Для статистической обработки чаще всего используют показатели почвенных характеристик и урожайности сельскохозяйственных культур, выборки которых имеют либо пространственное, либо временное распределение.
Сравнение величин перечисленных показателей позволяет определить тесноту связи между ними во временном аспекте. Такие исследования, как правило, проводят на основе материалов стационарных опытов [3, 4] или путем обобщения данных агрохимического обследования на уровне регионов [5, 6]. По итогам такого анализа можно давать оценку эффективности хозяйственной деятельности в процессе повышения почвенного плодородия.
Цель нашей работы - выявление направления и темпов изменения основных агрохимических свойств и уровня почвенного плодородия под влиянием хозяйственной деятельности, определение параметров связи между агрохимическими факторами (содержание подвижных форм фосфора и калия) и урожайностью яровой пшеницы в условиях средней полосы лесостепной зоны Республики Татарстан.
Условия, материалы и методы. Работу проводили на примере Муслюмовского муниципального района Республики Татарстан, расположенного в средней части лесостепной зоны юго-восточного Закамья в пределах Предуральской провинции. За 1964-2015 гг. на территории района было проведено 9 циклов сплошного агрохимического обследования пахотных почв. Мы в своей работе используем результаты мониторинга содержания подвижных форм фосфора и обменного калия (на черноземах по методу Чирикова, на серых лесных почвах по Кирсанову). Средневзвешенное содержание определяемых минеральных элементов между циклами обследования рассчитывали методом линейной интерполяции.
Величину средней урожайности яровой пшеницы -основной продовольственной культуры - брали из материалов ежегодных статистических отчетов Министерства сельского хозяйства и продовольствия РТ по изучаемому муниципальному району. Математическую обработку, в том числе расчет скользящих средних, проводили с использованием компьютерной программы 5.
Территория Муслюмовского района расположена на расчлененной равнине со средними высотами 140200 м. Преобладающие формы рельефа - склоны от
Таблица 1. Динамика содержания подвижных форм фосфора в пахотных почвах Муслюмского муни-
ципального района РТ, % от обследованной площади
Цикл (год, обследованная площадь) Очень низкое (0-20 мг/кг) Низкое (21-50 мг/кг) Среднее (51-100 мг/кг) Повышенное (101150 мг/кг) Высокое (151-200 мг/кг) Очень высокое (>200 мг/кг) Средневзвешенное, мг/ кг
I (1970 г., 91,9 тыс. га) 0,7 12,2 59,0 20,0 3,1 5,0 90,0
II (1977 г., 92,6 тыс. га) 0,2 6,7 54,1 28,3 7,5 3,2 99,0
III (1985 г., 92,6 тыс. га) 0,1 4,7 41,8 36,3 14,3 2,8 110,0
IV (1990 г., 90,5 тыс. га) 0,1 6,7 41,3 28,7 13,5 9,7 115,0
V (1995 г., 89,4 тыс. га) 0,0 2,5 31,3 35,6 20,0 10,6 128,0
VI (2000 г., 87,3 тыс. га) 0,0 2,5 30,2 36,6 18,7 12,0 129,0
VII (2005 г., 87,2 тыс. га) 0,0 3,0 21,8 36,2 20,5 18,5 140,0
VIII (2010 г., 87,2 тыс. га) 0,1 1,6 14,7 30,2 24,7 28,7 166,0
IX (2015 г., 86,3 тыс. га) 0,0 1,5 14,0 23,9 23,9 36,7 165,0
Таблица 2. Динамика содержания обменного калия в пахотных почвах Муслюмского муниципального района РТ, % от обследованной площади
Цикл (год и обследованная площадь) Очень низкое (0-20 мг/кг) Низкое (21-40 мг/ кг) Среднее (41-80 мг/ кг) Повышенное (81-120 мг/кг) Высокое (121-180 мг/кг) Очень высокое (>180 мг/кг) Средне-взвешенное, мг/кг
I (1970 г., 91,9 тыс. га) 0,0 1,5 10,0 19,1 51,7 17,7 120,0
II (1977 г., 92,6 тыс. га) 0,0 0,0 3,2 11,7 54,5 30,6 134,0
III (1985 г., 92,6 тыс. га) 0,0 1,3 2,1 25,7 59,4 11,5 140,0
IV (1990 г., 90,5 тыс. га) 0,1 1,2 7,2 29,9 46,1 15,5 135,0
V (1995 г., 89,4 тыс. га) 0,0 0,8 13,3 35,2 36,7 12,1 125,0
VI (2000 г., 87,3 тыс. га) 0,0 0,3 7,2 33,7 46,7 12,0 132,0
VII (2005 г., 87,2 тыс. га) 0,0 0,0 7,7 22,5 37,6 32,2 148,0
VIII (2010 г., 87,2 тыс. га) 0,0 0,2 5,5 16,6 37,8 39,9 167,0
IX (2015 г., 86,3 тыс. га) 0,0 0,2 4,8 10,2 27,6 57,2 169,0
0,5 до 4°. Климат умеренно континентальный с суммой активных температур до 2100° и среднегодовым количеством осадков 460-480 мм. Основная часть осадков выпадает во время вегетационного периода [7]. В почвенном покрове преобладают черноземы лугово-степные (64%), а среди них черноземы выщелоченные, субдоминанты - серые лесные почвы (26%). По гранулометрическому составу это в основном тяжелые суглинки (более 55%), далее по распространенности следуют средние суглинки (21,8%) и легкие глины (15,2%).
Результаты и обсуждение. В начале мониторинговых наблюдений (1970 г.) средневзвешенное содержание подвижного фосфора в почвах изучаемого муниципального образования составляло всего 90,0 мг/ кг. На долю почв со средней степенью обеспеченности этим элементом приходилось 59,0%, с повышенной -18,3%, с низкой - 12,2% от всей площади пашни. Почвы остальных групп (с очень низким, высоким и очень высоким содержанием) занимали 0,7-5,0%. К 2015 г. средневзвешенное содержание фосфора достигло 165,0 мг/кг. При этом уже с V цикла на пашне преобладали почвы с повышенной обеспеченностью этим элементом (табл. 1). Аналогичная ситуация складывалась как в целом по Республике, так и в других регионах страны [8, 9].
В рассматриваемой динамике содержания подвижного фосфора положительную роль играла антропогенная деятельность, связанная с применением минеральных и органических удобрений, фосфоритованием кислых почв. За исследуемый период в расчете на 1 га пашни было внесено 2861,7 кг д.в. минеральных и 146,3 т органических удобрений. Кроме того, имело место перемещение фосфора из более глубоких слоев корневыми системами растений, особенно многолетними травами. Зафиксированное в VIII и IX турах обследования максимальное за период наблюдений количество подвижного фосфора (165-166 мг/кг), свидетельствует о положительном балансе этого элемента. Однако следует отметить, что в последние годы он изменился на отрицательный.
Средневзвешенное содержание обменного калия в пахотном горизонте почвы в I туре обследования составляло 120,0 мг/кг. К 2015 г. оно достигло 169,0 мг/ кг почвы (табл. 2). На фоне отрицательного баланса этого элемента [7] такая разница характеризует переход части валовых запасов калия в обменный фонд при разложении горных пород.
В целом поступательный рост содержания подвижных форм фосфора и калия четко коррелировал с динамикой урожайности пшеницы. За 1970-2015 гг. с 1 га пашни было собрано 941,9 ц зерна при ежегодной средней урожайности 20,5 ц/га (табл. 3). Продуктивность агроценозов зависела от метеоусловий и в отдельные годы колебалась от 7,7 (1975 г.) до 39,0 (2009 г.) ц/га. В целях элиминации погодного фактора мы обработали временной ряд урожайности мето-
дом скользящей средней [10, 11]. После устранение фактора метеоусловий можно наблюдать стабильный рост урожайности пшеницы, особенно при длине шага 22 года. Тенденция к ее снижению в последние годы Таблица 3. Динамика содержания подвижного фосфора, калия и урожайности яровой пшеницы Муслюмского муниципального района
Год мг/кг К2О, мг/кг ц/га V ц/га У ц/га
1970 90 120 20,3 16,9 16,3
1971 91,3 122 17,7 16,6 16,3
1972 92,6 124 11,2 16,3 16,3
1973 93,9 126 14,4 16,0 16,3
1974 95,2 128 17,2 15,6 16,3
1975 96,5 130 7,7 15,8 16,3
1976 97,8 132 20,9 14,7 16,2
1977 99 134 11,6 15,3 16,2
1978 100,4 134,8 20,7 16,2 16,2
1979 101,8 135,5 18,3 16,5 162
1980 103,1 136,2 14 17,0 16,0
1981 104,5 137,0 8,3 19,0 16,0
1982 105,9 137,8 23,6 17,8 16,2
1983 107,2 138,5 21,8 17,6 16,6
1984 108,6 139,2 17,6 16,5 16,8
1985 110 140 22,5 16,4 17,2
1986 111 139 29,6 16,2 18,4
1987 112 138 8,4 17,3 18,0
1988 113 137 8,4 17,1 18,2
1989 114 136 8,6 16,9 18,2
1990 115 135 17,6 17,1 18,6
1991 117,6 133 11,8 17,5 19,6
1992 120,2 131 20 17,9 20,5
1993 122,8 129 21,7 18,2 20,6
1994 125,4 127 19,9 18,9 20,8
1995 128 125 19,5 19,9 21,4
1996 128,2 126,4 26,8 20,8 21,7
1997 128,4 127,8 34,5 23,0 21,6
1998 128,6 129,2 11,3 13,7 23,0
1999 128,8 130,6 16,7 24,1 23,0
2000 129 132 19,4 24,8 24,0
2001 131,2 135,2 27,3 25,8 24,0
2002 133,4 138,4 35,9 25,8 24,2
2003 135,6 141,6 28,2 25,4 24,2
2004 137,8 144,8 25,6 27,9 24,2
2005 140 148 27,2 27,1 24,2
2006 145,2 151,8 31,0 28,0 24,2
2007 150,4 155,6 27,2 27,2 24,2
2008 155,6 159,4 29,1 25,4 24,2
2009 150,8 163,2 39,0 24,9 24,2
2010 166 167 8,0 24,4 24,2
2011 165,8 167,4 30,0 23,1 24,2
2012 165,6 167,8 18,0 22,2 24,2
2013 165,4 168,2 16,5 21,2 24,2
2014 165,2 168,6 22,0 20,2 24,2
2015 165 169 21,0 19,3 24,2
Сумма 5692,8 6437,0 941,9 915,5 931,8
Среднее 123,8 139,9 20,5 19,9 20,2
Уф - фактическая урожайность; У11 - скользящая средняя урожайность при шаге 11 лет; У22 - скользящая средняя урожайность при шаге 22 года.
Таблица 4. Параметры корреляционной связи между факторами и урожайностью яровой пшеницы
Показатель Р О 2 5 К2О Уф факт. У22
РА t 22 1 0,84 1 0,40 0,26 1 0,71 0,49 0,60 1 0,92 0,62 0,50 0,83 1
Критическое значение коэффициента при уровне значимости 0,05 - 0,37, при уровне значимости 0,10 - 0,25.
при длине шага 11 лет объясняется отрицательным балансом NPK в земледелии района.
Таким образом, в динамике продуктивности агро-ценозов яровой пшеницы и содержания подвижных форм фосфора и калия наблюдаются положительные и однонаправленные изменения, что подтверждают показатели парной корреляции между ними (табл. 4).
Коэффициенты корреляции между содержанием подвижных форм фосфора, калия и фактической урожайностью изменяются от 0,26 до 0,40. При этом для фосфора он достоверен при уровне значимости 0,05, для обменного калия - 0,10. Полученные результаты свидетельствуют о том, что на обследованной территории фосфор более дефицитный элемент питания пшеницы, чем калий.
Для скользящих средних урожайности яровой пшеницы коэффициенты корреляции с содержанием подвижных форм фосфора и калия еще выше: от 0,70 до 0,90 и от 0,49 до 0,62, что также подтверждает дефицит фосфора в условиях проведения исследований.
Выводы. Установлена положительная динамика содержания доступных форм фосфора и калия в почве, средневзвешенные величины которых возросли соответственно с 90 до 165 мг/кг и со 120 до 169 мг/кг. Причем если по фосфору такие изменения были во многом обусловлены результатами антропогенной деятельности по повышению плодородия почвы (за период исследований в расчете на 1 га внесено 2861,7 кг д.в. минеральных и 146,3 т органических удобрений), то баланс калия в земледелии района был отрицательным, а увеличение его средневзвешенного содержания может быть вызвано естественными процессами. Отмеченные изменения способствовали постепенному рост продуктивности агро-ценозов пшеницы, что подтверждают положительные и статистически достоверные коэффициенты корреляции. При этом более тесная взаимосвязь между урожайностью пшеницы и содержанием фосфора свидетельствует о большем дефиците этого элемента в условиях Муслюмов-ского муниципального района, по сравнению с обменным калием, которого на сегодняшний день достаточно для формирования существующего уровня урожайности.
Литература.
1. Рокицкий П.Ф. Биологическая статистика. Минск. Изд-во «Вышэйшая школа». 1973. 320 с.
2. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Агро-промиздат, 1985. 351 с.
3. Ивойлов А.В. Эффективность удобрения и известкования выщелоченных черноземов. Саранск: изд-во Мордов. ун-та, 2015. 264 с.
4. Шафран С.А. Влияние типа почв и содержания в них подвижных фосфатов на эффективность фосфорных удобрений //Агрохимия. 2015. № 3. С. 26-33.
5. Лукманов А.А, Особенности связи между агрохимическими свойствами почвы и урожайностью зерновых культур в лесостепной зоне Предволжья Республики Татарстан//Плодородие. 2012. №2. С. 14-16.
6. Справочник агрохимика / И.Д. Давлятшин, М.Ю. Гилязов, А.А. Лукманов, С.Ш. Нуриев, Р.М. Миннуллин, М.И. Маметов, А.В. Мустафин, Р.Р. Гайров, РТ. Хакимзянов. Казань: Изд. Дом «МеДДоК», 2013. 300 с.
7. Ландшафты Республики Татарстан/под ред. О.П. Ермолаева. Казань: «Слово». 2007. 411 с.
8. Фосфор в земледелии Центрально-Черноземного района /П.А. Чекмарев, С.В. Лукин, Ю.И. Сискевич, Н.П. Юмашев, А.Н. Хижняков //Достижения науки и техники АПК. 2011. №5. C. 21-23.
9. Динамика плодородия почв Республики Татарстан/ П.А. Чекмарев, А.А. Лукманов, С.Ш. Нуриев, Р.Ш. Гайров //Достижения науки и техники АПК. 2014. № 4. С. 6-9.
10. Давлятшин И.Д., Бакиров Н.Б. Скользящие средние урожайности яровой пшеницы в лесостепной зоне и аспекты их применения// Вестник РАСХН. 2007. № 3. С. 9-11.
11. Давлятшин И.Д., Бакиров Н.Б. Почвенно-агрохимические параметры и урожайность яровой пшеницы в лесостепи Западного Закамья Предуральской провинции. Казань: Казан. ун-т, 2010. 358 с.
CORRELATIONS BETWEEN AGROCHEMICAL PROPERTIES AND PRODUCTIVITY OF SPRING WHEAT UNDER CONDITIONS OF THE MIDDLE BELT OF THE FOREST-STEPPE
A.A. Lukmanov, M.I. Mametov, I.D. Davlytshin
Center of Agrochemical Service «Tatarskii», Orenburgskii trakt, 120, Kazan', 420020, Russian Federation Station of Agrochemical Service «Al'met'evskaya», ul. Dzhalilya, 11, Al'met'evsk, 423450, Russian Federation Summary. The work was carried out to reveal the directions and rates of changes of the key agrochemical indicators and level of soil fertility under the influence of economic activity, as well as to determine parameters of correlation between agrochemical factors (the content of mobile forms of phosphorus and potassium) and productivity of spring wheat under conditions ofthe forest-steppe zone ofthe Republic ofTatarstan. The investigation was carried out in Muslyumovo municipal district, located in the middle part of the forest-steppe zone of the southeast Trans-Kama region within the Pre-Urals province. Nine cycles of complete agrochemical survey of arable lands were carried out on the territory of the region in 1964-2015. During the years of the investigation, the positive dynamics of the content of available forms of phosphorus and potassium in the soil was determined, the weighted average content of them increased, correspondingly, from 90 to 165 mg/kg and from 120 to 169 mg/kg. If such changes for phosphorus were mainly caused by the results of anthropogenic activity for an increase in soil fertility (during the investigation period it was applied 2861.7 kg (a.s.) of mineral and 146.3 t of organic fertilizers per 1 ha), the balance of potassium in the agriculture of the region was negative, and the growth of its average weighted content can be caused by natural processes. The growth of provision with available forms of phosphorus and potassium stimulated the increase in the yield of spring wheat. Correlation coefficients between the content of mobile forms of phosphorus and potassium with the productivity of spring wheat are equal 0.40 and 0.26, respectively, and they are statistically reliable with the significance layers 0.05 and 0.10. With the elimination of the influence of changing in the time weather factor by the use of sliding average productivity of spring wheat with the length of the step of 11 and 22 years, correlation coefficients increased up to 0.70-0.92 and 0.49-0.62, correspondingly. The closer connection of the crop productivity with the provision with available phosphorus indicates that this element is in the larger deficit than potassium. Keywords: correlation, agrochemical properties, content of mobile forms of phosphorus and potassium, wheat productivity, sliding averages, closeness of relation.
Author Details: A.A. Lukmanov, Cand. Sc. (Boil.), director (e-mail:psd16@mail.ru); M.I. Mametov, director (e-mail: mametow@mail. ru); I.D. Davlytshin, D. Sc. (Boil.), chief agrochemist (e-mail: Davlytshin39@gmail.com)
For citation. Lukmanov A.A., Mametov M.I., Davlytshin I.D. Correlations between Agrochemical Properties and Productivity of Spring Wheat under Conditions of the Middle Belt of the Forest-Steppe // Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2016 T.30. No.9. Pp. 81-83 (in Russ.)
