CC BY
19
ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ
УДК:631.51/.84:633.15
ОПТИМИЗАЦИЯ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ КУКУРУЗЫ НА ЗЕРНО ПРИ КОНСЕРВАТИВНЫХ СПОСОБАХ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
А.В. Быкин, д.с.-х.н., Н.П. Бордюжа, к.с.-х.н., А.В. Тарасенко
Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины, e-mail: nadia_bordyuzha@ukr.net, tarasenkoaleksey@ukr.net
Исследовано влияние минеральных удобрений на азотное питание кукурузы при прямом посеве и традиционной обработке почвы. На фоне внесения Nl2oPlooKlooMg6o в критический период по отношению к азоту существенно возрастало содержание его минеральных форм в слое 0-15 см. Однако из-за задержки на начальных этапах роста растений прямой посев обеспечивал снижение урожайности на 0,47-1,83 т/га. Содержание белка в зерне было выше на 0,37-1,32% по сравнению с этим показателем при традиционной обработке.
Ключевые слова: удобрения, кукуруза, минеральный азот, урожай, прямой посев, традиционная обработка почвы.
OPTIMIZATION OF NITROGEN NUTRITION OF CORN AT DIRECT SOWING A.V. Bykin, N.P. Bordyuzha, O.V. Tarasenko
The effect of mineral fertilizers application on nitrogen nutrition of corn under direct sowing and under conventional tillage was researched. Fertilizers application in rate Nl2oPlooKlooMg6o significantly increased the content of mineral nitrogen in the o-15 cm layer at a critical period. However, development delay of plants in the early growth stages under direct sowing provided lower yields for o,47-l,83 t/ha. Grain protein content was higher at o,37-l,32% in comparative to traditional tillage.
Keywords: fertilizers, corn, mineral nitrogen, harvest, direct sowing, traditional tillage.
Консервативные способы обработки являются ключевыми в почвозащитных технологиях и предусматривают сохранение и восстановление плодородия. За счет аккумуляции растительных остатков на поверхности при отсутствии обработки направленность почвенных процессов приближается к естественной. Растительные остатки на поверхности почвы существенно изменяют водно-физические свойства и температурный режим почв, что способствует снижению скорости минерализации органического вещества. Особенно это характерно для первых лет перехода к технологии прямого посева, что обусловливает дефицит питательных элементов в почве, прежде всего азота. Это связано с высокой активностью микроорганизмов, которые используют этот элемент для минерализации органического вещества [1, 2].
Азот имеет особое значение для растений кукурузы, которые требуют усиленного минерального питания, что связано с длинным вегетационным периодом и способностью усваивать питательные вещества вплоть до наступления полной спелости. На формирование 1 т зерна с соответствующим количеством листостебельной массы кукуруза выносит из почвы в среднем 18-25 кг азота [3]. K. Liu и P. Wiatrak [4] установили, что увеличение дозы азота до 180 кг/га способствует повышению высоты растений на 8,00%, содержания хлорофилла - на 20% и площади листовой поверхности - на 17%. A. Olness et al. [5] установили прямую корреляционную зависимость между внесением азотных удобрений и урожайностью кукурузы при нулевой обработке почвы. Увеличение дозы азота при прямом посеве обеспечивает результаты, которые существенно не отличаются от традиционного возделывания. Поэтому актуально определение нормы минеральных удобрений, необходимой для оптимизации азотного питания в первые годы применения консервативных способов обработки.
Целью исследований было изучение влияния различных доз минеральных удобрений на азотное питание растений кукурузы при прямом посеве по сравнению с традиционной обработкой почвы. Объект исследования - процессы использования азота по фазам вегетации кукурузы на зерно. Предмет исследований - содержание минерального азота в почве и его накопление в растениях кукурузы.
Исследования по агрохимической оценке различных доз минеральных удобрений при прямом посеве кукурузы на зерно проводили в 2011-2013 гг. в опыте кафедры агрохимии и качества растениеводства им. А.И. Душеч-кина НУБиП Украины. Площадь опытного участка 100 м2, повторность опыта трехкратная, выращивали гибрид Эмилио F1 (оригинатор - KWS).
Почва опытного участка - темно-серая лесная характеризовалась слабокислой реакцией почвенного раствора, высокой степенью обеспечения подвижными соединениями фосфора и калия и средней - обменными кальцием и магнием.
Прямой посев семян кукурузы осуществляли сеялкой SuperWalter W1770. В схему опыта включена традиционная обработка почвы, состоящая из следующих операций: дискование предшественника (10-12 см), зяблевая вспашка (25-27 см), предпосевная культивация (1012 см), посев (4-5 см).
В исследованиях использовали аммиачную селитру (ГОСТ 2-85), аммофос (ГОСТ 18918-85), калий хлористый (ГОСТ 4568-95), сульфат магния (ГОСТ 4523-77). В контрольном варианте удобрений не вносили. Нормы минеральных удобрений кратно возрастали от NзoP25К25Mg15 к N12oPlooК1ooMg6o с шагом NзoP25К25Mg15.
Отбор образцов растений кукурузы, проведение биометрических измерений и лабораторных анализов осуществляли согласно с существующими методиками.
1. Влияние удобрений на содержание минерального азота в слое почвы 0-15 см _при консервативной обработки почвы, среднее за 2011-2013 гг._
Вариант
всходы
Фаза роста и развития растений
9-10 листьев
цветение
полная спелость
мг/кг
% к ТО*
содержание минерального ^ азота
мг/кг
% к ТО
мг/кг
% к ТО
мг/кг
% к ТО
Без удобрений - контроль
14,4
-11,4
19,5
+19,6
17,1
+18,1
6,01
-9,21
NзoP25K25Mg1:
22,0
-10,1
25,5
+2,70
23,8
+7,45
9,71
+33,0
N6oP5oK5oMgзo
31,4
-12,8
30,6
-5,06
30,2
+12,4
8,03
+30,4
N9oP75K75Mg4:
35,3
-23,8
40,1
+8,26
38,1
+29,0
9,43
+27,8
N12oPlooKlooMg6o
41,9
-21,9
42,4
+7,15
44,7
+37,1
15,2
+60,2
НСР05, мг/кг 0,80-1,14
0,74-0,94
0,46-0,83
0,16-0,52
*ТО - традиционная обработка почвы
2. Влияние удобрений на накопление азота растениями кукурузы, содержание белка и урожайность при консервативной обработки почвы, среднее за 2011-2013 гг.
Вариант
г/10 растений
Фаза роста и развития растений
4-5 листьев 9-10 листьев
цветение
полная спелость
% к ТО
Накопление азота растениями
г/10 растений
% к ТО
г/10 растений
% к ТО
г/10 растений
% к ТО
Содержание белка
Урожайность
%
% к ТО
т/га
% к ТО
Без удобрений -контроль_
0,52
-56,6
2,40
-15,7
6,53
-15,1
14,2
+0,35
10,0
+15,3
7,57
11,0
^Р25К25М&5
0,55
-56,8
2,63
-18,2
8,22
-5,19
15,9
-3,34
9,70
+10,3
8,93
10,1
N6oP5oK5oMgзo
0,60
-56,6
2,77
-27,6
9,97
-12,3
20,2
+3,42
9,95
+6,58
10,8
■4,10
N9oP75K75Mg4:
0,64
-60,2
2,81
-39,7
9,75
-18,3
19,6
-1,56
9,97
+10,5
10,2
14,8
^20Р100К100Мй50
0,64
-59,6
3,33
-27,4
10,8
-12,8
21,9
+11,8
10,8
+19,8
10,9
14,4
НСР0
0,02-0,08
0,18-0,31
0,49-0,65
1,18-2,15
0,35-0,57
0,62-0,96
В первые годы наблюдалось негативное влияние консервативной обработки на содержание минеральных соединений азота в почве в начале вегетации. В фазе всходов этот показатель был ниже на 10-24% по сравнению с аналогичным при вспашке (табл. 1). Снижение содержания минерального азота обусловлено тем, что гранулы минеральных удобрений при прямом посеве концентрировались в слое 0-5 см и имели недостаточный физический контакт со структурными агрегатами почвы. В результате этого происходило пролонгированное высвобождение питательных веществ в почвенный раствор.
Установлена тенденция к стабилизации или незначительного роста содержания минеральных форм азота в фазе 9-10 листьев при прямом посеве. Это обусловлено постепенным повышением активности микрофлоры в минерализации пожнивных остатков и участием в процессах нитрификации и фиксации азотных соединений из воздуха.
Консервативной обработкой почвы обеспечивалось увеличение содержания минерального азота (на 7,4537,1%) по сравнению со вспашкой в критический период по отношению к азоту (9-10 листьев - цветение). Например, при внесении N120P100K100Mg60 содержание минерального азота в слое почвы 0-15 см составило 44,7 мг/кг.
Применение прямого посева оптимизировало питание растений нитратной формой азота, которая является основной для кукурузы. Наибольшая разница между способами обработки относительно отношения содержания нитратов и обменного аммония достигала к фазе 9-10 листьев. Именно в этот период зафиксировано существенное снижение запасов влаги при традиционной обработке, что, в свою очередь, снижало скорость прохождения микробиологических почвенных процессов и доступность азота для растений. При прямом посеве существенно улучшался водный режим почвы, о чем свидетельствовало увеличение запасов влаги (на 10,4-
24,7 мм в метровом слое) по сравнению с этим показателем при традиционной обработке. В связи с этим содержание нитратного азота увеличивалось, а условия его использования приближались к оптимальным.
В первые годы применения консервативной обработки почвы установлены отрицательные аспекты. Накопление растительных остатков на поверхности почвы обусловливало медленный прогрев верхнего слоя 0-10 см. Вследствие этого семена прорастали на 2-3 дня позже, чем при пахоте. Переуплотнение почвы на начальных этапах роста кукурузы привело к замедлению развития корневой системы, поэтому при прямом посеве задерживалось наступление фенологических фаз. Согласно с этим отставание в росте и развитии отрицательно повлияло на накопление азотистых веществ растениями (табл. 2).
В начале вегетации содержание азота было ниже на 57-60% по сравнению с этим показателем при традиционной обработке. Далее происходило постепенное уменьшение разницы между технологиями. В фазе полной спелости существенной разницы между содержанием азота при прямом посеве и вспашкой не установлено. Установлена четкая тенденция к повышению содержания азотных соединений в растениях при увеличении нормы минеральных удобрений на фоне прямого посева - на варианте с N120P100K100Mg60 накопление азота составило 21,9 г/10 растений, что на 11,8% больше, чем при традиционной обработке. Следует отметить, что оптимальные условия для азотного питания растений обусловливались N60P50K50Mg30 и N90P75K75Mg45. При этом содержание азота в растениях в фазе технической спелости существенно не отличалось от аналогичного показателя варианта N120P100K100Mg60. Соответственно и урожайность кукурузы находилась в пределах НСР05. Это подтверждает то, что при прямом посеве оптимальная доза минеральных удобрений составляет N60P50K50Mg30.
Установлено, что вынос азота с зерном кукурузы при прямом посеве значительно превышал его внесенное количество. Например, на варианте с в 1,4-2,2 раза. Только при внесении N120P100K100Mg60 вынос азота с зерном составлял 94,9-128 кг/га. Это указывает на то, что высокая урожайность при прямом посеве обеспечивалась интенсивным использованием этого элемента из азотного фонда почвы.
Не обращая внимания на высокую степень обеспечения минеральными соединениями азота, при прямом посеве урожайность получена ниже на 4,10-14,8% по сравнению с этим показателем при традиционной обработке почвы. Наименьшей разница была при внесении N60P50K50Mg30. Однако при прямом посеве были существенно выше показатели качества зерна, в частности содержание белка. Это обусловлено лучшими условиями азотного питания растений на репродуктивной стадии роста и развития кукурузы. Вместе с тем, большая масса 1000 семян при традиционной обработке предопределяла усиление «эффекта разведения». Как следствие, содержание белка в зерне было выше на 6,58-19,8% при прямом посеве. Наивысшим (9,42%) этот показатель был при внесении Nl2oPlooKlooMg6o.
Следует отметить, что наибольшая разница в динамике роста и развития растений между технологиями обработки наблюдалась в 2013 г. В 2011-2012 гг. урожайность при прямом посеве была ниже на 0,20-1,20 т/га по сравнению с этим показателем при вспашке. В 2013 г. эта разница колебалась в пределах от 0,80 до 3,60 т/га. Снижение урожайности при прямом посеве было обусловлено уплотнением верхнего слоя почвы за все года исследований, вследствие чего растения формировали меньшую фотосинтетическую поверхность.
На продуктивность фотосинтеза влиял ряд факторов, в частности концентрация хлорофилла в листьях кукурузы. Этот показатель имел высокий уровень корреляции с урожайностью при прямом посеве, особенно на стадии развития генеративных органов (г2 = 0,75-0,96). На синтез хлорофилла значительное влиял уровень обеспечения минеральными формами азота.
В 2012 г. концентрация хлорофилла в листьях была выше при прямом посеве, но урожайность была ниже (рис. 1). Причиной этому было формирование меньшей площади листового аппарата. Стоит отметить, что при внесении N60P50K50Mgз0 урожайность существенно не отличалась от аналогичного варианта при традиционной обработке.
Традиционная обработка Прямой посев
в а ч 8,00
ч и ■S 7,00
о р g 6,00
о g 1 5,00
« и £ 4,00
ца р 1 3,00
нт е * 2,00
ц н о 1,00
Ы 20
70
Период вегетации, дней
120
Рис. 1. Зависимость концентрации хлорофилла в листьях кукурузы от периода вегетации и способа обработки почвы при внесении Nl2oPlooKlooMg6o, 2012 г.
g 7,00
Л - 6,00
CP о
У ^,00
енц 1,00
Традиционная обработка Прямой посев
-1-1-1—
20 40 60 80
Период вегетации, дней
100
Рис. 2. Зависимость концентрации хлорофилла в листьях кукурузы от периода вегетации и способа обработки почвы при внесении N120P100K100Mg60, 2013 г.
В 2013 г. при прямом посеве концентрация хлорофилла в течение всей вегетации кукурузы и, соответственно, урожайность были существенно ниже во всех вариантах опыта по сравнению с этими показателями при традиционной обработке (рис. 2). Несмотря на более низкую концентрацию хлорофилла при прямом посеве, значение показателя в течение вегетации находилось в оптимальных для прохождения процесса фотосинтеза пределах (3,1-5,7 мг/дм2) [6].
Подобные результаты получали другие ученые, в частности, Blackmer и Schepers [7] установили, что при нулевой обработке снижался уровень питания азотом, за счет чего уменьшалась биомасса растений и концентрация хлорофилла в листьях. Урожайность также существенно снижалась по сравнению с традиционной обработкой.
Таким образом, при прямом посеве кукурузы происходило повышение содержания минеральных форм азота в слое почвы 0-15 см, то есть в критический период по отношению к этому элементу. Накопление азотистых соединений растениями более эффективно проходило при традиционной обработке. Соответственно и урожайность при прямом посеве была существенно ниже (особенно в 2013 г.). Однако установлено существенное повышение содержания белка в зерне.
Литература
1. Iqbal M., Anwar-ul-Hassan, Rizwanullah M., Amanat A. Nutrient (N, P and K) Content in Soil and Plant as Affected by the Residual Effect of Tillage and Farm Manure // Int. J. Agri. Biol., 2005, Vol. 7, № 1. - P. 50-53.
2. Liu X.J., Mosier A.R., Halvorson A.D. Tillage and nitrogen application effects on nitrous and nitric oxide emissions from irrigated corn fields // Plant and Soil, 2005, № 276. - P. 235-249.
3. Марчук 1.У., Савчук А.В., Фшонов £.А. Добрива та !х використання: Довщник. - Киев: Арютей, 2010. - 254 с.
4. Liu K., Wiatrak P. Corn production response to tillage and nitrogen application in dry-land environment // Soil & Tillage Research, 2012, Vol. 124. - P. 138-143.
5. Olness A., Evans S.D., Moncrief J.F. Maize Grain Yield Response to Tillage and Fertilizer Nitrogen Rates on a Tara Silt Loam // J. Agronomy & Crop Science, 1995, № 174. - P. 273-285.
6. Малиновский В.И. Физиология растений. Учебное пособие. - Владивосток: ДВГУ, 2004. - 106 с.
7. Blackmer A.M., Schepers J.S. Use of a chlorophyll meter to monitor nitrogen status and schedule fertigation for corn // J. Produc. Agric., 1995, № 8. - P. 56-60.
