CC BY
9
УДК 631.84:633.16:631.445.24
ТРЕНДОВАЯ МОДЕЛЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗРАСТАЮЩИХ ДОЗ АЗОТНОГО УДОБРЕНИЯ В ПОСЕВАХ ЯЧМЕНЯ ПРИ РАЗНОМ СОДЕРЖАНИИ ГУМУСА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ЛЕГКОСУГЛИНИСТОЙ ПОЧВЕ
В. Б. ВОРОБЬЕВ
УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия», г. Горки, Республика Беларусь, 213407, e-mail: [email protected]
(Поступила в редакцию 09.07.2020)
В статье приведены результаты изучения энергетической эффективности различных доз азотного удобрения, применяемых в посевах ярового ячменя, возделываемого на фуражные цели на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве с различным содержанием гумуса. Показано, что для ячменя оптимальный уровень гумусированности дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы находился в интервале от 1,68 до 2,15 %. При более низком, или высоком содержании гумуса урожайность зерна ячменя снижалась.
Энергетическая эффективность применения азотных удобрений зависела как от дозы их внесения, так и от содержания в почве гумуса. Наиболее высокий энергетический коэффициент обеспечило применение азотных удобрений на учетных площадках с содержанием гумуса, близким к оптимальному значению. Явным энергетическим преимуществом отличались дозы азота N80+40 и N80+60. На фоне N80+40 энергетический коэффициент в зависимости от содержания в почве гумуса находился в пределах от 1,53 до 2,85. Его максимальное значение соответствовало гумусированности почвы, близкой к 1,9 %. В интервале гумумусированности почвы от 1,2 до 2,4 % при дозе азота N80+40 энергетический коэффициент в среднем составил 2,31. При дозе азота N80+60 среднее значение энергетического коэффициента было равно 2,43, однако, его максимальное значение оказалось несколько ниже (2,73 в интервале содержания гумуса в почве от 1,7 до 1,8 %). При этом на учетных делянках с содержанием гумуса свыше 1,8 % удельные энергозатраты оказались более высокие, чем при дозе азота N80+40.
Ключевые слова: яровой ячмень, дозы азота, содержание гумуса, урожайность зерна, энергетический коэффициент.
The article presents the results of studying the energy efficiency of various doses of nitrogen fertilizer used in crops of spring barley cultivated for fodder purposes on sod-podzolic light loamy soil with different humus content. It is shown that for barley, the optimal level of humus content in sod-podzolic light loamy soil was in the range from 1.68 to 2.15 %. With a lower or higher humus content, the yield of barley grain decreased.
The energy efficiency of application of nitrogen fertilizers depended both on the dose of their application and on the content of humus in the soil. The highest energy coefficient was ensured by the use of nitrogen fertilizers at the accounting plots with a humus content close to the optimal value. Doses of nitrogen N80 + 40 and N80 + 60 were distinguished by a clear energy advantage. Against the background of N80 + 40, the energy coefficient, depending on the content of humus in the soil, ranged from 1.53 to 2.85. Its maximum value corresponded to the soil humus content close to 1.9 %. In the range of soil humus content from 1.2 to 2.4 % at a nitrogen dose of N80 + 40, the energy coefficient averaged 2.31. At a nitrogen dose of N80 + 60, the average value of energy coefficient was 2.43, however, its maximum value was slightly lower (2.73 in the range of humus content in the soil from 1.7 to 1.8 %). At the same time, on accounting plots with a humus content of more than 1.8%, the specific energy consumption turned out to be higher than with a nitrogen dose of N80 + 40.
Key words: spring barley, nitrogen doses, humus content, grain yield, energy coefficient.
Введение
Интенсификация земледелия неразрывно связана с усложнением технологических процессов. Это, с одной стороны ведет к росту урожайности сельскохозяйственных культур, а с другой - к увеличению расхода невозобновляемой энергии, что, часто сопровождается снижением выхода продукции на единицу энергетических затрат, а соответственно уменьшением соотношения между количеством энергии, накопленной в урожае и количеством энергии, затраченной на его получение. Очень важно разработать такие технологии возделывания сельскохозяйственных культур, которые бы требовали минимальных затрат невозобновляемой энергии и сопровождались максимальным выходом энергии урожая [3, 4].
Наибольшее влияние на формирование урожайности сельскохозяйственных культур, а соответственно и на накопление энергии в продукции растениеводства оказывают минеральные удобрения. К сожалению, применение удобрений требует высоких энергетических затрат, которые связаны с их производством, транспортировкой, хранением и внесением. Кроме того, по мере увеличения урожая растут затраты на его уборку, транспортировку, переработку и реализацию. При этом эффективность минеральных удобрений определяется типом почвы, ее гранулометрическим и агрохимическим составами, режимом увлажнения и многими другими показателями. В частности, агрономическая окупаемость азотных удобрений во многом зависит от содержания в почве гумуса, в котором накоплен почти весь запас азота почвы. В связи с этим урожайность, а соответственно и прибавка урожая, обусловленная применением азотных удобрений на почвах с различным содержанием гумуса различна [1]. Именно поэтому цель наших исследований заключалась в изучении энергетической эффективно-
сти возрастающих доз азотного удобрения, применяемых в посевах ячменя, возделываемого на фуражные цели на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве с различным содержанием гумуса.
Основная часть
Исследования проводились в 2008-2012 гг. методом микроделянок [2]. Для этого в учебно-опытном хозяйстве УО БГСХА были подобраны 2 поля, расположенные на почве одного генезиса, имеющие одинаковую историю, отличающиеся выровненным рельефом и автоморфным типом увлажнения. Ежегодно на одном из подобранных полей выделялся массив опытного участка длиной около 1 км и шириной 60 метров. На этом участке в посевах ячменя сорта Гонар, возделываемого на фоне К8оРбоК12о, с помощью технологической колеи в фазу конец кущения - начало выхода в трубку были внесены в подкормку следующие дозы азотного удобрения: N20, N40 и N60. Предшественником ячменя был яровой рапс. Контролем служил вариант без применения азота. Выделенный массив захватывал несколько элементарных почвенных участков с содержанием гумуса от 1 до 3 %). Норма высева ячменя - 4,5 млн всхожих семян на 1 га. Уход за посевами включал: обработку гербицидом «Прима» в дозе 0,6 л/га (фаза кущения), обработку фунгицидом «Рекс Дуо» в дозе 0,5 л/га (фаза колошения).
На всех создаваемых вариантах азотного питания выделялось около 40 микроделянок, с которых учитывались урожайность зерна и соломы, отбирались образцы почвы для анализа на показатели, характеризующие гумусовое состояние. Полученные результаты подвергались корреляционно-регрессионному анализу.
Почва опытных участков дерново-подзолистая легкосуглинистая, развивающаяся на лессах. Ее агрохимические показатели в пахотном горизонте учетных площадок изменялись в широких пределах, однако практически все они находилась в тесной корреляционной зависимости от содержания в почве гумуса и поэтому, как правило, учетные делянки с близким содержанием гумуса относились к одинаковым группам по содержанию подвижных соединений фосфора и калия.
Для оценки энергетической эффективности внесения азотных удобрений были рассчитаны коэффициенты энергетической эффективности и удельные энергетические затраты [5]. При этом под коэффициентом энергетической эффективности понималось отношение энергии, накопленной в прибавке урожая, обусловленной применением азотных удобрений к количеству энергии, затраченной на их применение. Его расчет проводился по формуле q = Эп/Эо, где q - коэффициент энергетической эффективности, Эп - количество энергии (МДж), накопленной в прибавке урожая, Эо - энергетические затраты (МДж) на производство, доставку, хранение, подготовку, транспортировку и внесение азотных удобрений, а так же уборку, доработку и реализацию дополнительной продукции. Удельные энергетические затраты рассчитывались делением общих энергетических затрат на прибавку урожая, полученную от применения азотных удобрений.
В результате исследований установлено, что между содержанием в почве гумуса и урожайностью зерна ячменя существует тесная криволинейная связь имеющая вид параболы с вершиной соответствующей максимальной урожайности. При этом оптимальный уровень гумусированности почвы находился в пределах от 1,68 до 2,15 %. При более высоком содержании гумуса урожайность зерна ячменя снижалась.
На основании обобщения результатов исследований, полученных за годы исследований (всего около 600 пар сравнений), была разработана трендовая модель урожайности зерна ячменя, возделываемого при разных дозах азотного удобрения на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве с различным содержанием гумуса (таблица).
Она показывает, что на фоне Р60К120 при содержании гумуса в почве от 1,2 до 2,0 % наибольшую урожайность зерна (от 4,65 до 7,15 т/га) ячменя, возделываемого на фуражные цели, обеспечивает доза азотного удобрения 140 кг д.в./га (80 кг/га в основную заправку и 60 кг/га - в подкормку в фазу конец кущения - начало выхода в трубку). При содержании гумуса в почве от 2,0 до 2,5 % дозы азотного удобрения N80+60 и N80+40 обеспечивают равновеликую урожайность.
Достоверность полученных уравнений линий тренда подтверждается величиной аппроксимации (Я2), или так называемым коэффициентом детерминации, показывающим степень соответствия трен-довой модели исходным данным. В нашем случае он находился в пределах от 0,40 до 0,77. Это говорит о том, что от 40 до 77 % всех изменений урожайности зерна ячменя были обусловлены изменением содержания в почве гумуса. Данная модель представляет интерес не только с точки зрения выявления роли гумуса в формировании урожайности ячменя и определения его оптимального содержания в почве, но и позволяет достаточно точно оценить энергетическую эффективность применения различных доз азотного удобрения при разном уровне гумусированности почвы.
Трендовая модель урожайности зерна и энергетической эффективности возрастающих доз азотного удобрения в посевах ячменя при разном содержании гумуса в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве
Дозы азота Уравнения линий тренда и2 Показатели Содержание гумуса, %
1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4
Без N У=-1,7208Х3+7,772Х2 -10,249Х+6,7734 0,77 Урожайность зерна, т/га 2,69 2,80 2,94 3,08 3,22 3,36 3,47 3,55 3,60 3,59 3,52 3,38 3,15
N80 У=2,2375Х3-15,496Х2+33,762Х - 19,22 0,40 Урожайность зерна, т/га 2,85 3,40 3,81 4,11 4,29 4,38 4,39 4,33 4,22 4,06 3,88 3,68 3,48
Прибавка урожая, т/га 0,15 0,59 0,88 1,03 1,07 1,03 0,92 0,78 0,62 0,48 0,36 0,30 0,33
Накоплено энергии в прибавке урожая, Мдж/га 2530 9777 14448 16933 17623 16909 15181 12831 10248 7824 5949 5014 5410
Всего энергозатрат, Мдж/га 6991 8282 9114 9557 9680 9552 9245 8826 8366 7934 7600 7434 7504
Удельные энергозатраты, Мдж/ц 4545 1393 1038 928 904 929 1002 1132 1343 1668 2102 2439 2282
Энергетический коэффициент 0,36 1,18 1,59 1,77 1,82 1,77 1,64 1,45 1,23 0,99 0,78 0,67 0,72
N 80+20 У=2Д375Х - 15,496Х2 + 33,762Х - 19,22 0,40 Урожайность зерна, т/га 3,71 3,99 4,22 4,39 4,50 4,58 4,62 4,63 4,61 4,58 4,53 4,49 4,44
Прибавка урожая, т/га 1,02 1,19 1,28 1,31 1,28 1,22 1,15 1,07 1,01 0,99 1,02 1,11 1,28
Накоплено энергии в прибавке урожая, Мдж/га 16715 19585 21085 21490 21073 20110 18875 17642 16685 16279 16699 18217 21110
Всего энергозатрат, Мдж/га 11133 11644 11911 11983 11909 11738 11518 11298 11128 11055 11130 11401 11916
Удельные энергозатраты, Мдж/ц 1096 978 929 917 930 960 1004 1053 1097 1117 1096 1029 929
Энергетический коэффициент 1,50 1,68 1,77 1,79 1,77 1,71 1,64 1,56 1,50 1,47 1,50 1,60 1,77
N 80+40 У = 14,684Х4-111,94Х3+307,32Х2-357,78Х+53,79 0,40 Урожайность зерна, т/га 4,01 4,05 4,49 5,13 5,81 6,40 6,82 7,00 6,93 6,63 6,15 5,56 5,00
Прибавка урожая, т/га 1,32 1,25 1,56 2,05 2,59 3,04 3,34 3,45 3,34 3,04 2,63 2,19 1,85
Накоплено энергии в прибавке урожая, Мдж/га 21689 20559 25594 33740 42525 50056 55020 56684 54894 50075 43234 35955 30405
Всего энергозатрат, Мдж/га 13634 13433 14330 15781 17345 18687 19571 19867 19548 18690 17472 16175 15187
Удельные энергозатраты, Мдж/ц 1034 1075 921 769 671 614 585 577 586 614 665 740 822
Энергетический коэффициент 1,59 1,53 1,79 2,14 2,45 2,68 2,81 2,85 2,81 2,68 2,47 2,22 2,00
N 80+60 У = -6,2409Х+22,883Х-13,818 0,46 Урожайность зерна, т/га 4,65 5,38 5,99 6,46 6,82 7,05 7,15 7,13 6,98 6,71 6,32 5,80 5,15
Прибавка урожая, т/га 1,96 2,58 3,05 3,39 3,60 3,69 3,68 3,58 3,39 3,13 2,80 2,42 2,00
Накоплено энергии в прибавке урожая, Мдж/га 32274 42424 50172 55688 59141 60701 60538 58822 55723 51410 46054 39824 32891
Всего энергозатрат, Мдж/га 17135 18943 20323 21305 21920 22198 22169 21863 21311 20543 19589 18479 17244
Удельные энергозатраты, Мдж/ц 873 734 666 629 610 602 602 611 629 657 700 763 862
Энергетический коэффициент 1,88 2,24 2,47 2,61 2,70 2,73 2,73 2,69 2,61 2,50 2,35 2,16 1,91
Анализ многолетних данных показывает, что внесение в основную заправку 80 кг/га азота обеспечило по сравнению с вариантом без азотного удобрения прибавку урожайности зерна в среднем от 0,15 до 1,07 т/га. При этом максимальные значения данного показателя (1,03-1,07 т/га) были получены на микроплощадках с содержанием гумуса от 1,5 до 1,7 %. Соответственно при таком содержании гумуса в прибавке урожая было накоплено наибольшее количество энергии, а в конечном итоге получен и наиболее высокий энергетический коэффициент (1,77-1,82). Применение вышеназванной дозы азотного удобрения на делянках с содержанием гумуса 1,2 %, а также с содержанием гумуса более 2,1 % было энергетически не выгодно, так как в этих случаях энергетический коэффициент оказался меньше единицы. В целом в интервале гумусированности почвы от 1,2 до 2,4 % удельные энергозатраты находились в пределах от 4545 до 904 Мдж/ц (в среднем 1669,5 Мдж/ц) и оказались наименьшими на учетных площадках с содержанием гумуса около 1,6 %.
Азотная подкормка в фазу конец кущения - начало выхода в трубку в дозе 20 кг/га снизила удельные энергозатраты в среднем до 1011 Мдж/ц. При этом среднее значение энергетического коэффициента составило 1,64.
Явное энергетическое преимущество имели дозы азота N80+40 и N80+60. Так, на фоне N80+40 энергетический коэффициент в зависимости от содержания в почве гумуса находился в пределах от 1,53 до 2,85. Согласно трендовой модели, его максимальное значение соответствовало гумусированности почвы, близкой к 1,9 %. При содержании гумуса 2,4 % значение данного показателя снизилось до 2,00. В интервале гумумусированности почвы от 1,2 до 2,4 % при дозе азота N80+40 энергетический коэффициент в среднем составил 2,31.
В этом же интервале при дозе азота N80+60 среднее значение энергетического коэффициента составило 2,43, однако, его максимальное значение было несколько ниже (2,73 при содержании гумуса в почве 1,7-1,8 %). При этом на учетных делянках с содержанием гумуса свыше 1,8 % удельные энергозатраты оказались более высокие, чем при дозе азота N80+40.
Заключение
При возделывании ярового ячменя на фуражные цели оптимальный уровень гумусированности дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы находился в пределах от 1,68 до 2,15 %. При более высоком содержании гумуса урожайность зерна ячменя снижалась.
Энергетическая эффективность применения азотного удобрения зависела как от дозы его внесения, так и от содержания в почве гумуса. Наиболее высокий энергетический коэффициент обеспечило применение азотного удобрения на учетных площадках с содержанием гумуса, близком к оптимальному значению. Явным энергетическим преимуществом отличались дозы азота N80+40 и N80+60. На фоне N80+40 энергетический коэффициент в зависимости от содержания в почве гумуса находился в пределах от 1,53 до 2,85. Его максимальное значение соответствовало гумусированности почвы, близкой к 1,9 %.
В интервале гумумусированности почвы от 1,2 до 2,4 % при дозе азота N80+40 энергетический коэффициент в среднем составил 2,31. При дозе азота N80+60 среднее значение энергетического коэффициента составило 2,43, однако, его максимальное значение было несколько ниже (2,73 при содержании гумуса в почве 1,7-1,8 %). При этом на учетных делянках с содержанием гумуса свыше 1,8 % удельные энергозатраты оказались более высокие, чем при дозе азота N80+40.
ЛИТЕРАТУРА
1. Воробьев, В. Б. Влияние содержания гумуса и различных доз азотного удобрения на урожайность ячменя и баланс азота в почве / В. Б. Воробьев, И. Ю. Грищенко, С. И. Ласточкина // Вестник БГСХА. - 2018. - № 2. - С. 98-101.
2. Воробьев, В. Б. Методика закладки полевого опыта на почве с различным уровнем содержания гумуса. Рекомендации для научных сотрудников, преподавателей, аспирантов, магистрантов, студентов учебных заведений агроэкологиче-ского профиля / В. Б. Воробьев, Г. В. Седукова. - Горки, 2018. - 20 с.
3. Ермохин, Ю. И. Оптимизация минерального питания сельскохозяйственных культур: монография / Ю. И. Ермо-хин, И. А. Бобренко. - Омск: Изд-во ФГОУ ВПО Ом ГАУ, 2005. - 284 с.
4. Оценка энергетической эффективности технологий возделывания озимой пшеницы в шести ротациях севооборота многолетнего стационара / Н. И. Цимбалист [и др.] // Агрохимия. - 2007. - № 7. - С. 49-63.
5. Система применения удобрений: учебник / В. В. Лапа [и др.]; под ред. В. В. Лапы. - Минск ИВЦ Минфина, 2016. -440 с.
