CC BY
47
УДК 631.559:631.8:633.11 DOI 10.32417/article_5d52af444f18e2.57849916
ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ И МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ
И. В. ПОНКРАТЕНКОВА, старший научный сотрудник, А. Ю. ГАВРИЛОВА, старший научный сотрудник, Федеральный научный центр лубяных культур
(214025, г. Смоленск, ул. Нахимова, д. 21; тел.: +7 920 300-74-85; e-mail: [email protected]),
Г. Е. МЕРЗЛАЯ, доктор сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник, С. П. ВОЛОШИН, кандидат биологических наук, научный сотрудник,
Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д. Н. Прянишникова
(127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 31А; тел.: +7 962 369-41-97; e-mail: [email protected])
Ключевые слова: яровая пшеница, навоз, минеральные удобрения, урожайность, качество, дерново-подзолистая почва.
В статье приведены данные по влиянию систем удобрения и их последействия на урожайность и качество зерна яровой пшеницы сорта МИС. Цель исследования - установить эффективные и экологически безопасные дозы и сочетания подстилочного навоза и минеральных удобрений и их влияние на урожайность и качество растительной продукции при возделывании яровой пшеницы. Исследования проводили в 2007-2008 гг. и в 2014-2015 гг. на двух полях в условиях длительного полевого опыта географической сети по общепринятой методике. В период 19782008 гг. в опыте на культурах полевого севооборота испытывали действие органических и минеральных удобрений, с 2009 г. - их последействие на фоне весенней подкормки азотом в дозе N45. Установлено, что урожайность яровой пшеницы при длительном применении органических и минеральных удобрений (2007-2008 гг.) была значительно выше, чем на азотном фоне, без внесения фосфорно-калийных и органических удобрений (2014-2015 гг.). При одностороннем применении минеральных удобрений и навоза прибавка по сравнению с контролем составила 8,411,4 ц/га. Применение органоминеральной системы повышало урожайность до 106 %. Урожайность яровой пшеницы, которая возделывалась по последействию органических и минеральных удобрений на фоне подкормки азотом в дозе 45 кг, уменьшилась примерно в 2 раза. Совместное применение органических и минеральных удобрений также увеличивало содержание белка и массу 1000 зерен. В годы с внесением минеральных и органических удобрений крупность зерна зависела только от минеральных удобрений, в годы без внесения удобрений увеличению массы 1000 зерен способствовали калийные минеральные удобрения и навоз. В обоих случаях повышению содержания сырого белка в зерне яровой пшеницы способствовали азотные удобрения. Установлена корреляционная связь между массой 1000 зерен и урожайностью яровой пшеницы.
THE INFLUENCE OF CONTINUOUS APPLICATION OF ORGANIC AND MINERAL FERTILIZERS ON YIELD AND QUALITY OF SPRING WHEAT
I. V. PONKRATENKOVA, senior researcher, A. Yu. GAVRILOVA, senior researcher, Federal Research Center for Bast Fiber Crops
(21 Nakhimova Str., 214025, Smolensk; phone: +7 920 300-74-85; e-mail: [email protected]),
G. E. MERZLAYA, doctor of agricultural sciences, chief researcher, S. P. VOLOSHIN, candidate of biological sciences, researcher,
All-Russian Scientific and Research Institute of Agrochemistry named after D. N. Pryanishnikov
(31A Pryanishnikova Str., 127550, Moscow; phone: +7 962 369-41-97; e-mail: [email protected])
Keywords: spring wheat, manure, mineral fertilizers, yield, quality, sod-podzolic soil.
The article presents data on the influence of fertilizer systems and their aftereffect on the yield and quality of grain of spring wheat variety MIS. The aim of the study is to establish effective and ecologically safe doses and combinations of litter manure and mineral fertilizers and their impact on the yield and quality of plant products in the cultivation of spring wheat. The studies were carried out in 2007-2008 and in 2014-2015 on two fields under the conditions of long-term field experience of the Geographical network according to the generally accepted method. In the period 1978-2008 years of experience in the crops field rotation experienced the effect of organic and mineral fertilizers, and in 2009 their aftereffect on the backdrop of the spring fertilizing with nitrogen in the dose of N45. It was found that the yield of spring wheat with long-term use of organic and mineral fertilizers (2007-2008) was significantly higher than on the nitrogen background, without the introduction of phosphorus-potassium and organic fertilizers (2014-2015). With one-sided application of mineral fertilizer and manure increase compared to control was 8.4 and 11.4 c/ha. Application of organic-mineral systems increased yields of up to 106 %. The yield of spring wheat, which was cultivated by the aftereffect of organic and mineral fertilizers on the background of nitrogen fertilizing at a dose of 45 kg, decreased by about 2 times. The combined use of organic and mineral fertilizers also increased the protein content and weight of 1000 grains. In the years with the introduction of mineral and organic fertilizers, the grain size depended only on mineral fertilizers, in the years without fertilizers, potassium mineral fertilizers and manure contributed to the increase in the mass of 1000 grains. In both cases, nitrogen fertilizers contributed to the increase in the content of crude protein in the grain of spring wheat. The correlation between the weight of 1000 grains and the yield of spring wheat is established.
Введение
Как показывает накопленный опыт в России и за рубежом, воспроизводство плодородия почв во многом зависит от рационального применения агрохимических средств, главным образом - от удобрений. При этом максимальный эффект достигается от совместного использования органических и минеральных удобрений [1, 2]. Однако многие вопросы, в частности связанные с действием различных схем удобрения (минеральной, органической, органоми-неральной) на физические, агрохимические и биологические показатели почв, урожайность и качество возделываемых культур в различных почвенных условиях, требуют уточнения. Необходимо уточнить, что в ряде зарубежных стран с применением высоких и сверхвысоких объемов минеральных удо -брений, следствием чего во многих случаях стало ухудшение экологического равновесия и качества растительного сырья, появились сторонники так называемого альтернативного сельского хозяйства с ограниченным применением промышленных удобрений и даже с полным их исключением [3, 6, 8-9].
Между тем, согласно новой парадигме ФАО, изложенной в Руководстве для политиков по устойчивой интенсификации растениеводства, ставится задача получения высокой урожайности сельскохозяйственных культур путем разумного использования органических и химических удобрений, максимального использования естественных источников органического вещества (навоза, биологического азота) в комплексе с удобрениями на основе минерального сырья. Эта парадигма не противоречит ранее сформировавшимся отечественным концепциям. К тому же ее целесообразность подтверждают и результаты длительных исследований ВНИИ агрохимии и Смоленского ИСХ с удобрениями на дерново-подзолистых почвах, включая итоги нижеприведенного опыта [4, 7, 10].
Цель и методика исследований
Влияние различных норм и сочетаний навоза и минеральных удобрений, а также их последействие на фоне азотного удобрения на урожай и качество яровой пшеницы сорта МИС изучали в долгосрочном полевом опыте в п. Ольша (Смоленский ИСХ), который был заложен в 1978 г. С 1998 г. опыт проводится в двух полях на площади 7 га. Опыт внесен в Реестр аттестатов длительных опытов с удобрениями и другими средствами химизации Российской Федерации. Исследования представлены четырехлетними данными (2007, 2008, 2014, 2015 гг.).
Цель работы заключалась в выявлении закономерностей длительного действия в агроценозах органических и минеральных удобрений в широком диапазоне доз для разработки эффективной системы удобрения под яровую пшеницу.
С 1978 по 2015 год прошло 5 ротаций севооборота. С 1978 по 2008 год изучали влияние органических и минеральных удобрений на урожай и качество культур. С 2009 г. исследуется последействие органических и минеральных удобрений на фоне Навоз последний раз вносили в 2002 году. Единичные дозы под яровую пшеницу составили: Р30, К30. Доза навоза - 3 т/га ежегодно.
Полная схема опыта состояла из 16 вариантов, повторенных на 3 фонах (0000, 1111, 2222), или 48 вариантов. В кодах первая цифра означает дозу азота, вторая - фосфора, третья - калия, четвертая - навоза. Площадь делянки - 112 м2. Повторность трехкратная.
Эксперимент проводился в плодосменном севообороте со следующей очередностью культур: овес на зеленую массу, озимая рожь, ячмень с подсевом трав, многолетние травы 1 и 2 годов пользования, яровая пшеница, овес.
Почва исследуемого участка дерново-подзолистая легкосуглинистая с низким содержанием гумуса (1,5-2,0 %), слабокислой реакцией почвенной среды (рН = 5,5), содержанием подвижного фосфора и калия соответственно 150-170 и 110-150 мг/кг по-
чвы.
В эксперименте изучали следующие удобрения: аммиачную селитру ^ - 34 %), простой суперфосфат (Р2О5 - 30 %) и хлористый калий (К2О - 57 %), которые применяли под культивацию. Полуперепревший навоз вносили один раз за севооборот под озимую рожь под вспашку. Содержание в нем органического вещества (на сухую массу) составляло 49,1-68,6 %, отношение С^ равнялось 18-19. С единичной дозой навоза 3 т/га было внесено в почву (на 1 га) ежегодно 580 кг органического вещества, 15 кг N 7 кг Р205, 22 кг К2О.
Закладка опыта и статистическая обработка экспериментальных данных выполнены по общепринятым методикам с использованием компьютерной программы STRAZ [5, 11].
Результаты исследований
В таблице 1 представлены данные, которые отражают воздействие минеральных и органических удобрений на урожай яровой пшеницы. При сравнении экспериментальных показателей очевидно, что продуктивность яровой пшеницы при продолжительном использовании органических и минеральных удобрений (за период 1978-2008 гг.) значительно выше, чем на азотном фоне, без внесения фосфорно-калийных и органических удобрений. Прибавка урожайности в среднем за 2007-2008 годы увеличилась с 8,4 до 20,4 ц/га, а за 2014-2015 годы она возросла с 0,7 до 15,5 ц/га.
При одностороннем применении азота, фосфора и навоза прибавка была примерно одинаковой (11,0-
Таблица 1
Влияние органических и минеральных удобрений на урожай яровой пшеницы
Table 1
Influence of organic and mineral fertilizers on spring wheat harvest
Варианты опыта Experience variants Действие удобрений Effect offertilizers Последействие удобрений Aftereffect of fertilizers
Урожайность, ц/га (в среднем за 2007-2008 гг.) Yield, с/ha (on average for 2007-2008) Прибавка Increase Урожайность, ц/га (в среднем за 2014-2015 гг.) Yield, с/ha (on average for 2014-2015) Прибавка Increase
ц/га с/ha % ц/га с/ha %
0000 19,2 - - 11,8 - -
0030 27,6 8,4 44 16,6 4,8 41
0300 30,6 11,4 59 13,9 2,1 18
3000 30,5 11,3 59 12,5 0,7 6
3330 34,5 15,3 80 17,3 5,5 47
0003 30,2 11,0 57 15,1 3,3 28
1111 28,5 9,3 48 14,1 2,3 19
2222 33,4 14,2 74 17,5 5,7 48
3333 35,3 16,1 84 18,2 6,4 54
4444 32,3 13,1 68 24,3 12,5 106
5555 39,6 20,4 106 27,3 15,5 131
НСР05 2,6 1,1
11,4 ц/га), от калия несколько ниже - 8,4 ц/га. При внесении минеральных удобрений в тройном объеме (3330) урожайность увеличилась на 80 %. Применение органоминеральной схемы с постепенным увеличением дозы способствовало значительному повышению прибавки урожая (до 106 %).
Яровая пшеница 2014-2015 гг. возделывалась шестой культурой севооборота, где уже изучали последействие фосфорно-калийных минеральных удобрений и навоза на фоне азотных удобрений. Аммиачную селитру вносили в дозе 45 кг д. в. Как видно из таблицы 1, средняя урожайность за 2 года уменьшилась примерно в 2 раза. И только на вариантах 4444, 5555 разница снизилась в 1,3-1,4 раза.
Рассчитанные на основе экспериментальных данных полевого опыта уравнения (1) и (2) отражают зависимость урожайности зерна пшеницы от удобрений.
^2007-2008 гг.) = 21,96 + 4,16№5 + 2,52Р + 0,99К +
5,68Н05 - 1,73(ОТ)05 - 2,05(РН)05 - 1,59(КН)05;
R = 0,75 (1)
^2014-2015 гг.) = 12,28 + 1,45К + 0,64Н + 0,42(ОТ)05;
R = 0,87 (2)
Согласно первому уравнению регрессии, установлена прямолинейная зависимость роста урожайности от возрастающих доз всех видов удобрений. Взаимодействие фосфорных и калийных удобрений с навозом и азотно-фосфорное сочетание способствовали снижению урожайности.
Учеными отмечено, что при хорошей обеспеченности почвы фосфором и калием одностороннее внесение азотных удобрений способствует получению стабильных урожаев, но приходится считаться
с неизбежностью определенного снижения почвенных запасов подвижного Р2О5 и К2О [6, 7].
За период 2014-2015 гг. на рост урожайности яровой пшеницы оказывали влияние калийные минеральные удобрений и органика (2). Действие фосфора проявлялось только в комбинации с азотом.
Наравне с продуктивностью при возделывании пшеницы большое значение имеет и качество получаемого зерна.
На дерново-подзолистых почвах применение удобрений в научно обоснованных дозах способствует оптимизации условий для протекания биохимических реакций в растениях, а соответственно и повышению качества продукции [8].
Масса 1000 зерен - один из показателей, который определяет урожай зерна. В среднем за 2007-2008 гг. на фоне без внесения навоза масса 1000 зерен в зависимости от вида минерального удобрения увеличивалась от 34,2 до 42,9 г (таблица 2). При одностороннем применении органики (9 т/га ежегодно) она составила 37,0 г. Наиболее крупное зерно формировалось при внесении органо-минерального комплекса.
В период 2014-2015 гг. на фоне поддерживающей подкормки азотом наблюдались изменения крупности зерна пшеницы. Более крупная зерновка формировалась на делянках, где ранее вносили большие дозы навоза и минеральных удобрений. Наибольшая масса 1000 зерен составила 37,9 г.
Действие удобрений в той или иной степени влияло на массу 1000 зерен, о чем свидетельствуют уравнения регрессии (3) и (4).
% 1ППП ) = 36,84 + 0,32Р + 0,52(КК)05;
(масса 1000 зерен за 2007-2008 гг.) ' ' ' 4 ' '
R = 0,54 (3)
Таблица 2
Влияние действия и последействия органических и минеральных удобрений
на качество зерна яровой пшеницы
Table 1
Influence of action and aftereffect of organic and mineral fertilizers on quality of grain of spring wheat
Варианты опыта Phases experience variants Действие удобрений, в среднем за 2007-2008 гг. Effect of fertilizers, on average for 2007-2008 Последействие удобрений, в среднем за 2014-2015 гг. Aftereffect of fertilizers, on average for 2014-2015
Сырой белок, % Crude protein, % Масса 1000 зерен, г Weight of1000 grains, g Сырой белок, % Crude protein, % Масса 1000 зерен, г Weight of1000 grains, g
0000 9,4 34,2 6,1 29,1
0030 7,5 35,5 7,1 30,0
0300 9,5 42,9 7,2 29,8
3000 9,8 37,3 7,1 28,2
3330 11,7 39,5 7,7 30,8
0003 9,4 37,0 5,9 29,7
1111 7,4 36,7 6,5 30,2
2222 10,8 40,8 6,3 31,2
3333 10,3 40,7 7,9 37,9
4444 11,8 41,3 7,3 32,0
5555 12,5 41,4 7,9 32,2
Масса 1000 зерен, г Weight of 1000 grains, g
о "
s 2
»S Ф CO
x >
о
CP
>
35 30 25 20 15 10
y = 0,89x - 10,59
25
R2 = 0,23
r = 0,48
30
35
40
Масса 1000 зерен,г Weight of 1000 grains, g
2007-2008 rr 2007-2008
Рис. 1. Взаимосвязь между урожайностью и массой 1000 зерен яровой пшеницы Fig. 1. Relationship between yield and weight of 1000 grains of spring wheat
2014-2015 rr. 2014-2015
Y
(масса 1000 зерен за 2014-2015 гг.)
= 28,99 + 0,65К05 + 0,275Н;
R = 0,48 (4)
Если в годы внесения минеральных и органических удобрений крупность зерновки зависела только от минеральных удобрений, то в годы без их внесения увеличению массы 1000 зерен способствовали только калийные удобрения и навоз.
Применение органо-минерального комплекса в возрастающих дозах способствовало увеличению количества сырого белка в зерне пшеницы с 7,4 до 12,5 %. Без внесения удобрений процент белка изменялся незначительно.
Обработка экспериментальных данных выявила зависимость концентрации белка в зерне от удобрений (уравнения (5), (6)).
% й б 2007 2008 ) = 9,24 + 0,58№5 - 0,6К05 +
(сырой белок за 2007-2008 гг.) ' ' '
0,5(РК)05; R = 0,66 (5)
%(сырой белок за 2014-2015 гг.) 6,43 0,22N 0,34Р 0,35К
0,54(РК)05; R = 0,56 (6)
Сравнительный анализ показал, что в обоих случаях на содержание белка в зерне положительно влияли азотные удобрения. Калийные и взаимодействие фосфорно-калийных удобрений имели противоположный эффект. Если в годы внесения калийные удобрения снижали содержания белка, а фосфорно-калийное взаимодействие удобрений способствовало его увеличению, то без внесения минеральных удобрений, используя свободные запасы в почве, калий положительно влиял на увеличение концентрации белка в зерне, а фосфорно-ка-
лийное взаимодействие способствовало снижению Выводы. Рекомендации
его содержания. На основании исследований, выполненных в
В годы без минеральных удобрений процент бел- долгосрочном полевом опыте, под яровую пшени-ка в зерне увеличивался за счет использования по- цу сорта МИС при выращивании в севообороте на чвенных запасов фосфора. дерново-подзолистой легкосуглинистой почве реко-
Установлена корреляционная связь между мас- мендуется применять органоминеральный комплекс сой 1000 зерен пшеницы и ее продуктивностью. Как удобрений в дозах не менее N60P60K60 на фоне 6 т/га показано на рис. 1, коэффициент корреляции (г) в подстилочного навоза ежегодно. При использовании 2007-2008 гг. приближался к единице. Это говорит этой системы удобрения средняя урожайность пше-о том, что между изучаемыми признаками имелась ницы составила 33,4 ц/га, что на 74 % превышало тесная связь. При выращивании яровой пшеницы в контроль без удобрений. При этом концентрация 2014-2015 гг. коэффициент корреляции не превышал белка в зерне находилась на уровне 10,8 %, масса 0,48, т. е. урожайность слабо зависела от изменения 1000 зерен составила 40,8 г. Возделывание яровой массы 1000 зерен. пшеницы по последействию минеральных и органи-
Коэффициент детерминации (R2) составил 0,58 ческих удобрений на фоне N45 привело к снижению и 0,23, т. е. 58 % и 23 % колебаний в урожайности, средней урожайности зерна примерно в 2 раза. соответственно, связано с изменением массы 1000 зерен.
Литература
1. Агрохимия. Классический университетский учебник для стран СНГ / Под ред. В. Г. Минеева. - М. : ВНИИА, 2017. - 854 с.
2. Влияние длительного применения удобрений на органическое вещество почв / Под ред. В. Г. Сычева, Л. К. Шевцовой. - М. : ВНИИА, 2010. - 352 с.
3. Гаврилова А. Ю. [и др.] Эффективное использование органических и минеральных удобрений на дерново-подзолистых почвах Смоленской области // Итоги выполнения программы фундаментальных научных исследований государственных академий на 2013 - 2020 гг.: материалы Всероссийского координационного совещания научных учреждений-участников Географической сети опытов с удобрениями. 2018. С. 63-72.
4. Державин Л. М. Методология проектирования применения удобрений и других средств химизации в ресурсосберегающих агротехнологиях при модернизации земледелия // Агрохимия. 2013. № 8. С. 18-29.
5. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). - М. : Книга по требованию, 2012. - 352 с.
6. Еськов А. И., Лукин С. М., Мерзлая Г. Е. Современное состояние и перспективы использования органических удобрений в сельском хозяйстве // Плодородие. 2018. № 1 (100). С. 20-23.
7. Коллетт Л., Ходжкин Т. Сохранить и приумножить: Руководство для политиков по устойчивой интенсификации растениеводства в мелких хозяйствах. - Рим : Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (ФАО), 2011. - 102 с.
8. Конова А. М. [и др.] Региональная система земледелия Смоленской области. - Смоленск: Агронаучсер-вис, 2013. - 277 с.
9. Лапа В. В., Ивахненко Н. Н., Грачева А. А. Длительное последействие остаточных количеств фосфорных и калийных удобрений // Почвоведение и агрохимия. 2014. № 1 (52). С. 136-148.
10. Мерзлая Г. Е. Эффективность органических систем удобрения // Экологически устойчивое земледелие: состояние, проблемы и пути их решения: материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. 2018. С. 23-31.
11. Методика полевых и вегетационных опытов с удобрениями и гербицидами. - М. : Наука, 2000. - 184 с.
References
1. Agrochemistry. Classical University textbook for CIS countries / Under the editorship of V. G. Mineev. - Moscow : All-Russian Research Institute of Automation, 2017. - 854 p.
2. Effect of long-term use of fertilizers on soil organic matter / Under the editorship of V. G. Sychev, L. K. Shevtso-va. - Moscow : All-Russian Research Institute of Automation, 2010. - 352 p.
3. Gavrilova A. Yu. [et al.] Effective use of organic and mineral fertilizers on sod - podzolic soils of the Smolensk region // Results of the program of fundamental research of the state academies for 2013-2020: materials of the all-Russian coordination meeting of scientific institutions participating in the Geographical network of experiments with fertilizers. 2018. Pp. 63-72.
4. Derzhavin L. M. Methodology of designing the use of fertilizers and other chemicals in resource-saving agricultural technologies in the modernization of agriculture // Agrochemistry. 2013. No. 8. Pp. 18-29.
5. Dospekhov B. A. Methodology of field experiment (with bases of statistical processing of results of observations). - Moscow : Kniga po trebovaniyu, 2012. - 352 p.
6. Eskov A. I., Lukin S. M., Merzlaya G. E. The current state and prospects of the use of organic fertilizers in agriculture // Fertility. 2018. No. 1 (100). Pp. 20-23.
7. Collett L., Hodgkin T. Preserve and multiply: A guide for policy makers on sustainable intensification of crop production in small farms. - Rome : Food and agriculture organization of the United Nations (FAO), 2011. - 102 p.
8. Konova A. M. [et al.] Regional system of agriculture of the Smolensk region. - Smolensk : Agronauchservis, 2013. - 277 p.
9. Lapa V. V., Ivakhnenko N. N., Gracheva A. A. Long-term aftereffect of residual amounts of phosphate and potash fertilizers // Soil science and Agrochemistry. 2014. No. 1 (52). Pp. 136-148.
10. Merzlaya G. E. Efficiency of organic fertilizer systems // Ecologically sustainable agriculture: the state, problems and solutions: materials of the all-Russian scientific and practical conference with international participation. 2018. Pp. 23-31.
11. Methods of field and vegetation experiments with fertilizers and herbicides. - Moscow : Nauka, 2000. - 184 p.
