CC BY
30
DOI: 10.24411/0044-3913-2018-10402 УДК 631.8:631.582:631.6
Влияние удобрений и насыщения севооборотов зерновыми культурами на продуктивность осушаемой пашни
00 о
N
ш
S ^
ф
ч
ш ^
2
ш м
Л. И. ПЕТРОВА, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник (e-mail: 2016vniimz-noo@list.ru) Ю. И. МИТРОФАНОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. отделом
н. к. первушина, младший научный сотрудник В. Н. ЛАПУшКИНА, младший научный сотрудник
Всероссийский научно-исследовательский институт мелиорированных земель, п. Эммаус, 27, Калининский р-н, Тверская обл., 170530, Российская Федерация
Экспериментальные исследования проводили в 2011-2017 гг. в условиях Тверской области на осушаемой дерново-подзолистой легкосуглинистой глееватой почве. Изучали пять вариантов севооборотов с насыщением зерновыми 50, 75, 100 %. Плодосменный севооборот(50 % зерновых) был развернут в пространстве и во времени на 3-х фонах: 1 -без удобрений, 2 - средние нормы удобрений, 3 - высокие нормы. Севообороты в остальных четырех вариантах были развернуты только во времени с высокими нормами удобрений. Удобрения оказали положительное влияние на пищевой режим, фотосинтетическую деятельность посевов и продуктивность пашни. Выход кормовых единиц с 1 га севооборотной площади плодосменного севооборота без их внесения составил 4,83 тыс., со средними нормами удобрений - 7,46 тыс., с высокими нормами - 8,80 тыс. Наиболее высокая оплата 1 кг д.в. удобрений урожаем зерна отмечена при использовании средних норм удобрений: у озимых -13,5 кг, у яровой пшеницы - 10,0 кг. При высоких нормах окупаемость снизилась соответственно до 9,7и 7,0 кг зерна на 1 кг д.в. При высоком насыщении структуры посевных площадей зерновыми культурами (75,100 %) наибольшая продуктивность пашни ( 6,61 тыс. корм. ед. с 1 га севооборотной площади) отмечена в зерно-травяном севообороте с участием клевера 1 г.п. и озимых зерновых культур (75 % зерновых). По выходу зерна с 1 га севооборотной площади преимущество было за бессменным посевом озимых зерновых культур. В среднем за годы исследований в этом варианте он составил 4,28 т/га, в плодосменном севообороте - 2,35 т/га. При этом наиболее высокая урожайность зерновых установлена в плодосменном севообороте.
Ключевые слова: севооборот, удобрения, питательный режим, окупаемость удобрений, зерновые, урожайность, качество продукции, продуктивность.
Для цитирования: Влияние удобрений и насыщения севооборотов зерновыми культурами на продуктивность осушаемой пашни / Л. И. Петрова, Ю. И. Митрофанов, Н. К. Первушина и др. // Земледелие. 2018. № 4. С. 6-8. СЮ1:10.24411/0044-3913-2018-10402.
В условиях появления новых форм хозяйствования возникла потребность в специализированных полевых и кормовых севооборотах с высокой долей ведущих культур. Особенно интенсивно происходит концентрация посевов зерновых. Появившиеся мелкотоварные хозяйства с ограниченной площадью землепользования не могут себе позволить выращивание широкого набора культур. Выгодными становятся те культуры, которые наиболее востребованы и могут составить конкуренцию импортируемой продукции. В то же время в условиях низкой обеспеченности удобрениями, средствами защиты растений специализированные севообороты становятся причиной ухудшения фитосанитарного состояния. Поэтому в условиях, когда использование приемов интенсификации земледелия сведено до минимума, введение и освоение правильных экологически сбалансированных севооборотов приобретает особо важное значение [1, 2, 3]. Корректировка существующих или освоение новых севооборотов, адаптированных к почвенно-мелиоративным и экономическим условиям производства - один из важнейших резервов увеличения эффективности земледелия на осушаемых землях.
Одно из основных направлений увеличения производства растениеводческой продукции на дерново-подзолистых почвах - применение минеральных удобрений [4, 5, 6]. Однако их ограниченные ресурсы обусловливают необходимость проведения исследований по определению экономически и экологически целесообразных норм внесения и максимально возможного использования питательных элементов из почвенных ресурсов.
На сегодняшний день недостаточный уровень внесения органических удобрений не может обеспечить стабилизацию и повышение почвенного плодородия. Поэтому, как установлено наукой и практикой, наиболее эффективные альтернативные варианты пополнения
органического вещества в почве - введение в севообороты трав, применение сидеральных культур, использование соломы [7, 8, 9].
Цель исследований - изучить влияние различных норм удобрений и насыщения севооборотов зерновыми культурами на эффективность использования осушаемых земель.
Экспериментальные исследования проводили на базе отдела мелиоративного земледелия и опытного полигона ФГБНУ ВНИИМЗ на осушаемой закрытым дренажом дерново-подзолистой легкосуглинистой глееватой кислой почве с содержанием гумуса 2,23-2,38 % и повышенной обеспеченностью подвижным фосфором и обменным калием.
Изучали пять вариантов севооборотов с насыщением зерновыми 50, 75, 100 %: I плодосменный севооборот (50 % зерновых) с чередованием культур - яровая пшеница + клевер - клевер 1 т. - озимые зерновые - картофель; II зернотравяной (75 % зерновых) - яровая пшеница + клевер - клевер 1 гп. - озимые зерновые -овес; III зерновой (100 % зерновых) -яровая пшеница - озимые зерновые; IV зерновой (100 % зерновых) - яровая пшеница - овес; V зерновой (100 % зерновых) - бессменно озимые зерновые.
Плодосменный севооборот была развернут в пространстве и во времени на трех фонах минерального питания: 1 -без удобрений, 2 - средние нормы удобрений, 3 - высокие нормы. Остальные севообороты были развернуты только во времени на третьем фоне удобрений.
На всех фонах в соответствующих вариантах запахивали солому и отаву клевера, на 2 и 3 фонах под картофель вносили компост многоцелевого назначения (КМН), в посевах яровых зерновых культур применяли гербициды. Нормы минеральных удобрений под яровые зерновые на 2-ом фоне минерального питания были равны N45P45K45, на 3-м -N90P90K90; под озимые зерновые - соответственно N45P15K
45 и N90P30K90; под клевер 1 гп. - K30 и K60; под картофель - КМН 15 т/га + K90 и КМН 15 т/га + N70K180.
Опыт заложен в четырехкратной по-вторности с размещением вариантов методом расщепленных делянок. Общая площадь делянок второго порядка плодосменного севооборота 432 м2, других севооборотов - 288 м2, учетных делянок у культур сплошного сева - 44 м2, картофеля - 20 м2. В опыте выращивали районированные в Тверской области сорта культур по рекомендованным в зоне технологиям за исключением изучаемых приемов. Исследования, анализы и наблюдения проводили в соответствии с общепринятыми в растениеводческой науке методикам опытного дела.
Метеоусловия в годы исследований различались. Вегетационные периоды 2011, 2015, 2016, 2017 гг можно охарактеризовать как влажные (ГТК за май -
сентябрь 1,39-1,94), 2012 г - избыточно влажный (ГТК 2,34), наблюдали периодическое переувлажнение пахотного слоя почвы под посевами культур, 2013 и 2014 гг - засушл ивые (ГТК 0,96 и 0,98), влажность пахотного слоя почвы в течение вегетации была ниже оптимальной. Влажность пахотного слоя под яровыми зерновыми соответственно градациям этих лет в среднем за вегетацию составляла 67, 97 и 36 % НВ, общая по-розность - 49, 47, 52 % объема почвы, порозность аэрации - 28, 19, 36 %, под посадками картофеля соответственно - 58, 73, 36 % НВ; 54, 52, 53 % и 38, 30, 42 %.
В плодосменном севообороте в среднем за 7 лет наименьшую урожайность среди зерновых культур (табл. 1) в варианте без удобрений сформировала наиболее требовательная к плодородию почвы яровая пшеница (2,06 т/га), у озимых зерновых величина этого показателя была выше (3,41 т/га).
показателя понижалась соответственно до 9,7 и 7,0. При выращивании картофеля окупаемость удобрений урожаем на обоих фонах минерального питания находилась на одном уровне - 22,3 и 22,8 кг/кг
Оплата 1 кг д.в. удобрений прибавкой продуктивности 1 га севооборотной площади в варианте со средними нормами составила 10,9 корм. ед., с высокими -10,5 корм. ед. Более высокая окупаемость применения 1 кгд.в. удобрений отмечена во влажные годы - соответственно 13,19 и 11,44 корм. ед., самая низкая в засушливые - 6,61 и 8,30 корм. ед.
Удобрения оказали положительное влияние на формирование основных элементов продуктивности культур. У зерновых величины этих показателей возрастали по мере улучшения условий минерального питания. Количество продуктивных стеблей у озимой ржи в этих вариантах было больше на 30-50 %, зерен в колосе - на 4,4-8,2 шт., масса
1. Урожайность культур и продуктивность плодосменного севооборота в зависимости от вариантов удобрений на осушаемых землях, 2011-2017 гг., т/га
Система удобрений Культура Продуктивность 1 га севооборотной площади, тыс. корм.ед.
озимые зерновые яровая пшеница картофель клевер 1 г.п. (на зеленую массу)
Без удобрений 3,41 2,06 17,3 36,3 4,83
Средние нормы 4,83 3,41 32,8 48,2 7,46
Высокие нормы 5,44 3,97 38,8 56,7 8,80
НСР05 0,31 0,50 5,53 5,48 0,83
При внесении средних норм удобрений, по сравнению с фоном естественного плодородия почвы, наибольшее повышение урожайности среди возделываемых культур отмечено у картофеля (на 90 %), у яровой пшеницы рост величины этого показателя составил 66 %, у озимых зерновых - 42, клевера 1 гп. - 33 %. Дальнейшее увеличение нормы удобрений обеспечило прибавку на уровне 13-18 %.
За 2011 -2017 гг продуктивность 1 га севооборотной площади плодосменного севооборота на фоне без удобрений составила 4,83 тыс. корм. ед., в варианте со средними нормами она возросла на 54 %, с высокими - на 80 %.
Наибольшую продуктивность 1 га севооборотной площади во всех вариантах отмечали во влажные годы. На фоне естественного плодородия почвы она составила 4,98 тыс. корм. ед./га, при средних нормах удобрений - 8,17, при высоких- 9,14 тыс. корм. ед. Самые низкие величины этого показателя наблюдали в засушливые годы - соответственно 4,28, 5,88, 7,35 тыс. корм. ед./га.
Эффективность применения удобрений в посевах культур можно оценить, определив оплату 1 кгд.в. прибавкой урожая. В опыте, по сравнению с вариантом без их внесения, наибольшая оплата 1 кг д.в. урожаем зерновых отмечена на фоне средних норм. У озимых она составила 13,5 кг зерна, у яровой пшеницы - 10,0 кг на фоне высоких норм величина этого
1000 зерен - на 0,5-1,2 г у яровой пшеницы - соответственно на 14-24 %, 6,6-9,2 шт., 2,7-3,2 г
Оценка распространения на растениях зерновых культур корневых гнилей в конце вегетации показала более низкую устойчивость к инфекции яровой пшеницы, в основном оно превышало экономический порог вредоносности (ЭПВ - 15 %) и в среднем по вариантам опыта составляло 22,8 %, на озимых зерновых - 9,8 %. На обеих культурах можно отметить тенденцию увеличения распространения заболевания с повышением фонаудобренности.
У картофеля при улучшении условий минерального питания масса крупных и средних клубней в урожае возрастала с 75,2 % на фоне естественного плодородия почвы до 88,7-90,5 %. При этом средняя масса 1 клубня крупной фракции увеличивалась на 12-16 % (с 137,7 г до 154,7-159,4 г).
Определение качества зерна, одним из основных показателей оценки которого служит содержание переваримого протеина, выявило тенденцию его повышения в удобренных вариантах, по
2. Величина КПД ФАР в зависимости
(2012-201
сравнению с неудобренным. Учитывая формирование большего урожая при выращивании культур в этих вариантах, выход переваримого протеина с 1 га посевов яровой пшеницы при внесении средних норм возрастал в 1,9 раза, на фоне высоких - в 2,4 раза, у озимых зерновых - соответственно в 1,5 и 1,8 раза.
По содержанию крахмала в клубнях картофеля можно наблюдать тенденцию небольшого снижения при использовании удобрений, по сравнению с вариантом без них, с 13,46 до 13,02 %, что отмечают и другие авторы в своих исследованиях, указывая при этом на значительное влияние погодных условий [10, 11]. Концентрация нитратного азота в клубнях картофеля увеличивалась по мере повышения фона удобренности, но оставалась в пределах ПДК (250 мг/ кг) от 82,5 до 170,4 мг/кг
При наблюдении за питательным режимом, в частности, содержанием нитратного и аммиачного азота в пахотном слое почвы, было выявлено, что во все фазы развития растений суммарное содержание N03 и NН4 под посевами яровой пшеницы в среднем за вегетацию соответственно вариантам опыта возрастало с 6,5 мг/кг почвы, до 14,1 и 27,0 мг/кг почвы, под посадками картофеля - с 11,1 мг/кг почвы до 36,4 и 54,3 мг/кг почвы. Причем в течение всей вегетации преобладала нитратная форма азота.
Расчеты показали, что эффективность использования ФАР посевами всех культур возрастала с повышением фона удобренности (табл. 2). При выращивании озимой ржи и клевера 1 гп. в вариантах с применением удобрений КПД ФАР был больше в 1,2 и 1,5 раза, яровой пшеницы - в 1,5 и 1,7, картофеля - в 2,0 и 2,3 раза.
Наибольшая продуктивность 1 га севооборотной площади при насыщении зерновыми от 75 до 100 % отмечена в четырехпольном зернотравяном севообороте (75 % зерновых) с участием более урожайных культур (клевер 1 гп., озимые зерновые) - 6,61 тыс. корм. ед./га (табл. 3). В то же время продукти вность плодосменного севооборота (50 % зерновых) при таком же фоне удобрений была выше и составляла 8,80 тыс. корм. ед./га.
По выходу зерна с 1 га севооборотной площади преимущество было за бессменным посевом озимых зерновых. В среднем за годы исследований в этом варианте он составил 4,28 т/га, в плодосменном севообороте - 2,35 т/га.
Урожайность зерновых культур в плодосменном севообороте была больше,
от вариантов удобрений и культур 7 гг.), %
Система удобрений Культура
озимые зерновые яровая пшеница картофель клевер 1 г п.
Без удобрений 1,43 0,92 1,24 1,92
Средние нормы 1,84 1,41 2,42 2,37
Высокие нормы 2,18 1,59 2,85 2,81
(О Ф
Ш, ь
Ф
д
ф
ь
Ф
-Ь О 00
3. Продуктивность 1 га севооборотной площади при различном насыщении зерновыми культурами (2011-2017 гг.)
Номер севооборота и чередование культур Доля зерновых в севообо- Продуктивность 1 га севооборотной площади, Выход зерна с 1 га севооборотной
роте, % тыс. корм. ед. площади, т
I) яровая пшеница + клевер - клевер 1 г.п. - озимые зерновые - картофель 50 8,80 2,35
II) яровая пшеница + клевер - клевер
1 г.п. - озимые зерновые - овес 75 6,61 2,68
III) яровая пшеница - озимые зерновые 100 4,94 4,08
IV) яровая пшеница - овес 100 4,47 3,95
V) бессменно озимые зерновые 100 4,87 4,28
чем в севооборотах с их высоким насыщением, причем различия с годами нарастали. Так, в 2012-2013 гг разница между урожайностью озимых зерновых после клевера 1 гп. и при возделывании
2 года подряд была несущественной -0,08-0,13 т/га, далее при размещении
3 года подряд в 2014 г она составила 1,17, достигая в бессменных посевах в 2017 г 2,54 т/га (НСР05 0,68 т/га). При размещении озимых зерновых после яровой пшеницы (севооборот III) в 2012 г разница с плодосменным севооборотом также было незначительной (0,21 т/га), в 2014 и 2016 гг она уже достигала 0,831,07 т/га (НСР05 0,58 т/га).
Урожайность яровой пшеницы после картофеля в плодосменном севообороте в 2013 г была недостоверно выше, чем при возделывании после озимых зерновых и овса, на 0,12 и 0,23 т/га, в 2017 г ее снижение составило соответственно 2,39 и 2,24 т/га (НСР05 0,43 т/га).
Однако в реальных хозяйственных условиях часто невозможно чередовать культуры в соответствии с классическими принципами. В одних случаях потребность в определенных видах продукции земледелия не соответствует оптимальной структуре посевных площадей. В других сужение набора культур обусловлено невозможностью выращивать многие виды из-за несоответствия климата, почвенных или экономических условий.
В нашем опыте в 2017 г урожайность зерновых в плодосменном севообороте на третьем фоне удобрений достигала 6,58-6,98 т/га. При этом во II, III, IV специализированных севооборотах с насыщением зерновыми 75-100 % она находилась на уровне 4,19-5,31 т/га, что также можно считать высоким показателем в местных условиях. При бессменном возделывании озимых зерновых сбор основной продукции в этом году составил 3,41 т/га.
Таким образом, по результатам ис-5? следований установлена зависимость ° урожайности культур от различных норм «¡t удобрений и насыщения севооборотов ^ зерновыми культурами на осушаемых о землях. Удобрения оказали положи-| тельное влияние на питательный режим, фотосинтетическую деятельность по® севов и, в конечном счете, обеспечили S значительный рост продуктивности $ пашни до 54-80 %. Наиболее эффектив-
но на дерново-подзолистой легкосуглинистой глееватой хорошо окультуренной осушаемой почве в плодосменном севообороте было применение органо-минеральной системы со средними нормами минеральных удобрений, их окупаемость, по сравнению с высокими, была больше на 3,0-3,8 кг/кг
Несмотря на то, что преимущество по урожайности зерновых культур в плодосменном севообороте, по сравнению с более насыщенными зерновыми вариантами, с годами нарастало (превышение достигало 1,27-2,79 т/га), в хозяйствах с узкой специализацией при соблюдении правил агротехники в специализированных севооборотах возможно получать хорошие урожаи до 4-5 т/га. Высокое насыщение севооборотов зерновыми культурами увеличивает выход зерна с 1 га севооборотной площади на 0,331,93 т, по сравнению с плодосменным севооборотом, лучшие по величине этого показателя результаты в среднем за 7 лет отмечены при бессменном возделывании озимых зерновых.
Литература.
1. Шрамко Н. В., Вихорева Г. В. Роль биологизированных севооборотов в изменении содержания гумуса в дерново-подзолистых почвах Верхневолжья // Земледелие. 2016. № 1. С. 14-16.
2. Лошаков В. Г. Севооборот и плодородие почвы. М.: ВНИИА, 2012. 512 с.
3. Лошаков В. Г. Эффективность раздельного и совместного использования севооборота и удобрений // Достижения науки и техники АПК. 2016. № 1. С. 9-13.
4. Лыскова И. В. Влияние минеральных удобрений на плодородие дерново-подзолистой почвы, урожайность и качество зерновых культур // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2017. № 6 (61). С. 35-40.
5. Лошаков В. Г. Эффективность совместного использования севооборота и удобрений // Плодородие. 2016. № 2. С. 37-41.
6. Петрова Л. И., Митрофанов Ю. И. Особенности формирования экологизированной системы удобрений на осушаемых землях // Мелиорация и водное хозяйство. 2012. № 3. С. 16-20.
7. Эффективность сидеральных удобрений в севообороте / С. И. Новоселов, Е. С. Новоселова, С. А. Горохов и др. // Плодородие. 2012. № 5. С. 27-29.
8. Глушков В. В. Пожнивные сидераль-ные культур и продуктивность ярового ячменя // Плодородие. 2013. № 3. С. 39-41.
9. Новоселов С. И., Толмачев Н. И., Мур-жинова А. В. Влияние минеральных удобрений на продуктивность севооборотов с различными видами паров // Плодородие. 2014. № 5. С. 14-16.
10. Управление содержанием крахмала в картофеле / А. В. Коршунов, Г. И. Филиппова, Н. А. Гаитова и др. // Аграрный вестник Урала. 2011. № 2. С. 47-50.
11. Панков И. В. Технология возделывания картофеля в Калининградской области // Картофель и овощи. 2003. № 3.С. 5-6.
Influence of Fertilizers and Saturation of Crop Rotations with Cereals on the Productivity of Drained Arable Land
L. I. Petrova, Y. I. Mitrofanov, N. K. Pervushina, V. N. Lapushkina
Abstract. Experimental studies were carried out in 2011-2017 under conditions of Tver region on the drained sod-podzol light loamy gleyish soil. Five variants of crop rotations with saturation with cereals of 50, 75, 100% were studied. A rotation with crop succession (50% of cereals) was organized in space and time in three variants: without fertilizers; mean fertilizer rates; high rates of fertilizers. The rotations of the other four variants were deployed only in time with high fertilizer rates. Fertilizers had a positive effect on the nutrient regime, photosynthetic activity of crops and productivity of arable land. The yield of fodder units from 1 hectare of the rotation with crop succession without the use of fertilizers amounted to 4,830 units, with mean fertilizer rates - 7,460 units, with high rates - 8,800 units. The highest payment of 1 kg of active substances of fertilizer by the grain yield was registered at the application of mean fertilizer doses: 13.5 kg for winter crops, 10.0 kg for spring wheat. At high rates, the payback decreased accordingly to 9.7 and 7.0 kg of grain per 1 kg of the active substance. With a high saturation of the structure of sown areas with cereal crops (75, 100%), the maximum productivity of arable land (6,610 fodder units per 1 ha of crop rotation area) was recorded in a grain-grass crop rotation with clover of the first year of use and winter cereals (75% of cereals). According to the grain yield per 1 hectare of crop rotation area, the permanent sowing of winter grain crops had an advantage. On average, over the years of the research, the yield was 4.28 t/ha in this variant and 2.35 t/ha in the rotation with crop succession. The highest yield of cereals was established in the rotation with crop succession.
Keywords: crop rotation; fertilizers; nutrient regime; fertilizer recoupment; cereals; yield; product quality; productivity.
Author Details: L. I. Petrova, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow (e-mail: 2016vniimz-noo@list.ru); Y. I. Mitrofanov, Cand. Sc. (Agr.), head of division; N. K. Pervushina, junior research fellow; V. N. Lapushkina, junior research fellow.
For citation: Petrova L. I., Mitrofanov Y. I., Pervushina N. K., Lapushkina V. N. Influence of Fertilizers and Saturation of Crop Rotations with Cereals on the Productivity of Drained Arable Land. Zemledelie. 2018. No. 4. Pp. 6-8. (in Russ.). DOI: 10.24411/0044-3913-2018-10402.
