Comparative effectiveness of the use of mineral and organic fertilizers in the cultivation of onions in an annual crop

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

В России по размеру занимаемых площадей лук репчатый находится на третьем месте после томатов и капусты. В то же время его производство в нашей стране полностью не покрывает потребности населения. Например, в 2021 г. при валовом сборе 1608.6 тыс. т Россия импортировала 209.2 тыс. т лука [1].

В Нечерноземной зоне России в ХХ веке промышленное производство лука относилось к рискованному земледелию, т. к. из-за выпадения обильных холодных ночных рос в конце июля–начале августа создавались благоприятные условия для распространения грибных болезней, губящих урожай [2]. В настоящее время появились новые сорта и гибриды, устойчивые к грибным заболеваниям, новые средства защиты растений, удобрения и стимуляторы роста и развития растений, которые делают возможным получение гарантированных урожаев лука репчатого.

Лук репчатый отличается повышенной требовательностью к плодородию почвы. Он имеет слабую корневую систему и требует бесперебойного снабжения питательными элементами в течение всей вегетации, что возможно осуществлять с помощью почвенной и растительной диагностики питания. До настоящего времени применение минеральных удобрений рассматривалось как основной способ обеспечения плодородия почв. Однако в ряде работ доказано, что чрезмерное их использование может приводить к деградации почв, загрязнению окружающей среды, снижению качества сельскохозяйственной продукции [3]. Поэтому закономерно возникла необходимость внедрения в сельском хозяйстве органических удобрений, перехода к системе органического земледелия. Эта система производства включена в ведущие тренды прогноза научно-технологического развития АПК РФ на период до 2030 г., подготовленного НИУ ВШЭ и утвержденного Минсельхозом РФ [4].

В литературе нет единого мнения об эффективности разных систем удобрения при возделывании лука репчатого: минеральных, органических или органо-минеральных. Большая часть литературных источников посвящена использованию минеральных удобрений, их сочетаний друг с другом или с различными регуляторами и стимуляторами роста растений [5–7]. Очень немногие статьи касаются использования органических или органо-минеральных систем [8, 9]. Практически нет работ, сравнивающих эффективность минеральных и органических удобрений в единой схеме, в сочетании одних и тех же параметров – варианты эксперимента, сорта растений, почвы. Цель работы – сравнительное исследование влияния минеральных и органических удобрений на урожайность и качество 5-ти среднеспелых отечественных сортов лука репчатого в однолетней культуре на аллювиальной луговой почве Московской обл.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Лабораторно-полевые эксперименты выполнены отделом земледелия и агрохимии ВНИИО–филиала ФГБНУ ФНЦО в 2020–2022 гг. на достаточно окультуренных среднесуглинистых аллювиальных луговых почвах центральной части Москворецкой поймы. Реакция среды почвы составляла 5.9– 6.2 рН, содержание гумуса – 3.2– 3.5%, азота общего – 0.23–0.27%, нитратного азота – 14–41 мг/кг, подвижного фосфора (по Чирикову) – 240–260, калия обменного (по Чирикову) – 100–150 мг/кг.

Оценили следующие сорта лука репчатого: Форвард (селекция ВНИИО–агрофирма “Поиск”) и сорта селекции ВНИИССОК – Глобус, Черный принц, Атас, Золотые Купола. Все сорта среднеспелые, рекомендованы для выращивания в однолетней культуре, включены в Госреестр в Центральном регионе.

Опыты заложены в трехкратной повторности, размещение вариантов систематическое. Общая площадь делянок 8 × 3 = 24 м², учетных 5 × 1.4 = 7.0 м². Схема опытов: 1 – контроль без удобрений, 2 N60P60K60 – рекомендованная доза NPK, 3 – NPK по данным почвенной диагностики, 4 NPK – по данным листовой диагностики, 5 – биокомпост КРС, 6 – биокомпост “конский”, 7 – биокомпост “птичий”, 8 – препарат Арголан.

Применяли основное минеральное удобрение – нитроаммофоску (азот – 16, фосфор – 16, калий – 16% д. в.), рекомендованная доза N60P60K60 рассчитана на получение товарной продукции луковиц в размере 50–60 т/га. Недостающие количества удобрений, по результатам почвенной и растительной диагностик, вносили с N_aa (34% д. в.), K_х (60% д. в.), P_сд (43% д. в.). В качестве органических удобрений использовали биокомпосты марки БИУД (производство компании ООО “Тонэкс”) на основе навоза крупного рогатого скота (КРС), конского навоза (“конский”), куриного помета (“птичий”). В составе компостов на основе КРС и конского навоза содержалось 2% азота общего, по 1% фосфора и калия общих, в составе компоста на основе куриного помета – 3% азота, по 2% фосфора и калия общих. Биокомпосты вносили в дозах, эквивалентных дозам минеральных удобрений по содержанию азота. Препарат Арголан – высокоактивный стимулятор роста растений широкого спектра действия [10] – вносили в количестве 2 л/га опрыскиванием в фазах 2–4 и 4–6-ти листьев.

Густота высева семян составила 800 тыс. шт./га. Применяли общепринятую для центральных районов Нечерноземной зоны агротехнику возделывания с применением капельного полива [11, 12]. Пробы почвы для определения ее обеспеченности минеральными питательными элементами отбирали в следующие сроки: 3-я декада апреля (до внесения удобрений) – фаза I, 2-я декада мая (массовые всходы) – фаза II, 1-я декада июля (начало формирования луковицы) – фаза III, 3-я декада августа (массовое полегание листьев) – фаза IV.

Агрохимические анализы проводили в лаборатории агрохимии ВНИИО–филиала ФНЦО. Определяли следующие агрохимические показатели: рН_KCl потенциометрическим методом, содержание нитратного азота ион-селективным методом, доступных для растений фосфора и калия (по Чирикову) – в соответствии с [13]. Листовую растительную диагностику питания проводили по Церлинг [14] следующими методами: азот нитратов – ион-селективным методом в вытяжке 1% квасцов, фосфор и калий – в вытяжке 2%- ной уксусной кислоты (фосфор – колориметрическим методом с фосфорно-молибденовой синью, калий – методом пламенной фотометрии). Биохимические анализы луковиц лука репчатого были проведены в Лабораторно-аналитическом отделе ФНЦО. Содержание сухого вещества устанавливали методом высушивания навески до постоянного веса при температуре 70°C в течение 72 ч, содержание аскорбиновой кислоты – по методике Сапожниковой–Дорофеевой, измерение содержания ионов нитратов – портативным нитрат-тестером фирмы СОЭКС, содержание моно- и суммы сахаров – цианидным методом Сабуровой–Копериной [15–17].

Математическую обработку результатов опытов осуществляли методом дисперсионного анализа [18] с помощью программы “MS Excel”.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Обобщены данные урожайности, прибавок урожайности и товарности 5-ти среднеспелых сортов лука репчатого в однолетней культуре, выращенных с помощью только минеральной и только органической систем удобрения (табл. 1).

 

Таблица 1. Товарная урожайность лука репчатого среднеспелых сортов в однолетней культуре в зависимости от системы удобрения

Сорт	Без удобрений	N60P60K60	NPK по результатам почвенной диагностики	NPK по результатам листовой диагностики	Биокомпост КРС	Биокомпост “конский”	Биокомпост “птичий”	Приепарат Арголан	НСР05
	Урожайность товарная, т/га
Форвард	50.0	53.5	53.6	56.4	57.6	58.6	60.4	58.2	2.9
Глобус	50.8	52.1	47.0	64.3	64.3	56.7	56.3	51.6	2.9
Черный принц	58.3	53.3	54.9	60.4	62.9	59.6	53.4	58.5	3.2
Атас	44.7	51.5	40.1	47.0	62.7	51.9	49.2	47.8	2.7
Золотые купола	48.2	50.7	55.3	55.4	57.8	65.6	59.4	63.3	3.3
Среднее	50.4	52.2	50.2	56.7	61.1	58.5	55.7	55.9	–
	Прибавка урожайности, % к контролю
Форвард	100	107	107	113	115	117	121	116	–
Глобус	100	103	93	127	127	112	111	102	–
Черный принц	100	91	94	104	108	102	92	100	–
Атас	100	115	90	105	140	116	110	107	–
Золотые купола	100	105	115	115	120	136	123	131	–
Среднее	100	104	100	113	122	117	111	111	–
	Товарность, %
Форвард	93.9	94.4	95.0	95.8	96.1	96.4	97.0	96.2	–
Глобус	94.6	94.9	92.4	96.1	95.1	93.3	95.9	93.5	–
Черный принц	95.3	96.0	95.1	93.7	97.3	96.0	93.0	97.1	–
Атас	90.1	93.0	85.0	89.7	92.7	89.0	92.0	87.6	–
Золотые купола	92.4	90.6	92.9	93.9	96.3	95.5	92.1	96.0	–
Среднее	93.3	93.8	92.1	93.8	95.5	94.0	94.0	94.1	–

 

Минеральная система основана на рекомендуемых для репчатого лука дозах удобрения N60P60K60, рассчитанных, исходя из потребностей данной культуры в питательных элементах, для производства урожая в размере 50–60 т/га. При этом в 2-х вариантах дозы NPK определяли по результатам почвенной и растительной диагностики. Органическая система включала в себя использование 3-х разных видов биокомпостов в дозах, равнозначных минеральным удобрениям по содержанию азота.

Несмотря на сортовую специфику и разнообразие ответов на предлагаемые дозы удобрений растениями лука репчатого разных сортов, выявлены четкие закономерности зависимости урожайности от примененных систем удобрения. В среднем для 5-ти сортов и 3-х вариантов минеральной системы урожайность лука репчатого составила 53.0 т/га, тогда как для тех же сортов и 3-х вариантов органической системы – 58.4 т/га. Соответственно прибавка урожайности (по отношению к контролю без удобрений) в первом случае составила 106, во втором – 117%, товарность – 93 и 95%. Наиболее отзывчивыми на внесение как минеральных, так и органических удобрений были сорта Глобус, Атас и Золотые Купола.

Показано, что при определении потребности растений в питательных элементах в процессе вегетации предпочтительнее использовать методы листовой диагностики. Этот метод позволяет определить количество питательных веществ, которое растение усвоило, а не предположительное количество этих веществ, которое растение должно усвоить из почвы и внесенных расчетных доз удобрений. Установлено, что в среднем для 5-ти сортов лука репчатого при определении дозы минеральных удобрений с помощью почвенной диагностики урожайность оказалась на уровне контроля без удобрений. Хотя некоторые сорта превысили по урожайности контрольный вариант: сорт Форвард – на 7, сорт Золотые купола – на 13%. Доза минеральных удобрений, рассчитанная по результатам листовой диагностики, дала значительно больший положительный эффект. В среднем для 5-ти сортов лука репчатого прибавка урожайности оказалась на 13% больше, чем в вариантах с дозами NPK, рассчитанными по результатам почвенной диагностики.

В варианте с применением стимулятора роста растений широкого спектра действия Арголан в среднем для 5-ти сортов лука репчатого получена урожайность 55.9 т/га, сравнимая по величине с урожайностью тех же сортов в вариантах с биокомпостом “птичий” и NPK по результатам листовой диагностики. По сравнению с контролем без удобрений прибавка урожайности от применения этого стимулятора составила 11% (табл. 1).

Обобщены данные по качественному составу 5-ти отечественных сортов лука репчатого, выращенного с применением минеральной и органической систем удобрения. Степень изменчивости показателей биохимического состава по отношению к среднему показателю выборок для сухого вещества, аскорбиновой кислоты, суммы сахаров была средней, для нитратов – значительной. Показатели для всех сортов и вариантов удобрения статистически достоверно не отличались от контроля (табл. 2).

 

Таблица 2. Качественные показатели луковиц среднеспелых сортов лука репчатого в однолетней культуре в зависимости от системы удобрения (среднее для 5-ти сортов)

Система удобрения	Сухое вещество		Аскорбиновая кислота		Сумма сахаров		Нитраты
	%	Cv, %	мг %	Cv, %	%	Cv, %	мг/кг	Cv, %
Без удобрений	14.4 ± 0.5	15.3	9.77 ± 0.44	14.4	9.88 ± 0.57	18.2	120 ± 8	46.8
N60P60K60	14.3 ± 0.6	17.0	9.94 ± 0.47	15.1	10.4 ± 0.6	17.4	114 ± 6	39.2
NPK по результатам почвенной диагностики	14.2 ± 0.43	13.5	9.15 ± 0.54	18.8	10.3 ± 0.74	22.8	113 ± 5	31.7
NPK по по результатам листовой диагностики	14.3 ± 0.5	15.8	9.94 ± 0.54	17.2	9.72 ± 0.51	16.5	123 ± 5	32.4
Биокомпост КРС	13.9 ± 0.6	17.5	9.42 ± 0.67	22.5	10.3 ± 0.7	20.9	123 ± 7	38.8
Биокомпост “конский”	14.7 ± 0.52	15.8	8.89 ± 0.40	14.3	10.1 ± 0.6	17.0	123 ± 6	35.8
Биокомпост “птичий”	14.0 ± 0.5	15.1	9.33 ± 0.57	19.5	10.3 ± 0.7	22.7	125 ± 6	35.9
Препарат Арголан	14.1 ± 0.6	17.8	9.42 ± 0.39	13.3	10.1 ± 0.6	19.4	135 ± 7	40.3

Примечание. Cv – коэффициент вариации.

 

Таким образом, качественный состав продукции лука репчатого практически не зависел от примененных систем удобрения. Можно отметить, что была выявлена тенденция к увеличению суммы сахаров (на 3%) и нитратов (на 10%) в луковицах, выращенных с применением удобрений, по сравнению с вариантами без удобрений. То же самое можно сказать о качестве луковиц всех сортов, выращенных с применением стимулятора роста Арголан.

В табл. 3 показана обеспеченность почвы основными питательными минеральными элементами в среднем за весь вегетационный период и отдельно в фазах развития растений.

 

Таблица 3. Обеспеченность почвы основными элементами минерального питания в течение вегетационного периода (среднее для 4-х сроков вегетации и фаз развития лука репчатого)

Показатель	Фаза развития растения	Система удобрения
		Без удобрений	N60P60К60	NPK по результатам почвенной диагностики	NPK по результатам листовой диагностики	Биокомпост КРС	Биокомпост “конский”	Биокомпост “птичий”	Препарат Арголан
N-NO3, мг/100 г	I	0.13	0.17	0.20	0.14	0.16	0.18	0.18	0.19
	II	1.08	4.01	1.18	1.17	1.71	1.81	2.11	1.07
	III	0.30	4.17	0.38	0.39	2.12	2.28	2.62	0.29
	IV	0.15	2.12	1.36	1.59	2.02	2.20	2.59	0.25
	Среднее	0.41	2.61	0.78	0.82	1.50	1.62	1.88	0.45
P2O5, г/100 г	I	23.2	22.7	23.3	23.1	23.1	23.5	22.8	22.8
	II	24.0	24.9	23.6	23.8	23.8	23.6	23.8	23.7
	III	24.2	25.7	24.2	24.3	24.4	24.5	24.4	24.1
	IV	23.4	25.6	23.6	23.4	23.4	23.7	23.6	23.3
	Среднее	23.7	24.7	23.7	23.6	23.7	23.8	23.6	23.5
K2O, мг/100 г	I	12.0	11.9	12.1	11.8	12.0	12.0	11.9	12.1
	II	13.3	15.6	13.3	13.8	13.7	13.9	13.9	13.5
	III	13.6	14.4	14.6	14.2	14.4	14.3	14.4	13.8
	IV	9.0	11.2	9.6	9.7	9.0	8.9	8.8	8.7
	Среднее	12.0	13.3	12.4	12.4	12.2	12.2	12.2	12.0

 

В среднем для 3-х вариантов опыта с минеральными удобрениями в почве за вегетацию содержалось нитратного азота – 1.4, фосфора – 24.0, калия – 12.7 мг/100 г. В 3-х вариантах с органическими удобрениями в среднем почва была обеспечена нитратным азотом на 21% больше (1.7 мг/100 г), калием – на 4% меньше (12.2 мг/100 г), чем почвы вариантов применения минеральной системы удобрения. Разницы в содержании фосфора практически не было, т. к. аллювиальная луговая почва имеет высокую естественную обеспеченность фосфатами, в том числе труднорастворимыми. При рассмотрении обеспеченности почвы питательными компонентами в фазах вегетации показано, что при использовании минеральной системы удобрения (в среднем для 3-х вариантов) максимальное содержание минерального азота в почве отмечено в фазе массового появления всходов (2.12 мг/100 г), в фазе начала образования луковиц его было значительно меньше (1.65 мг/100 г). При использовании органической системы удобрения содержание азота в почве (в среднем для 3-х вариантов) максимальное содержание минерального азота отмечено в фазе начала образования луковиц (2.34 мг/100 г), в период массового появления всходов оно было существенно меньше (1.88 мг/100 г). Это обстоятельство в значительной степени объясняло преимущество органической системы удобрения над минеральной в опыте, т. к. для лука с его слабой корневой системой и низкой скоростью роста потребность в питательных веществах незначительна в первые 2 месяца после посева семян, а начиная с момента образования луковиц и до конца вызревания, растения выносят из почвы ¾ общей своей потребности в азоте [19, 20]. Доступных фосфора и калия в этой фазе было приблизительно одинаковое и достаточное количество, как при применении минеральной, так и органической систем удобрения. Безусловно, преимущество органической системы было обусловлено также тем, что биокомпосты обогащают почвы органическим веществом, микроэлементами, полезной микрофлорой, биологически активными веществами, улучшают водно-физические свойства почвы.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что в среднем для 5-ти сортов и 3-х вариантов минеральной системы удобрения товарная урожайность лука репчатого составила 53.0 т/га, тогда как для 3-х вариантов органической системы – 58.4 т/га. Соответственно прибавка урожайности по отношению к контролю без удобрений в первом случае была равна 106, во втором – 117%, товарность – 93 и 95%. Наиболее отзывчивыми на внесение как минеральных, так и органических удобрений были сорта Глобус, Атас и Золотые Купола.
2. При определении потребности растений в питательных элементах в процессе вегетации предпочтительнее использовать методы листовой диагностики. В среднем для 5-ти сортов лука репчатого прибавка урожайности по результатам листовой диагностики оказалась на 13% больше, чем в вариантах с дозами NPK, рассчитанными по данным почвенной диагностики.
3. Биохимические показатели качества для всех сортов лука репчатого и всех вариантов удобрения статистически достоверно не отличались от контроля. Качественный состав продукции лука репчатого практически не зависел от примененных систем удобрения. Разница в содержании сухого вещества, аскорбиновой кислоты, суммы сахаров, нитратов в луковицах всех сортов была несущественной как при выращивании с применением минеральной, так и органической систем удобрения.
4. Органическая система удобрения обеспечивала наилучшее снабжение питательными элементами лука репчатого в фазе начала образования луковиц, что имело решающее значение для получения наибольшего его урожая в однолетней культуре. В среднем в почве 3-х вариантов органической системы содержалось минерального азота 2.34 мг/100 г в фазе начала образования луковиц, тогда как в среднем в 3-х вариантах минеральной системы – 1.65 мг/100 г, т. е. на 42% меньше. Обеспеченность доступными фосфором и калием в фазе начала образования луковиц была приблизительно одинаковой и достаточной как при применении минеральной, так и органической систем удобрения.

About the authors

O. N. Uspenskay

All-Russian Scientific Research Institute of Vegetable Growing–branch of the Federal Scientific Center of Vegetable Growing

Author for correspondence.
Email: usp-olga@yandex.ru
Russian Federation, 140155, Moscow region, Ramenskiy district, d. Vereya, 500

V. A. Borisov

All-Russian Scientific Research Institute of Vegetable Growing–branch of the Federal Scientific Center of Vegetable Growing

Email: usp-olga@yandex.ru
Russian Federation, 140155, Moscow region, Ramenskiy district, d. Vereya, 500

I. Y. Vasyuchkov

All-Russian Scientific Research Institute of Vegetable Growing–branch of the Federal Scientific Center of Vegetable Growing

Email: usp-olga@yandex.ru
Russian Federation, 140155, Moscow region, Ramenskiy district, d. Vereya, 500

A. A. Kolomiets

All-Russian Scientific Research Institute of Vegetable Growing–branch of the Federal Scientific Center of Vegetable Growing

Email: usp-olga@yandex.ru
Russian Federation, 140155, Moscow region, Ramenskiy district, d. Vereya, 500

L. V. Krivenkov

Federal Scientific Center of Vegetable Growing

Email: usp-olga@yandex.ru
Russian Federation, 143072, Moscow region, Odintsovo, p.,VNIISSOK, Selektsionnaya ul., 14

T. E. Shevchenko

Federal Scientific Center of Vegetable Growing

Email: usp-olga@yandex.ru
Russian Federation, 143072, Moscow region, dintsovo, p., VNIISSOK, Selektsionnaya ul., 14

A. V. Molchanov

Federal Scientific Center of Vegetable Growing

Email: usp-olga@yandex.ru
Russian Federation, 143072, Moscow region, Odintsovo, p., VNIISSOK, Selektsionnaya ul., 14

References

Supplementary files