Effect of nitrogen fertilisers on the yield of crop-root residues in cereal-grass crop rotation

Abstract

The yield of plant residues in cereal-grass crop rotation in the conditions of the Republic of Mari El was studied in 2013–2018. After the use of clover-alfalfa-timothy mixture, crop-root residues and nutrients contained in them are ploughed in large amounts. At the same time, the application advantages of nitrogen fertilisers increase towards the end of rotation when annual grasses are cultivated.

Full Text

А. С. Башков и др. [1] утверждают, что: «Сохранение и особенно воспроизводство плодородия почв требует обязательного внесения удобрений, то есть полного возвращения главных элементов питания растений». G. Brankatschk, M. Finkbeiner [2, 3] считают, что севооборот способен улучшать питательные ресурсы почвы, сократив потребность в органических и химических удобрениях. Так, если нет возможности внесения органических удобрений в севооборотах, то растительные остатки становятся основными источниками гумуса [4–9]. Доля органических веществ в сухой массе пожнивно-корневых остатков (далее – ПКО) – около 79–82 % [10]. Они минерализуются медленнее гумуса и способны превосходить органические удобрения по своему воздействию [4, 11]. Среди макроэлементов фосфор освобождается быстрее всего [12, 13]. Заключенный в них азот вымывается значительно меньше минеральных удобрений [12, 14]. Согласно данным Е. В. Колобова и П. А. Постникова [15], систематическое внесение удобрений приводило к накоплению растительных остатков под культурами севооборотов. Максимумы были отмечены в зернотравяном севообороте.

В посевах Республики Марий Эл также следует увеличивать количество ПКО, поскольку существует дефицит органических и особенно азотных минеральных удобрений. В данном случае важно определить, на сколько увеличивают выход растительных остатков азотные удобрения и за счет каких культур в структуре зернотравяного севооборота, что стало целью исследований.

Для выполнения цели исследований были использованы данные третьей ротации шестипольного зернотравяного севооборота (2013–2018). Чередование культур было следующее: травосмесь из яровой вики и овса с подсевом многолетних трав из клевера люцерны и тимофеевки → многолетние травы первого года пользования → озимая рожь и поукосно горчица → яровой ячмень → травосмесь из яровой вики и овса и поукосно горчица → травосмесь из яровой вики, овса и подсолнечника. Все культуры, кроме ячменя на зернофураж, возделывались на зеленую массу. В эксперименте сравнивали два уровня внесения азотных удобрений (N₆₀ и N₀) в четырех повторностях на фоне P₆₀K₆₀. В почвенном участке (дерново-подзолистый с высоким содержанием фосфора и калия) опыта азотные удобрения в год использования многолетних трав не вносили. Учет ПКО производили перед вспашкой по методу Н. З. Станкова [16]. В растениях определяли общий азот по ГОСТ 13496, калий и фосфор – по ГОСТ 26207–84, сухое вещество – высушиванием до постоянного веса при температуре +105 ⁰С. Для отдельных культур использовали поправочные коэффициенты [17].

Количество сухой массы запахиваемых ПКО многолетней бобово-злаковой смеси не зависело от азотных удобрений и составило около 10,6±1,0 т/га (таблица). Это самый высокий уровнь в опыте, что превышает показатели некоторых публикаций [18, 19] по изучению клевера и многолетних трав [20] более, чем на 3 т/га, клеверо-тимофеечной смеси [18, 19] – на 2 т/га, многолетних трав в Республике Белоруссия [21] – до двух раз, клевера в Кировской области [22] – в три раза. Стоит отметить, что в данных исследованиях указанные культуры также были лучшими среди других по массе ПКО. В них тоже зафиксировано наибольшее количество азота (214±25 кг/га), фосфора (77±9) и калия (102±11 кг/га). При этом влияние азотных удобрений оказалось несущественным.

Ежегодное количество элементов питания в биомассе запаханных пожнивно-корневых остатков в третьей ротации севооборота (2014–2018)

Annual amount of nutrition elements in biomass of ploughed crop-root residues in the third crop rotation (2014–2018)

Элемент структуры севооборота	Сбор сухого вещества в ПКО, т/га		Элементы питания, кг/га
			N		Р2О5		К2О
	N60	N0	N60	N0	N60	N0	N60	N0
Многолетние травы	10,5±1,6	10,6±1,3	200±34	227±41	72±12	82±17	114±18	89±14
	10,6±1,0		214±25		77±9		102±11
Рожь + горчица	10,1±2,1	8,8±2,7	99±22	91±17	52±11	45±7	77±18	70±5
	9,5±1,6		95±13		49±6		74±9
Ячмень	6,8±1,2	5,6±1,5	76±9	70±6	33±2	30±4	74±5	81±13
	6,2±1,3		73±8		32±3		78±10
Вика+овес + горчица	8,9±2	7,2±1,1	241±34	212±6	83±14	58±7	41±10	54±6
	8,1±1,1		227±17		71±9		48±6
Вика+овес+ подсолнечник	4,4±1	2,1±0,2	60±11	26±5	27±5	17±3	89±17	45±7
	3,3±0,6		43±8		22±3		67±12

Поле – озимая рожь и поукосно горчица. Основная масса ПКО поля состояла из растительных остатков озимой ржи. Доля горчицы в вариантах не превышала 40 %. Однако благодаря ему количество сухого вещества запаханных ПКО составляло в среднем 9,5±1,6 т/га, что в сумме с озимой рожью приближает к результатам с многолетними травами. Азотные удобрения по 5%-ной значимости не давали существенных преимуществ как по изучаемому показателю, так и по заключенным в остатках элементах питания. Обычно растениям горчицы свойственна высокая концентрация элементов питания, особенно азота и фосфора [23], но в наших исследованиях, как и в скандинавских опытах [12], наблюдалась похожая ситуация и по калию. Однако озимая рожь оставляла в своем ПКО мало элементов питания, поэтому в общем за год в остатках было заключено невысокое количество азота (95±13), фосфора (49±6) и калия (74±9 кг/га).

Яровой ячмень на зерно в агроклиматических условиях Республики Марий Эл – культура, после которой редко размещают промежуточные посевы. К тому же после его возделывания обычно остается лишь 2–3 т/га сухого вещества ПКО [24]. Все же в наших исследованиях в поле сформировалось 6,2±1,3 т/га сухого вещества растительных остатков, главным образом, благодаря достаточному весеннему запасу влаги. Несмотря на то, что многолетние бобово-злаковые травы не были предшественниками, положительное влияние на биомассу ПКО оставалось несущественным. Также ячмень имел в опыте невысокое количество основных элементов питания в своих остатках: азота (73±8), фосфора (32±3) и калия (78±1)0 кг/га. Это соответственно в 2,93; 2,41 и 1,31 раза меньше, чем в растительных остатках многолетних трав.

Поле – викоовсяная смесь и поукосно горчица. Поскольку однолетним травам свойственна низкая корневая биомасса, в данном поле даже с совместно с промежуточной культурой сформировано всего лишь 8,1±1,1 т/га растительных остатков. Тем не менее благодаря бобовому компоненту и аккумулирующей азот горчице данного элемента было соизмеримое количество с многолетними бобово-злаковыми травами. Однако калия было меньше всего по опыту (48±6 кг/га). Стоит отметить, что применение азотных удобрений дало существенное преимущество (43,1 %) по формированию массы фосфора в ПКО, чего по другим рассмотренным показателям не наблюдалось.

Поле с травосмесью из вики, овса и подсолнечника демонстрировало самые низкие изучаемые показатели в опыте. Сбор сухого вещества в ПКО составлял в среднем 3,3±0,6 т/га (на 3,21 раза меньше, чем после многолетних трав). Азота в них было всего 43±8 кг/га, фосфора – 22±3 и калия – 67±12 кг/га, что выше, чем после клеверо-люцерно-тимофеечной травосмеси на 4,98; 3,50 и 1,52 раза соответственно. После данной травосмеси прослеживалось наибольшее влияние азотных удобрений. Так, при внесении азота сухой биомассы ПКО было выше, чем в неудобренном фоне, в 2,09 раза, азота – в 2,31, фосфора – 1,59, а калия – в 1,98 раза.

Заключение

В результате исследований выяснено, что на дерново-подзолистой почве в условиях Республики Марий Эл в зернотравяном севообороте после использования клеверо-люцерно-тимофеечной смеси запахивается наибольшее количество пожнивно-корневых остатков и заключенных в них питательных элементов. При этом преимущества внесения азотных удобрений усиливаются к концу ротации при возделывании однолетних трав.

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.