Влияние минеральных удобрений и известкования на динамику эмиссии СО, урожай и качество продукции культур звена севооборота

Полный текст

Цель современной технологии производства зерновых культур – получение высоких урожаев с наилучшим качеством зерна. [5, 11]

Минеральные удобрения считаются важнейшим элементом интенсификации сельскохозяйственного производства, влияют на трансформационные процессы, определяющие агрохимическое и биологическое состояние почвы, продуктивность севооборота и качество урожая сельскохозяйственных культур. [8, 12]

Актуально применение совместно с минеральными удобрениями мелиоранта (доломитовая мука), как наиболее экологически безопасного химиката для усиления круговорота элементов питания. [3, 10, 14]

У известкования нет конкурентов в решении многих природоохранных задач, в том числе и проблемы плодородия. С известью попадают в почву необходимые для растений кальций и магний. На произвесткованных почвах в два-три раза снижается поступление в растения радионуклидов стронция и цезия. [3, 6, 7] Известно, что взаимодействие извести и фосфорных удобрений благоприятно сказывается на урожайности ярового ячменя, озимых тритикале и пшеницы. [13] При известковании повышается отдача от удобрений в севообороте до 30%, улучшается заселенность почвы полезными микроорганизмами. [1, 2, 12]

Впервые в условиях Рязанской области провели исследование изменения показателей состояния почвенной среды по выделению углекислого газа при возделывании культур в звене севооборота.

Цель работы – изучить влияние систематического применения минеральных удобрений и известкования на динамику СО₂, урожайность и качество зерновых культур.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Полевой опыт закладывали в 2018–2021 годах, оценивали действие систематического применения минеральных удобрений и известкования на динамическое состояние СО₂, урожайность и качество культур звена севооборота в условиях Института семеноводства и агротехнологий – филиала Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (Рязанская обл.) на темно-серой лесной тяжелосуглинистой почве.

Агрохимические показатели: содержание гумуса по Тюрину (ГОСТ 26213-91) в варианте без удобрений – 3,05%, на фоне N₉₀Р₉₀К₉₀ – 3,10%, подвижного фосфора (ГОСТ Р 54650-2011) – 106 и 190 мг/кг почвы, обменного калия по Кирсанову (ГОСТ 54650-2011) – 92 и 123 мг/кг почвы, рН_сол. (ГОСТ 26489-85) – 5,04 и 4,78 ед., обменного магния (ГОСТ 26487-85) – 2,2 и 2,4 мг-экв./100 г почвы, гидролитическая кислотность (Нr) – 4,69 и 5,86 мг-экв./100 г почвы соответственно. [9]

Опыт проводили по схеме в севообороте (ячмень + клевер, клевер первого года пользования, озимая пшеница): фактор А – удобрения NРК и N₉₀Р₉₀ К₉₀; фактор В – известкование.

Мелиорант – доломитовая мука (ГОСТ 14050-93). Ее вносили осенью 2017 года под зяблевую обработку почвы. Дозы извести 1,5 г.к. рассчитывали по гидролитической кислотности. Повторное внесение СаСО₃ – 6,9 т/га на фоне NРК и 8,8 т/га N₉₀Р₉₀К₉₀.

В качестве минеральных удобрений N₉₀Р₉₀К₉₀ применяли нитрофоску марки 16:16:16.

Учетная площадь делянки – 90 м², повторность – четырехкратная. Урожай зерновых культур убирали в фазе полной спелости комбайном Сампо 130. Агротехника – общепринятая для зоны. В опыте высевали районированные сорта сельскохозяйственных культур: ячмень Яромир, клевер Благодать, озимая пшеница Даная.

Для статистической оценки результатов использовали метод дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову. [4]

Определяли массу 1000 зерен. Содержание белка, клейковины находили методом инфракрасной спектроскопии на анализаторе цельного зерна Infratek^TM 1241. Биологическую активность по эмиссии углекислого газа устанавливали методом Штатнова (1952), качественные характеристики зерна – по ГОСТам 12042-80 и 12044-93, химический и биохимический состав зерна – общепринятыми стандартными методами.

Погодные условия 2018–2020 годов отличались нестабильностью (табл. 1).

 

Таблица 1.

Метеорологические условия по годам

Показатель	Месяц	2018	± к среднемноголетним	2019	± к среднемноголетним	2020	± к среднемноголетним	Среднемноголетние
Среднесуточная температура воздуха, °С	Май	19,2	+6,6	19,1	+6,5	14,0	+1,4	12,6
	Июнь	20,3	+3,3	22,7	+5,7	20,9	+3,9	17,0
	Июль	23,1	+4,0	19,5	+0,4	22,5	+3,4	19,1
	Август	23,6	+6,4	19,1	+1,9	19,9	+2,7	17,2
	Сентябрь	17,5	+6,3	14,8	+3,6	16,4	+5,2	11,2
Осадки, мм	Май	27,8	–12,2	48,0	+8,0	57,1	–26,0	40,0
	Июнь	10,6	–44,4	38,2	–16,8	112,9	+57,9	55,0
	Июль	76,6	+11,6	38,2	–26,8	55,5	–9,5	65,0
	Август	1,4	–35,6	36,4	–18,6	66,0	+11,0	55,0
	Сентябрь	30,5	–9,5	11,8	–28,2	31,6	–8,4	40,0

 

Вегетационный период 2018 года характеризовался неблагоприятными засушливыми условиями для развития яровых культур. Первый месяц (май) вегетации растений был теплее климатической нормы (19,2°С) на 6,6°С. В июне (20,3°С) среднее отклонение от нормы составило 3,3°С. На фоне повышения среднесуточной температуры воздуха наблюдали дефицит осадков на 44,4 мм от нормы. Основная масса атмосферных осадков (76,6 мм) выпала в июле, среднемесячная температура воздуха при этом была на 4,0°С выше среднемноголетних значений. Сумма активных температур выше 10°С составила 1944 (климатическая норма – 2000…2200°С). ГТК в 2018 году – 0,59 (засушливый) был ниже среднемноголетнего значения.

Вегетационный период 2019 года отличался неблагоприятными условиями, особенно в I и II декадах июня, ГТК = 0,14. Среднемесячная температура воздуха в июле, августе была на 0,4…1,9°С выше среднемноголетней. Сумма активных температур – 2187°С, ГТК = 0,73.

Метеоусловия вегетационного периода 2020 года увлажненные. Средняя температура воздуха за май–сентябрь – 17,1°С, сумма активных температур – 1912°С, коэффициент влагообеспеченности – 1,39.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Поскольку образование диоксида углерода (СО₂) связано с биологическими процессами, протекающими в почве, то количество выделившейся углекислоты характеризует общую биогенность почвы и отражает эффективное плодородие (табл. 2).

 

Таблица 2.

Активность эмиссии углекислого газа из почвы СО₂ мг/м²·ч при известковании и применении минеральных удобрений в слое 0…30 см по годам

Вариант	2018 ячмень + клевер		2019 клевер		2020 озимая пшеница		Среднее
	СО2, мг/м²·ч	+%*	СО2, мг/м²·ч	+%*	СО2, мг/м²·ч	+%	СО2, мг/м²·ч	+%*
N0Р0К0	136,2	–	165,1	–	311,0	–	204,1	–
N0Р0К0+ СаСО3	171,9	+26,2	211,5	+28,1	402,8	+29,5	262,1	+28,4
N90Р90К90	239,7	–	233,8	–	390,0	–	287,8	–
N90Р90К90 + СаСО3	315,5	+31,6	337,4	+44,3	580,5	+48,8	407,8	+41,7
НСР0,5-уд НСР0,5- изв	53,7 22,8	–	59,83	–	17,12 13,13	–	–	–

Примечание. * Прибавка в варианте с известкованием.

 

Наиболее интенсивное выделение диоксида углерода было в варианте под влиянием минеральных удобрений и извести (N₉₀Р₉₀К₉₀ + СаСО₃), где наблюдали закономерность: эмиссия СО₂ возрастала на 31,6% под ячменем с подсевом клевера, 44,3 – клевером первого года пользования и 48,8% – озимой пшеницей.

Наименьшее продуцирование СО₂ с поверхности почвы под культурами звена севооборота было при NРК + СаСО₃ – 26,2%, 28,0, 29,5% соответственно.

В среднем по культурам в варианте без удобрений и извести был самый низкий показатель эмиссии углерода – 204,1 мг СО₂/м²·ч.

В опыте с ежегодным внесением N₉₀К₉₀Р₉₀ + известь (8,8 т/га) усиливалась активность по продуцированию диоксида углерода. Данный показатель находился на уровне 407,8 мг СО₂/м²·ч только с минеральными удобрениями и известью, прибавка составила 41,7% (табл. 2).

Урожай возделываемых культур в звене севооборота определяется активностью протекающих в почве биологических процессов, внесением минеральных и известковых удобрений (табл. 3).

 

Таблица 3.

Урожайность культур звена севооборота в зависимости от действия минеральных удобрений и извести, т/га

Показатель		Вариант
		без удобрений		с удобрениями
		без известкования (NРК)	с известкованием (NРК + СаСО3)	без известкования (N90Р90К90)	с известкованием (N90Р90К90 + СаСО3)
2018 год, ячмень + клевер, первый год звена севооборота
Урожайность, т/га		2,45	2,66	3,12	3,53
Прибавка	общая, т/га	–	+0,21 (+8,6%)	+0,67 (+27,3%)	+1,08 (+44,1%)
	от извести	–	+0,21 (+8,6%)	–	+0,41 (+13,1%)
	от NРК	–	–	+0,67 (+27,3%)	+1,08 (+44,1%)
НСР0,5уд НСР0,5изв		0,10 0,10
2019, клевер первого года пользования (сумма двух укосов)
Урожайность, т/га		5,64	6,18	6,44	7,75
Прибавка	общая, т/га	–	+0,54 (+9,6%)	+0,80 (+14,21%)	+2,11 (+37,4%)
	от извести	–	+0,54 (+9,6%)	–	+1,31 (+20,3%)
	от NРК	–	–	+0,80 (+14,21%)	+2,11 (+37,4%)
НСР0,5уд НСР0,5изв		0,81 0,42
2020, озимая пшеница
Урожайность, т/га		5,25	6,35	6,49	7,89
Прибавка	общая, т/га	–	+1,10 (+21,0%)	+1,24 (+23,6%)	+2,64 (+50,3%)
	от извести	–	+1,10 (+21,0%)	–	+1,40 (+21,6%)
	от NРК	–	–	+1,24 (+23,6%)	+2,64 (+50,3%)
НСР0,5уд НСР0,5изв		0,13 0,18

 

За все годы исследований преимущество было за минеральными удобрениями, внесенными с известью. Урожайность ячменя повысилась до 3,53 т/ га, прибавка – 1,08 т/га (44,1%). Минимальная отдача выявлена при NРК + известь в дозе 6,9 т/га и составила 0,21 т/га (8,6%), НСР₀₅изв. – 0,1 т/га. Длительно неудобряемый вариант отличался относительно низкой урожайностью – 2,45 т/га. Высокий эффект от известкования и удобрений наблюдали в последействии на клевере первого года пользования в сумме двух укосов (сухая масса) и озимой пшенице.

На известкованном фоне с минеральными удобрениями прирост урожая клевера первого года пользования в сумме двух укосов (сухая масса) – 1,31 т/га (20,3%), в варианте с известкованием без удобрений – 0,54 т/га (9,6%) по отношению к контролю.

Закономерности действия минеральных и известковых удобрений на урожайность озимой пшеницы были такими же, как и на других культурах звена севооборота. Максимальная урожайность озимой пшеницы отмечена при внесении N₉₀Р₉₀К₉₀+СаСО₃ – 7,89 т/га, общая прибавка в 1,5 раза превысила контроль – 2,64 т/га (50,3%). Прибавка от извести – 1,40 т/га (21,6%).

Под влиянием минеральных удобрений на фоне известкования формировалось повышенное количество белка, клейковины, крахмала в ячмене, росла питательная ценность клевера (табл. 4).

 

Таблица 4.

Показатели качества культур звена севооборота в зависимости от минеральных удобрений и извести

Вариант	Ячмень+ клевер			Клевер первого года пользования (зеленая масса)
	Масса 1000 зерен, г	Крахмал, %	Белок,%	N, %	Р, %	К, %	Са, %	Мg, %
NРК	44,4	46,36	9, 0	2,60	0,18	1,79	1,71	1,61
NРК + СаСО3	45,7	49,44	10,0	2,60	0,19	1,79	1,62	1,63
N90Р90К90	46,3	46,30	9,72	2,56	0,20	2,17	1,74	1,64
N90Р90К90 + СаСО3	46,9	54,80	10,34	2,69	0,22	2,38	1,79	1,70

 

Важный показатель питательной ценности зерна – содержание белка. Он целиком зависит от обеспеченности азотным питанием в сочетании с фосфорно-калийными удобрениями, известью.

Выявлено, что содержание белка в зерне ячменя варьировало от 9,0 до 10,34%, прибавка от N₉₀Р₉₀К₉₀ и извести – 1,34%.

Удобрения и СаСО₃ повышали содержание в зерне ячменя крахмала до 54,8%. Прибавка к варианту без удобрений и извести составила 8,44%, без удобрений (NРК + СаСО₃) – 3,08%.

Повторное известкование улучшает качество продукции клевера первого года пользования. Преобладание каждого элемента (N, Р₂О₅, К₂О) приводит к увеличению их концентрации.

На минеральном фоне с доломитовой мукой в набольшей степени возрастало содержание азота (2,69%) и калия (2,38%), на неудобренном фоне с СаСО₃ – 2,60 и 1,79% соответственно, в меньшей – фосфора (0,19…0,22%).

Содержание кальция и магния в зеленой массе клевера имело тенденцию к повышению при внесении N₉₀Р₉₀К₉₀ + СаСО₃ – 1,79 и 1,70% соответственно (табл. 4).

При выращивании озимой пшеницы важен не только количественный рост урожая, но и повышение его качества из-за увеличения содержания белка и клейковины (табл. 5).

 

Таблица 5.

Влияние минеральных удобрений и извести на показатели качества озимой пшеницы

Вариант	Масса 1000 зерен, г	Белок, %	Сырая клейковина, %	ИДК ед.	Натурная масса, г/л
NРК	40,3	11,12	23,3	80,0	759
NРК + СаСО3	40,8	11,76	24,9	75,0	770
N90Р90К90	42,2	11,80	25,1	68,0	769
N90Р90К90 + СаСО3	44,0	12,90	27,6	65,0	785

 

Все рассматриваемые показатели качества озимой пшеницы под влиянием удобрений и извести улучшались, разница с контролем: белок – 0,64…1,78%; сырая клейковина – 1,6…4,3%; натура зерна – 11…26 г/л.

С повышением уровня минерального питания возрастает масса 1000 семян ячменя – с 44,4 до 46,9 г. Самые крупные семена были на фоне применения минеральных удобрений и извести (46,9 г).

Наибольшее содержание белка (12,9%) в зерне озимой пшеницы наблюдали в варианте с минеральными удобрениями N₉₀Р₉₀К₉₀ и известью, на 1,7% выше контроля, что позволяет отнести ее к ценной и сильной. В варианте без удобрений содержание белка составляло 11,12% (продовольственная).

Содержание сырой клейковины по опыту повысилось с 23,3 (контроль) до 27,6% при N₉₀Р₉₀К₉₀ + СаСО₃, что выше на 4,3%, чем в контроле. Это показывает закономерность по улучшению качества зерна при использовании минеральных удобрений и извести.

Показатель ИДК, характеризующий изменение и сопротивление деформации клейковины – 65…75 ед. (пшеница оценивается как хорошая), в варианте без удобрений ИДК составил 80 ед. (удовлетворительно слабая).

Внесение извести на фоне применения минеральных удобрений (N₉₀Р₉₀К₉₀) на темно-серой лесной почве способствует улучшению натуры зерна.

В соответствии с требованиями ГОСТ 52554, для ценного зерна она должна составлять не менее 730 г/л. Натурная масса зерна озимой пшеницы варьировала от 759 до 785 г/л. Максимальный показатель (785 г/л) отмечен на удобренном варианте с доломитовой мукой, что выше на 26 г/л, чем в варианте без удобрений (табл. 5).

Экономическую эффективность применения доломитовой муки в сочетании с минеральными удобрениями на темно-серой лесной почве (2018–2020 годы) на посевах ячменя, клевера первого года пользования, озимой пшеницы определяли стоимостью прибавки, затратами на внесение удобрений и их дозами.

Условно-чистый доход при возделывании ячменя равен соответственно 605 и 2060 руб./га, клевера первого года пользования – 1396 и 4599 руб./га, озимой пшеницы – 3260 и 5049 руб./га.

Выводы. В результате известкования и улучшения кислотного режима создаются предпосылки к усилению жизнедеятельности полезных микроорганизмов. Этим объясняется положительное влияние извести на содержание в растениях азота, зольных элементов питания, белка и клейковины.

Интенсивность выделения углекислого газа в период наиболее активной жизнедеятельности растений свидетельствует о высокой минерализации органического вещества в почве.

Использование минеральных удобрений и известкования на темно-серой лесной тяжелосуглинистой почве в звене севооборота обеспечило высокую урожайность и качество растениеводческой продукции. Таким образом, при возделывании сельскохозяйственных культур на темно-серой лесной почве, при совместном применении N₉₀Р₉₀К₉₀ и извести урожайность ячменя составила 3,53 т/га, сена клевера первого года пользования – 77,53, озимой пшеницы – 7,89 т/га, по сравнению с контролем без удобрений.

В разные по погодным условиям годы получено зерно с высоким содержанием сырой клейковины, белка, натуры в зерне озимой пшеницы, крахмала в ячмене, зольных элементов питания в клевере. Наилучшим оказался вариант с доломитовой мукой и N₉₀Р₉₀К₉₀.

Об авторах

Вера Алексеевна Свирина

Институт семеноводства и агротехнологий – филиал ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»

Автор, ответственный за переписку.
Email: svirina-vera@mail.ru

старший научный сотрудник

Россия, с. Подвязье, Рязанская обл.

Виталий Геннадьевич Черногаев

Институт семеноводства и агротехнологий – филиал ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»

Email: svirina-vera@mail.ru

младший научный сотрудник

Россия, с. Подвязье, Рязанская обл.

Список литературы

Дополнительные файлы