Агроэкологическая эффективность различных доз минеральных удобрений при возделывании зерновых в Среднем Поволжье

Качество зерна тесно связано с биохимическим составом растений и определяется совокупностью действия внутренних факторов — естественных особенностей растений и внешних факторов — состава почвы, климатических условий и совокупности агротехнических мероприятий и прежде всего от доз, видов и форм удобрений, соотношения в них элементов питания, сроков внесения и др.

Удобрения являются ведущим фактором внешней среды, оказывающим влияние на фор мирование урожая. Улучшение питания способ-

ствует мобилизации физиологических ресурсов растения, благоприятным изменениям биохимического состава и соответственно росту качества окончательной продукции. Поэтому оптимальные дозы удобрений разрабатывают не только на основе прибавок урожайности, но и по их действию на качество продукции.

Однако для каждого сорта существует предел биологических возможностей роста урожайности. Внесение удобрений в количествах, превышающих физиологическую потребность растений, не ведет к дальнейшему увеличению урожайности и сопровождается ухудшением качества продукции. Это связано не только с повышенными дозами удобрений, но и с несбалансированностью элементов минерального питания, неправильным подбором форм макроэлементов, а также применением микроэлементов без учета содержания их в почве и требований культуры. Отсюда следует, что минеральное питание растений улучшается при внесении только научно обоснованных доз удобрений.

К настоящему времени накоплен большой фактический материал о том, что во всех почвенно-климатических зонах России минеральные удобрения не только повышают урожай, но и улучшают его качество [1, 2, 12, 13]. При этом отмечалось, что у зерновых культур под действием удобрений (главным образом азотных) в зерне повышается содержание белка. Увеличивается количество сырой клейковины в зерне пшеницы, но ее технологические свойства больше зависят от сортовых особенностей культуры и условий увлажнения в период налива зерна [3, 4, 11].

Для резко выраженного континентального климата степного Поволжья в период формирования урожая зерновых культур характерны колебания режимов увлажнения и среднесуточных температур [5, 10]. Это, безусловно, отражается не только на величине урожая, но и определяет эффективность применяемых удобрений. Данное обстоятельство также не позволяет получить обобщающие результаты о влиянии минеральных удобрений на качество урожая в меняющихся погодных условиях на основании результатов краткосрочных полевых опытов. Это возможно сделать только в длительных стационарных исследованиях.

Цель исследований – на южных черноземах Поволжья на базе длительного стационарного опыта выявить влияние минеральных удобрений на качество зерна озимой пшеницы, яровой пшеницы, проса, ячменя и овса в различных гидротермических условиях.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Длительный стационарный опыт с различными системами минеральных удобрений был заложен в 1969 – 1971 гг. на полях НИИСХ Юго-Востока под руководством доктора с. – х. наук, профессора М.П. Чуб. В 2016 г. на опыте завершилась восьмая ротация шестипольного зернопарового севооборота, который в настоящее время имеет следующую ротацию: пар чистый – озимая пшеница – яровая пшеница – просо – ячмень – овес. Опыт расположен на плакор-но-равнинном элементе агроландшафта. Почва опытного участка – чернозем южный, малогумусный, среднемощный, тяжелосуглинистый, среднесмытый. При закладке опыта исходная характеристика почвы была следующей (слой 0-40 см): содержание органического углерода (С) – 2,5%; общего азота – 0,231; валовых форм фосфора – 0,119; общего калия – 1,60%. Обеспеченность растений доступными формами азота – средняя (40-50 мг/кг легкогидролизуемого азота); подвижного фосфора – низкая (10 – 15 мг/кг по Мачигину); обменным калием – высо- кая (300-350 мг/кг в углеаммонийной вытяжке).

Удобрения в опыте вносятся под основную обработку почвы (кроме азотных подкормок озимой пшеницы). Опыт развернут в пространстве и во времени в трехкратной повторности. Размер делянок – 234 – 305 м2, их размещение – рендомизированное.

Проведение опытов и агрохимические анализы осуществляются по общепринятым методикам [7, 8].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

За 48 лет проведения опытов 20 лет были влажными (41,6 %), 20 лет среднезасушливыми (41,6 %) и 8 лет острозасушливыми (16,8 %). Результаты по годам исследований были объединены в эти три группы. Такое ранжирование позволило установить следующее.

Из представленных в таблице 1 данных следует, что по одинаковым предшественникам на всех изучаемых агрофонах (включая контроль) в засушливые годы белка в зерне озимой пшеницы накапливалось больше, чем во влагообеспеченные. Минеральные удобрения при всех условиях влагообеспеченности оказали положительное влияние на содержание белка.

Анализ результатов показал, что накопление белка в зерне озимой пшеницы на уровне 13,014,3% возможно, если расходовалось 2,2-2,9 кг азота на формирование 1 ц зерна с соответствующим количеством побочной продукции.

На протяжении всех лет исследований по содержанию сырой клейковины в зерне озимой пшеницы удобренные варианты превосходили контроль. Самое высокое ее содержание, как во влажные, так и засушливые годы отмечалось на варианте с применением дозы N60P40. Высокая эффективность дозы N60P40 сохранялась при выращивании озимой пшеницы, как по чистому, так и по занятому пару. В целом по опыту предшественник оказывал значительное влияние на показатели качества ее зерна. При выращивании озимой пшеницы без удобрений по чистому пару во влажные годы содержание белка и клейковины было выше аналогичных показателей по занятому пару на 1,8 и 3,2% соответственно. Похожие результаты были получены и в засушливые годы. Применение N60P40 по чистому пару способствовало увеличению содержания сырой клейковины в зерне и стабильно обеспечивало получение урожая зерна озимой пшеницы не ниже 3 класса. Снижение дозы азота в 2 раза не приводило к улучшению товарнотехнологических свойств зерновой продукции. Однако минеральные удобрения в дозе N30P40 в среднем за влажные годы опыта обеспечивали более благоприятный питательный режим растений, что приводило к накоплению белка в зерне на 0,6% больше, чем на контрольном варианте без применения удобрений (табл. 1).

На вариантах с внесением минеральных удобрений содержание белка в зерне яровой пшеницы было выше по сравнению с неудобренным контролем. Больше всего его содержалось в зерне, выращенном с использованием азотных и азотно-фосфорных удобрений. Что касается влияния погодных условий, то в условиях наших стационарных опытов подтвердилось общепризнанное положение о повышенном накоплении белка в засушливых условиях [2, 9].

Повышенное содержание белка в зерне яровой пшеницы в среднем за годы с различной влагообеспеченностью было получено от применения N80. Уменьшение дозы азотных удобрений в опыте до N40 снижало содержание белка и сырой клейковины в зерне яровой пшеницы и приводило к формированию зерна 3 класса. Внесение Р40-50 совместно с азотными удобрениями не оказывало значительного влияния на показатели качества зерна яровой пшеницы. В острозасушливых условиях вегетационного периода внесение N80 и N60-80 совместно с Р40-50 позволило получить урожай зерна яровой пшеницы 2 класса (табл. 2).

На белковость зерна ячменя сильное влияние оказали условия увлажнения вегетационного периода и азотные удобрения (табл.3).

Наибольшее количество белка в зерне ячменя 13,3% содержалось в острозасушливые годы. Азотные удобрения в дозе N60 на 2,4% увеличивали содержание белка в зерне ячменя по сравнению с контрольным вариантом без применения удобрений. В среднезасушливые годы более эффективным агроприемом, который обеспечил увеличение содержания белка в зерне ячме- ня по сравнению с контрольным вариантом на 26,1%, оказалось внесение N80-90. Во влажные годы оптимальным для получения качественного зерна оказалось внесение средней дозы азота N40 в сочетании с фосфором P40, тогда как в острозасушливые годы были эффективны только средние (N40) и повышенные дозы (N60) азотных удобрений.

В наших опытах азотные удобрения и погодные условия также сильно повлияли на содержание белка в зерне овса (табл. 3).

Во влажные годы на контроле белка в зерне овса накапливалось в среднем 9,6%. Внесение N40 повысило его количество всего на 0,4%, N60 – на 1,7%, и лишь при внесении N80–90 содержание белка достигло 13,3%.

В годы с засушливыми условиями вегетационного периода овса существовала обратная связь: чем ниже урожайность культуры, тем выше содержание белка в зерне. На контрольном варианте оно составило в среднем 11,25%. Результативным было применение азотных удобрений. 40 кг/га азота повысило количество белка в зерне на 0,9%, N60 – на 1,3%, а при N80–90 оно достигло 14,2%. Внесение азотно-фосфорных удобрений в средне, и тем более в острозасушливые годы, было менее эффективным, что связано, видимо, с условиями растворимости последних.

Во влажные годы на контроле белка в зерне овса накапливалось в среднем 9,6%. Внесение N40 повысило его количество всего на 0,4%, N60 – на 1,7%, и лишь при внесении N80–90 содержание белка достигло 13,3%.

В годы с засушливыми условиями вегетационного периода овса существовала обратная связь: чем ниже урожайность культуры, тем

Таблица 1 . Качество зерна озимой пшеницы (1969-2016 гг.)

Дозы удобрений	Влажные годы			Засушливые годы
	Белок, %	Сырая клейковина, %	Класс зерна	Белок, %	Сырая клейковина, %	Класс зерна
По чистому пару
Контроль (без удобрений)	11,7	21,1	4	13,4	24,2	3
N30P40	12,3	22,2	4	13,5	24,4	3
N60P40	13,0	23,5	3	14,3	25,8	3
Среднее	12,3	22,2	4	13,7	24,8	3
По занятому пару
Контроль (без удобрений)	9,9	17,9	5	11,7	21,1	4
N30P40	10,4	18,8	4	12,2	22,0	4
N60P40	11,9	21,5	4	12,5	22,6	4
Среднее	10,7	19,4	4	12,1	21,9	4
Среднее по опыту	11,5	20,8	4	12,9	23,3	3

Таблица 2. Качество зерна яровой мягкой пшеницы (1969-2016 гг.)

Дозы удобрений	Влажные годы			Средне- засушливые годы			Острозасушливые годы			Содержание белка по вариантам в среднем, %
	1	2	3	1	2	3	1	2	3
Контроль (без удобрений)	12,1	21,9	4	13,1	23,7	3	14,8	26,7	3	13,3
P40-50	12,6	22,8	4	13,3	24,0	3	14,6	26,4	3	13,5
N40	11,9	21,5	4	13,9	25,1	3	15,4	27,8	3	13,7
N80	13,5	24,4	3	14,5	26,2	3	16,6	30,0	2	14,9
N40P40-50	12,9	23,3	3	14,1	25,5	3	14,6	26,4	3	13,9
N60P40-50	13,2	23,9	3	13,7	24,8	3	15,8	28,6	2	14,2
N80P40-50	12,9	23,3	3	13,9	25,1	3	16,7	30,2	2	14,5
Среднее по опыту	12,7	23,0	3	13,7	24,9	3	15,5	28,0	2	-

Примечание: 1 – белок, %, 2 – сырая клейковина, %, 3 – класс зерна выше содержание белка в зерне. На контрольном варианте оно составило в среднем 11,25%. Результативным было применение азотных удобрений. 40 кг/га азота повысило количество белка в зерне на 0,9%, N60 – на 1,3%, а при N80–90 оно достигло 14,2%. Внесение азотно-фосфорных удобрений в средне, и тем более в острозасушливые годы, было менее эффективным, что связано, видимо, с условиями растворимости последних.

Применение минеральных удобрений положительно сказалось на накоплении белка в зерне проса (табл. 4).

На всех удобренных вариантах стационарного опыта на протяжении 48 лет исследований его содержание в зерне проса превосходило неудобренный контроль. Высокую эффективность, как и следовало ожидать, проявили азотные удобрения. По данным Самарского НИИСХ азот в Среднем Заволжье находится в первом мини-

Таблица 3. Содержание белка в зерне ярового ячменя и овса при различном уровне влагообеспеченности и доз удобрений, % на абсолютно сухое вещество (1969-2016 гг.)

Дозы удобрений	Группы лет по уровню влаго-обеспеченности			Среднее по вариантам	Дозы удобрений	Группы лет по уровню влаго-обеспеченности			Среднее по вариантам
	1	2	3			1	2	3
Яровой ячмень					Овес
Контроль (без удобрений)	10,2	10,7	13,3	11,4	Контроль (без удобрений)	9,6	11,2	12,3	11,2
P40	10,3	10,9	13,1	11,4	N40	10,0	12,1	13,5	12,2
N40	11,1	11,2	15,4	12,5	N60	11,3	12,5	13,6	12,7
N60	11,8	12,4	15,7	13,3	N80-90	13,3	14,3	-	13,8
N80-90	12,1	13,5	-	12,8	N40P40-60	-	13,7	-	13,3
N40P40	13,1	11,4	-	12,2	N60P40	12,2	12,8	-	12,4
N60P40	12,2	12,4	-	12,3	-	-	-	-	-
N80-90P40	12,0	11,7	-	11,8	-	-	-	-	-
Среднее по опыту	11,6	11,7	14,3	-	-	11,2	12,7	13,1	-

Примечание: 1 – влажные годы, 2 – среднезасушливые годы, 3 – острозасушливые годы

Таблица 4. Содержание белка в зерне проса при различном уровне влагообеспеченности и доз удобрений, % на абсолютно сухое вещество (1969-2016 гг.)

Дозы удобрений Влажные годы Средне засушливые годы Острозасушливые годы Среднее по вариантам Контроль (без удобрений) 7,2 8,4 9,9 8,5 N40 8,7 10,2 11,4 10,1 P40 7,2 7,7 9,3 8,1 N40-60 8,4 10,9 11,1 10,1 N40P40 9,5 10,2 10,8 10,2 N60P40 10,2 12,1 11,7 11,3 Среднее по группам лет 8,5 9,9 10,7 - муме [10]. Этот факт объясняет высокую отзывчивость зерновых на внесение, в первую очередь, азотных удобрений.

Так, если внесение N40 увеличивало содержание белка в зерне проса по сравнению с контролем в среднем по опыту на 18,8-20,0%, то от применения N60 это соотношение увеличивалось до 32,9%. Внесение лишь одних фосфорных удобрений в дозе Р40 под просо не способствовало увеличению белковости зерна. Как и в случае с остальными культурами севооборота в опыте, на этот показатель качества урожая значительное влияние оказывал уровень влагообе-спеченности вегетационного периода. В группе лет с хорошей обеспеченностью вегетирующих растений влагой накопление белка в зерне шло менее интенсивно, чем в средне и острозасушливые годы.

Выводы. Таким образом на качество зерна культур зернопарового севооборота в зоне южных черноземов Поволжья сильное влияние оказывают условия увлажнения вегетационного периода и азотные удобрения. Количество белка в зерне озимой пшеницы, возделываемой по чистым парам, увеличивалось при внесении N60P40 как во влажные, так засушливые годы на 1,3-0,9% соответственно. Внесение в острозасушливые годы N60-80 обеспечило в зерне яровой пшеницы содержание белка 15,8-16,7%, во влажные годы на этих вариантах в зерне яровой пшеницы содержалось в среднем 12,9-13,5% белка. Применение минеральных удобрений в среднем за годы исследований увеличивало содержание сырой клейковины в зерне яровой пшеницы 1,1-1,3% по отношению к контролю. В острозасушливые годы при внесении N60 содержание белка в ячмене составило 15,7%, что на 2,4% выше контрольного значения. Увеличение дозы азота и добавление к нему фосфора на белковость зерна не повлияло. Во влажные годы для формирования качественного зерна ячменя дозу азота рекомендуется снизить до N40. Минеральные удобрения в большей степени, чем условия увлажнения вегетационного периода, повлияли на содержание белка в зерне овса, увеличивая его содержание в среднем по опыту на 1,5-1,6% к контролю. Внесение N60P40 во все годы исследований увеличивало содержание белка в зерне проса на 1,8% в острозасушливые и на 3,0% во влагообеспеченные годы.