Химический состав растительных остатков сельскохозяйственных культур, выращенных на различном агрофоне в лесостепной зоне Зауралья

Введение . В условиях лесостепной зоны Зауралья чернозёмные почвы изначально обладают высокими запасами питательных веществ. Главными показателями их плодородия считаются содержание гумуса и его качественный состав, поэтому главной задачей для аграриев остаётся не только повышение продуктивности пашни, но и сохранение и приумножение органического вещества почвы [1]. Однако вовлечение почв в сельскохозяйственный оборот неминуемо приводит к изменению почвообразовательного процесса. Основой плодородия чернозёмов считают многолетнюю травянистую растительность, которая ежегодно оставляет на 1 гектаре до 10–20 т корней [2].

Распашка приводит к резкому снижению массы растительных остатков вследствие меньшей фитомассы зерновых культур. Помимо этого остро возникает проблема сбора соломы с полей, что усиливает дефицит органики в поч- вах. Самое страшное, пожалуй, – это сжигание соломы, поскольку теряется не только органический углерод, но и азот, с большим трудом собранный растениями.

Накопление элементов питания в непродуктивных частях – биологическая особенность растений. Как показали исследования, содержание NPK в соломе зерновых культур составляет 0,60; 0,20 и 0,78 % соответственно, что зависит от особенностей возделывания и природноклиматической зоны [3–5]. Химический состав также влияет на скорость разложения растительных остатков, что объясняется стимулированием целлюлозоразлагающей биоты органическим азотом [6, 7]. Оптимальным соотношением C:N считается 1:20, однако такое соотношение бывает крайне редко, обычно оно существенно больше 1:60 (80), что вызывает дополнительное потребление почвенного азота и, как следствие, снижение урожайности сельскохозяйственных культур [8].

Цель исследований . Изучение химического состава растительных остатков сельскохозяйственных культур, выращенных на вариантах с различным уровнем минерального питания.

Объекты и методы исследований. Исследования проводили на стационаре ГАУ Северного Зауралья, который расположен вблизи д. Утёшево Тюменского района.

В опыте изучали химический состав растительных остатков сельскохозяйственных культур, выросших на вариантах с различным агрофоном. Удобрения вносили по схеме: контроль (без удобрений); NPK на урожай 3,0; 4,0; 5,0 и 6,0 т/га зерна. Минеральные удобрения (аммиачную селитру и аммофос) вносили в один срок перед посевом. Калийные удобрения не использовали, так как хватало почвенных запасов для получения планируемой урожайности зерновых культур.

Почва опытного участка – чернозём выщелоченный, маломощный с тяжелосуглинистым пылевато-иловатым гранулометрическим составом, сформировавшийся на карбонатном покровном суглинке [9]. Содержание гумуса в пахотном слое (0–30 см) варьирует от 7,65 до 9,05 %. Глубже – снижается с 4,41 до 0,72– 0,54 %, запасы гумуса в метровом слое составляют 435–440 т/га. Валовое содержание азота в пахотном слое составляет 0,43–0,44 %, в слое 30–50 см – 0,18–0,21 % [10].

В побочной продукции сельскохозяйственных культур определяли: содержание сухого вещества – по ГОСТ 26713-85; органического вещества – ГОСТ 27980-88; азота по Кьельдалю – ГОСТ 134964-93; фосфора по Труогу-Майеру – ГОСТ 26657-85; калия – ГОСТ 30504-97; кальция и магния – атомно-абсорбционным способом; зольность – ГОСТ 26714-85. Статистическую обработку проводили при помощи Microsoft Exсel.

Результаты исследований. Как показали наши исследования, содержание сухого вещества в растительных остатках сельскохозяйственных культур не зависит от вида растений (табл. 1). Количество органического вещества варьирует от 79 до 82 % от массы. Наиболее важный элемент питания – азот, поэтому очень часто ценность растительных остатков определяют по нему. Горох среди всех культур характеризовался максимальным количеством азота в растительных остатках (1,4 % от массы), превышающим в 2–3 раза значения других культур.

Таблица 1

Химический состав растительных остатков сельскохозяйственных культур (опытное поле ГАУ Северного Зауралья), 2010–2016 гг., %

Культура	Сухое вещество	Органическое вещество	Содержание в воздушно-сухой массе
			N	P	K	Ca	Mg	зола
Озимая пшеница	86	81	0,5	0,2	0,9	0,3	0,1	4,9
Озимая рожь	86	82	0,5	0,3	1,0	0,9	0,1	3,9
Яровая пшеница	86	82	0,6	0,2	0,7	0,3	0,1	3,5
Ячмень	86	81	0,5	0,2	1,0	0,3	0,1	4,5
Овес	86	79	0,6	0,3	1,6	0,4	0,1	6,5
Рапс	86	81	0,7	0,2	1,0	2,0	0,2	4,8
Горох	86	82	1,4	0,3	0,5	1,8	0,3	3,9

Содержание фосфора, в отличие от азота, минимально и не имеет больших отклонений. Его количество варьирует от 0,2 до 0,3 % от массы. Минимальное количество калия отмечалось в соломе гороха – 0,5 %, тогда как в соломе овса в три раза больше – 1,6 % от массы.

Кальций и магний не считаются основными элементами питания, однако наши данные показали, что их содержание в растительных остатках выше, чем фосфора. Содержание кальция в соломе ячменя, овса, озимой и яровой пшеницы составляло 0,3–0,4 % от массы. Рапс и горох, в отличие от зерновых культур, накапливают в растительных остатках кальция 2,0 и 1,8 % соответственно. Растения из всех биогенных элементов магния потребляют меньше всего. Его количество в растительных остатках варьировало от 0,1 до 0,3 % от массы, достигая максимальных значений в соломе гороха.

Содержание золы в растительных остатках озимой пшеницы, ячменя и рапса составило 4,5–4,9 % от массы гороха, что несколько выше значений гороха, озимой ржи и яровой пшени- цы. Солома овса характеризуется максимальным содержанием зольных элементов.

Мы изучили химический состав соломы яровой пшеницы, овса и ячменя, выросших на вариантах с различным уровнем минерального питания. Содержание азота в соломе яровой пшеницы, выращенной на естественном агрофоне (без удобрений), составляло 0,7 % от массы (табл. 2). Внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность 3,0 и 4,0 т/га зерна способствовало увеличению содержания азота в соломе до 0,8 и 0,9 % от массы. Дальнейшее повышение уровня минерального питания способствовало увеличению содержания азота с достижением максимума 1,2 % от массы на варианте с NPK на урожай 6,0 т/га зерна, что объясняется физиологической незрелостью яровой пшеницы на момент уборки [11].

Как показали наши расчёты, связь между вносимыми дозами азотных удобрений и содержанием азота в соломе очень сильная: коэффициент корреляции составляет 0,94 единицы. Это позволило нам провести регрессионный анализ и получить линейное уравнение для диапазона планируемой урожайности до 6,0 т/га зерна. Уравнение представляет собой у =

0,002 х x + 0,7 ; где у - содержание азота в соломе, %; x – доза азотных удобрений, кг д.в./га.

Таблица 2

Вариант	Содержание в воздушно-сухой массе, %
	N	P	K	Ca	Mg	Зола
Контроль (без удобрений)	0,7	0,2	0,7	0,3	0,1	3,5
NPK на 3,0 т/га	0,9	0,2	0,9	0,3	0,1	3,8
NPK на 4,0 т/га	0,8	0,2	1,1	0,4	0,1	3,8
NPK на 5,0 т/га	1,1	0,2	1,1	0,4	0,2	4,2
NPK на 6,0 т/га	1,2	0,2	1,0	0,3	0,1	4,5

Химический состав соломы яровой пшеницы, выращенной на вариантах с различным агрофоном, 2010–2016 гг.

Внесение возрастающих доз минеральных удобрений не оказало влияния на содержание фосфора в соломе яровой пшеницы, которое составило 0,2 % от массы. Калий, в отличие от первых двух элементов питания, накапливается преимущественно в соломе и корнях. На контроле, при отсутствии минеральных удобрений, содержание калия в соломе составляло не более 0,7 % от массы. Внесение удобрений на планируемую урожайность 3,0 т/га зерна увеличило этот показатель на 29 % – содержание составило 0,9 % от массы. Дальнейшее повышение уровня минерального питания способствовало увеличению данного показателя до 1,1 % от массы. Однако чёткой взаимосвязи между вносимыми удобрениями и содержанием калия в соломе не обнаружено. Это даёт нам право предполагать, что содержание калия в соломе яровой пшеницы, выросшей на высоком агрофоне, будет варьировать от 0,9 до 1,1 % от массы.

Минеральные удобрения не влияют на содержание кальция и магния в соломе яровой пшеницы. Независимо от уровня минерального питания содержание кальция в соломе яровой пшеницы варьировало в пределах 0,3–0,4 % от массы, тогда как количество магния в растительных остатках было минимальным и составило 0,1–0,2 % от массы.

Содержание золы в соломе увеличивалось с повышением уровня минерального питания. На контроле её содержание составило 3,5 % от массы. На вариантах с низким агрофоном (NPK на 3,0 и 4,0 т/га) содержание золы было на

0,3 % выше контроля и составило 3,8 % от массы. Максимальное количество золы в соломе отмечалось на вариантах с NPK на 5,0 и 6,0 т/га зерна – 4,2 и 4,5 % соответственно. Увеличение содержания золы обусловлено повышением количества калия и кальция, остальные зольные элементы не оказали существенного влияния.

Химический состав соломы овса несколько отличался от соломы яровой пшеницы, а выращивание его с различными дозами минеральных удобрений по-своему влияет на содержание элементов питания. Содержание азота в соломе овса, выращенного на естественном агрофоне (контроль), значительно ниже, чем в яровой пшенице, – 0,5 % от массы (табл. 3). Внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность 3,0 т/га зерна не оказало существенного влияния на содержание азота. Повышение уровня минерального питания, необходимого для получения 4,0 и 5,0 т/га зерна, способствовало накоплению азота до 0,7 % от массы, что на 40 % выше контроля. Как и в случае с яровой пшеницей, максимальный агрофон (NPK на 6,0 т/га) повышает содержание азота в соломе почти в два раза. Выращивание овса на вариантах с различным уровнем минерального питания не повлияло на содержание фосфора в соломе (0,2%), как и в соломе яровой пшеницы. Также минеральные удобрения не повлияли на содержание калия в соломе овса – 1,5–1,6 % от массы, что превышает значения яровой пшеницы в два раза.

Таблица 3

Химический состав соломы овса, выращенного на вариантах с различным агрофоном, 2010–2016 гг.

Вариант	Содержание в воздушно-сухой массе, %
	N	P	K	Ca	Mg	Зола
Контроль (без удобрений)	0,5	0,2	1,5	0,4	0,1	6,8
NPK на 3,0 т/га	0,6	0,2	1,6	0,4	0,1	6,5
NPK на 4,0 т/га	0,7	0,2	1,6	0,4	0,1	6,5
NPK на 5,0 т/га	0,7	0,2	1,6	0,5	0,2	6,2
NPK на 6,0 т/га	0,9	0,2	1,5	0,4	0,1	6,0

Внесение минеральных удобрений не влияет     Проведённые исследования химического со-

на содержание в соломе кальция и магния, оно составляло 0,4–0,5 и 0,1–0,2 % от массы. Максимальное значение содержания золы в соломе овса отмечалось на контроле – 6,8 % от массы. Внесение минеральных удобрений снизило данный показатель до 6,0 % от массы на варианте с NPK на 6,0 т/га зерна.

става соломы ячменя показали ту же закономерность накопления азота, как и в овсе [12]. Внесение минеральных удобрений не оказало существенного влияния на остальные элементы питания (табл. 4).

Таблица 4

Вариант	Содержание в воздушно-сухой массе, %
	N	P	K	Ca	Mg	Зола
Контроль (без удобрений)	0,5	0,2	1,0	0,3	0,1	4,5
NPK на 3,0 т/га	0,6	0,2	1,0	0,4	0,1	4,6
NPK на 4,0 т/га	0,7	0,2	1,1	0,4	0,1	4,5

Выводы                     способствует накоплению азота почти в 2 раза

Химический состав соломы ячменя, выращенного на вариантах с различным агрофоном, 2010–2016 гг.

• 1.    Растительные остатки гороха характеризуются максимальным содержанием азота, достигающим 1,4 % от массы, что почти в 2 раза выше значений зерновых культур. Овёс накапливает в соломе до 1,6 % калия, тогда как в соломе яровой пшеницы его в 2 раза меньше. Наибольшее значение содержания кальция в растительных остатках отмечается в рапсе и горохе: 1,8 и 2,0 % соответственно. Содержание этого элемента в озимой ржи не более 0,9 % от массы.

• 2.    Выращивание зерновых культур без минеральных удобрений приводит к формированию соломы с минимальным содержанием азота, достигающим 0,5–0,7 % от массы. Внесение возрастающих доз минеральных удобрений

• 3.    Влияние минеральных удобрений на содержание фосфора и калия в соломе зерновых культур минимально. Их показатели являются биологической особенностью культур.

• 4.    Содержание питательных веществ в соломе зерновых культур не имеет существенных отличий по видовому составу, поэтому при разработке системы удобрений можно не учитывать культуру, которая используется в севообороте.

• 5.    При оптимизации системы удобрений в диапазоне планируемой урожайности до 6,0 т/га зерна можно использовать регрессионное уравнение y = 0,002 х x + 0,7 ; где x - доза азотных удобрений, кг д.в./га; y – содержание азота в соломе, %; коэффициент аппроксимации составляет более 0,9 ед.

относительно контроля.