Обоснование энергетического процесса влияния минеральных удобрений на урожай подсолнечника

Необходимость увеличения производства сельскохозяйственной продукции предполагает непременное увеличение применения удобрений. Это связано с увеличением затрат не возобновляемой энергии [1].

Если исключить энергию солнечных лучей, то производство продуктов питания и сырья для промышленности по существу является энергетически убыточным [2].

Последовательная и неуклонная интенсификация сельского хозяйства на основе дальнейшей механизации, химизации и мелиорации создает базу для совершенствования агротехники сельскохозяйственных культур [3, 4].

В настоящее время многие культуры возделываются по различным технологиям, которые отличаются между собой системами использования машин, видами применяемых удобрений, пестицидов и т.п. [5].

Каждая технология для своего осуществления требует различных совокупных затрат энергии. Например, использование минеральных удобрений и навоза вкладывает в совокупные затраты энергии на технологический процесс разное количество энергии: 1 кг действующего вещества азотных удобрений оценивается в 86,6 МДж, фосфорных – 12,6 МДж, калийных – 8,3 МДж. Те же элементы питания в навозе крупного рогатого скота оцениваются соответственно в 40,0; 8,0 и 6,0 МДж на 1 кг д. в. [6].

Кроме того, в настоящее время агрономическая наука применительно к условиям различных зон разрабатывает приемы и системы минимальной обработки почв. Установлено, что ежегодная отвальная обработка почвы не является необходимым приемом для восстановления плодородия почвы [7].

Рекомендуется для отдельных культур вместо вспашки применять минимальную обработку с одновременным внесением гербицидов [8]. Оценивая этот прием с энергетической точки зрения, следует отметить, что энергоемкость минимальной обработки значительно меньше энергоемкости вспашки, но производство гербицидов отличается высокими затратами энергии до 420 МДж/кг д. в., что может существенно увеличить совокупный расход энергии на минимальную обработку почвы.

Следовательно, чтобы иметь возможность судить о целесообразности внедрения и применения в практике агротехнических приемов и технологии в целом с энергетически экономичных позиций, необходимо установить количественную оценку их биоэнергетической эффективности [9].

Сверх энергии солнца, которая используется в растениеводстве, поставщиком добавочной энергии являются сельхозмашины, кото- рые приводятся в движение энергией природного топлива. На производство сельхозмашин, удобрений, их транспортировку, внесение в почву и т. д., также используется энергия [10].

Стационарный опыт был заложен на базе отдела земледелия Тамбовского НИИСХ-филиал ФГБНУ «ФНЦ им И.В. Мичурина».

Цель работы – установить эффективность комплексного применения основного удобрения, обработки семян микроэлементами и внекорневых подкормок на урожайность и качество семян подсолнечника сорта Спартак, в условиях северо-востока ЦЧР.

В работе ставились следующие задачи:

• 1.    Определить эффективность различных доз и сочетаний минеральных удобрений и внекорневых подкормок на прибавку урожая семян подсолнечника сорта Спартак на черноземе типичном.

• 2.    Выявить энергетическую эффективность изучаемого агроприема и определить наиболее рентабельные системы удобрения.

Практическая значимость.

Полученные данные позволят скорректировать существующую систему удобрения подсолнечника для условий северо-востока ЦЧР.

Объекты, материалы и технология возделывания подсолнечника

Объектами исследований являлись:

• 1.    Почвенные образцы опытного участка, типичный мощный чернозем.

• 2.    Сорт подсолнечника Спартак, селекции Тамбовского НИИСХ – филиал ФГБНУ «ФНЦ им. И.В. Мичурина» (Оригинатор: ФГБНУ «ФНЦ им. И.В. Мичурина»).

Средняя урожайность в Тамбовской области составила 2,52 т\га, масличность 51%.

Подготовка опытных участков: основная обработка почвы под подсолнечник состояла из зяблевой вспашки ПЛН-5-35 на глубину 25-27 см с предварительным лущением стерни предшественника БДН-3. Предпосевная обработка почвы включала ранневесеннее боронование зяби и предпосевную культивацию КПС-4, на глубину заделки семян. Под предпосевную культивацию вносили почвенный гербицид. Семена перед посевом обрабатывали протравителем против болезней и вредителей. Посев проводили пневматической сеялкой точного высева СПЧ-6 на глубину 6 см.

Довсходовое боронование проводили боронами средними поперек рядков. Уход за посевами состоял из двух междурядных обработок культиватором КРН-4,2.

Срезку подсолнечника проводили в фазе физиологической спелости, сбор и обмолот в фазе хозяйственной спелости.

Учет урожая – сплошной поделяночный.

Схема опыта и методика проведения исследований

Закладка опыта и необходимые наблюдения проводились по традиционным методикам [11].

Для решения поставленных задач был заложен опыт по следующей схеме:

Схема опыта

• 1.    Без удобрений.

• 2.    N 30 P 30 K 30

• 3.    N 60 P 60 K 60

• 4.    N 30 P 30 K 30 +М 1 ⃰

• 5.    N 60 P 60 K 60 +М 1

• 6.    N 30 P 30 K 30 +М 1 +М 2

• 7.    N 60 P 60 K 60 + М 1 + М 2 .

Примечание: ⃰ М 1 -обработка семян жидким минеральным удобрением мегамикс-семена, М 2 -внекорневая подкормка в фазе 2-3 пар листьев жидким минеральным удобрением мегамикс-профи.

Посевная площадь делянки 207,2 м2. Учетная площадь 140 м2. Повторность в опыте трехкратная.

Используемые удобрения:    азофоска

(N 16 P 16 K 16 ), жидкое минеральное удобрение для предпосевной обработки семян «Мегамикс-семена», в состав которого входят микроэлементы (B – 4,6; Cu – 33,0; Zn – 31,0; Mn – 3,0; Fe – 4,0; Mo – 7,0; Co – 2,8; Cr – 0,5; Ni – 0,1; Se – 0,1; N – 58,0; P – 6,0; К – 58; S – 50,0; Mg – 22,0; для внекорневой обработки «Мегамикс-профи» в составе: B – 1,7; Cu – 7,0; Zn – 14,0; Mn – 3,5; Fe – 3,0; Mo – 4,6; Co – 1,0; Cr – 0,3; Se – 0,1; Ni – 0,1; N – 6,0; S – 29,0; Mg – 15,0).Обработка семян 2 л/т; некорневая подкормка 1 л/га.

Для решения поставленных задач были проведены следующие работы:

• 1.    Перед закладкой опыта осуществляли отбор почвенных образцов с различной глубины. В образцах определяли: гумус по Тюрину (ГОСТ 26213-91), pH (KCl) солевой вытяжки потенциометрически по методу ЦИ-НАО (ГОСТ 26483-85), гидролитическую

  кислотность – по Каппену (ГОСТ 26212-91), P 2 O 5 – подвижный по Чирикову (ГОСТ 2620491), К 2 О – обменный по Масловой, нитратный азот – по Грандваль-Ляжу, аммиачный – колориметрическим методом с реактивом Несслера.

• 2.    Учет эффективности удобрений и экономическую оценку их применения проводили по методике ВИУА.

• 3.    Математическая обработка урожайных данных проведена компьютерной программой AgCStat, надстройка к Exсel.

Условия проведения исследований.

Тамбовский НИИСХ – филиал ФГБНУ «ФНЦ им И.В.Мичурина», расположен в безлесной местности на водоразделе рек Цны и Савалы. Это самое возвышенное плато в южной части области, высота над уровнем моря составляет 191,7 м.

Агрохимические показатели опытного участка представлены в таблице 1.

Таблица 1. Агрохимический состав почвы опытного участка

Показатели	Гумус, %	pH (KCl)	N-NO 3 + N-NH 4, мг/кг	P 2 O 5 подвижная, мг/кг	K 2 O обменный, мг/кг
0-30	7,4	7,2	24,9	8,7	30

Климатические показатели места проведения опыта позволяют говорить о вполне подходящем месте проведения исследований (табл. 2).

Таблица 2. Среднесуточная температура воздуха и сумма осадков за вегетационный период

Годы	Месяцы						Апрель-сентябрь	За год
	апрель \	май   \	июнь   \	июль   \	август \	сентябрь
Средняя месячная температура, 0 С
Ср.      многолетняя (1845-2021 гг.)	7,7	15,0	18,5	20,7	19,1	13,2	15,5	6,4
2022	9,3	10,7	19,3	20,6	22,6	11,2	15,6	7,2
2023	10,0	14,0	16,5	20,0	20,7	14,9	16,0	7,5
2024	13,9	12,0	20,8	20,4	19,7	17,0	17,3	7,9
Количество выпавших осадков, мм рт.ст.
Ср.      многолетняя (1936-2021 гг.)	29	43	66	55	43	44	280	511
2022	51	35	23	98	22	66	295	596
2023	17	29	60	143	19	5	273	592
2024	19	17	26	55	26	0	143	372

В 2022 г., в апреле норма была превышена на 22 мм, т.е. на 76% сверх нормы. И хотя в мае выпало на 8 мм меньше осадков, т.е. 81% нормы, влаги в почве было достаточно для появления всходов. В июне осадков выпало 35% нормы, однако в июле превысили норму на 78%, что положительно сказалось на растениях. В августе осадков выпало 51% нормы.

В период апрель, июнь, август, температура превысила норму на 1,60С; 0,80С; 3,50С соответственно.

В мае, июле температура была меньше нормы на 4,30С; 0,10С соответственно.

В 2023 г., в период с апреля по август, нормы распределение по месяцам отличалось от среднегодовой нормы.

В апреле выпало 59% нормы. В мае выпало 67% от нормы, но влаги в почве хватило для появления всходов. В июне осадков выпало 91% нормы. В июле осадков выпало 260 % нормы. В августе выпало 44% нормы.

Среднемесячная температура воздуха этого года с апреля по август практически соответствуя норме. В апреле и августе температура превысила норму на 2,30С; 1,60С. В мае, июне, июле температура была меньше нормы на 1,00С; 2,00С и 0,70С соответственно.

В 2024 г., в апреле выпало 10 мм меньше нормы, т.е. 66% нормы. В мае выпало на 26 мм меньше нормы, т.е. 40% нормы. В июне осадков выпало 35% нормы, в июле выпадение осадков соответствовало норме, что по- ложительно сказалось на растениях. В августе осадков выпало осадков 60% нормы.

Среднемесячная температура воздуха этого года в апреле, июне, августе температура превысила норму на 6,20С; 2,30С; 0,60С. В мае, июле температура была меньше нормы на 3,00С; 0,30С соответственно.

Результаты исследований и обсуждение

По результатам проведенных полевых и лабораторных исследований были получены числовые результаты (табл. 3).

Таблица 3. Действие минеральных удобрений и некорневых подкормок на урожайность семян подсолнечника

Варианты	Урожайность, т/га				Прибавка, т/га
	2022	2023	2024	Сред	2022	2023	2024	Сред
Без удобрений	2,01	2,09	1,84	1,98	-	-	-	-
N 30 P 30 K 30	2,21	2,30	2,05	2,19	0,20	0,21	0,21	0,21
N 60 P 60 K 60	2,52	2,61	2,32	2,48	0,51	0,52	0,48	0,50
N 30 P 30 K 30 +М 1 ⃰	2,29	2,38	2,09	2,25	0,28	0,29	0,25	0,27
N 60 P 60 K 60 + М 1	2,54	2,65	2,33	2,51	0,53	0,56	0,49	0,53
N 30 P 30 K 30 +М 1 +М 2	2,33	2,41	2,12	2,29	0,32	0,32	0,28	0,31
N 60 P 60 K 60 + М 1 +М 2	2,77	2,88	2,53	2,73	0,76	0,79	0,69	0,75

Максимальную прибавку урожайности показал вариант с внесением дозы основного удобрения, N 60 P 60 K 60 , предпосевной обработкой семян и некорневыми подкормками в фазе 2-3 пар настоящих листьев. Показатель был равен 0,75 т\га.

Энергия, которую затрачивают на производство материальных средств, в том числе и удобрений, а также то количество энергии, которое накапливается в растениеводческой продукции, принято выражать в джоулях. Джоуль – это единица энергии в Международной системе единиц СИ. Она равна работе, которая производится постоянной силой величиной в 1 ньютон для перемещения точки приложения на 1 м. В земледелии используются величины, которые выражаются в мегаджоулях – МДж. 1 МДж = 1 000 000 Дж.

Энергетическая эффективность (энергетическая отдача или биоэнергетический КПД)

применения минеральных удобрений (Э) определяется по формуле:

Э = Q / A, где Q – количество энергии, полученной в прибавке основной продукции от удобрений, МДж; A – энергозатраты на применение удобрений, МДж.

При расчетах используются следующие показатели:

• 1)    теплотворная способность сельскохозяйственных культур

• 2)    затраты энергии: на производство удобрений, внесение минеральных удобрений, уборку и подработку дополнительного урожая.

Общие итоги по биоэнергетической эффективности применения удобрений оцениваются по следующим градациям: пониженная оценка (0,5-1,0); средняя оценка (1,0-2,0); высокая оценка (более 2,0).

В наших исследованиях оценки вариантов были различными (табл. 4).

Таблица 4. Энергетическая эффективность применения удобрений

Вариант доза, кг/га д.в.	Прибавка урожая от удобрений, т/га	Выход валовой энергии прибавки, МДж/га	Затраты совокупной энергии, МДж/га	Энергетический коэффициент
N 30 P 30 K 30	0,21	4851	5293,8	0,9
N 60 P 60 K 60	0,50	11550	10657,4	1,1
N 30 P 30 K 30 +М 1⃰⃰	0,27	6237	5520,4	1,1
N 60 P 60 K 60 +М 1	0,53	12243	10683,6	1,2
N 30 P 30 K 30 +М 1 +М 2	0,31	7161	5703,7	1,3
N 60 P 60 K 60 +М 1 +М 2	0,75	17325	10710,1	1,6

Наиболее высокий энергетический коэффициент был получен в варианте с макси- мальным насыщением делянки удобрениями N60P60K60+М1+М2, он был равен 1,6.

Самым низким (0,9) стал вариант с минимальным насыщением его удобрениями, в дозе N 30 P 30 K 30 .

Выводы: По результатам трехгодичных исследований все варианты, за исключением варианта с минимальным внесением удобрений, N30P30K30, получили среднюю оценку, согласно энергетическому коэффициенту. Ва- риант с минимальным внесением удобрений получил пониженную оценку.

Однако числовые данные позволяют нам сказать, что при обработке семян жидким минеральным удобрением с микроэлементами, а также в следующем варианте некорневой подкормкой с такой же дозой, уже выводят энергетический коэффициент на уровень выше. Он достигает средней оценки.