Потребление азота, сбор протеина культурами севооборота под влиянием минеральной и органических систем удобрений

Решение проблемы рационального использования земельных ресурсов и охраны почв предусматривает обеспечение устойчивости почвы, как основного средства производства в сельском хозяйстве, к разнообразным видам воздействия на неё приемами обработки, применения удобрений, средств химической мелиорации и другим воздействиям.

Дерново-подзолистые почвы, особенно легкого гранулометрического состава (легкосуглинистые и супесчаные), по своей природе относительно бедны гумусом и основными элементами питания (в первую очередь азотом) и составляют более 70% от общей площади земель в изучаемых условиях.

Внесение органических удобрений является основным приёмом окультуривания целинных почв, а также поддержания уровня гумусированности и иммобилизации азота в хорошо окультуренной почве, что особенно актуально в Нечерноземной зоне, где в первом минимуме находится азот. На современном этапе развития агропромышленного комплекса особую актуальность приобретают вопросы, касающиеся воспроизводства почвенного плодородия за счет сохранения и рационального использования земель сельскохозяйственного назначения. Создание условий для увеличения объемов производства высококачественной сельскохозяйственной продукции на основе восстановления и повышения плодородия земель относится к одной из приоритетных задач агрохимической науки [1, 2, 3].

При возделывании сельскохозяйственных культур без удобрений растения истощают почву, продуктивность культур снижается. Проблема установления влияния применяемых минеральных и органических систем удобрений на химический состав и качество сельскохозяйственной продукции является актуальной для земледелия.

Удобрение почв ‒ один из эффективных способов поддержания и повышения почвенного плодородия, а также повышения продуктивности сельскохозяйственных культур. В Нечерноземной зоне РФ, где в первом минимуме элементов питания растений находится азот, на фоне высокой обеспеченности подвижными формами фосфора и калия почв актуальной является проблема поддержания оптимального уровня гумуса [7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15].

Методология исследования

По оценке специалистов, около половины прибавки урожая сельскохозяйственных культур получают за счет применения удобрений, в том числе и органических. Использование органических удобрений повышает и качественные показатели урожая [11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19].

Опыт заложен в 2002 году в учхозе «Удрайское» Великолукского района Псковской области на дерново-слабоподзолистой легкосуглинистой почве в трёхкратной повторности. Общая площадь делянки 42 м², учётная - 35 м².

Опыт заложен по следующей схеме:

• 1    Вариант ‒ Контроль ‒ без удобрений.

• 2    Вариант ‒ NPK экв. 30 + 40 т/га навоза.

• 3    Вариант ‒ Навоз 30 + 40 т/га.

• 4    Вариант ‒ Торф экв. 30 + 40 т/га навоза.

• 5    Вариант ‒ ОCВ экв. 30 + 40 т/га навоза.

В опыте использовались следующие виды удобрений: минеральные ‒ аммиачная селитра, суперфосфат двойной и хлористый калий; органические ‒ навоз по-луперепревший, торф низинный, осадки сточных вод (ОСВ). Удобрения вносились под зяблевую вспашку в паровом поле и под перепашку под картофель. Удобрения вносились в эквивалентных дозах. Агрохимические показатели пахотного слоя представлены в таблице 1 .

Таблица 1 – Содержание агрохимических показателей пахотного слоя

Показатель	Перед закладкой опыта
Гумус, %	1,9
Кислотность почвы, рНkcl	5,7
Содержание Р2О5 , мг/кг почвы	254
Содержание К2О, мг/кг почвы	226
Степень насыщенности основаниями, %	88
Гидролитическая кислотность, мг-экв/100г почвы	1,03

Анализ почвенных образцов проводился общепринятыми методами. В севообороте использовано следующее чередование культур: пар, озимая рожь, многолетние травы 1, 2 года использования, картофель, ячмень, овес [11, 12, 13].

Результаты экспериментальных исследований

Результаты урожайных данных показали, что наибольший урожай озимой ржи получен в год прямого действия удобрений на варианте с минеральными удобрениями, внесёнными в эквивалентной дозе 30 т/га и 40 т/га навоза. Прибавка составила 1,2 т/га или 44% по отношению к контролю. Результаты математической обработки результатов опыта показали, что практически все прибавки были достоверными, за исключением варианта с торфом. По-видимому, органическое вещество торфа было более трудноминерализуемым и не обеспечило необходимым запасом азота растения в почве ( рис. 1 ).

Рисунок 1 ‒ Урожайность культур севооборота при различных системах удобрения, т/га

Высокий урожай многолетних трав в среднем за 2 года в контрольном варианте подтверждает высокий уровень обеспеченности почвы опытного участка подвижным фосфором и обменным калием. Сравнивая эффективность последействия различных видов органических удобрений при посеве клевера лугового и тимофеевки луговой в 1-й и 2-й годы жизни, можно отметить, что последействие навоза имело явное преимущество перед остальными органическими удобрениями как в 2004 г., так и в 2005-м. Различия в прибавках между торфом и ОСВ были в пользу последнего и составили 6,7 т/га и 8,7 т/га соответственно.

Последействие минеральных удобрений постепенно убывало, и урожайность на этом варианте была равнозначна варианту с внесением торфа.

Действие внесенных под картофель удобрений было достаточно высоким, особенно в варианте с минеральными удобрениями и ОСВ, внесенными в эквивалентных количествах 40 т/га навоза и составили 7,5 и 11,6 т/га соответственно. Варианты с навозом и торфом в этом году значительно отставали по эффективности.

В 2007 году наибольшая урожайность овса составила 2,8 т/га в варианте с внесением минеральных удобрений, что связано со спецификой потребления элементов питания зерновыми культурами. Последействие фосфорно-калийных удобрений и частично азотных обеспечили необходимый уровень питания для создания полученного урожая.

Ячмень как замыкающая культура обладает достаточной пластичностью и отзывчивостью на последействие внесенных удобрений. Полученный урожай был невысокий, соответственно и прибавки тоже были незначительными. Наилучший результат получен при внесении минеральных удобрений в эквивалентных количествах 30+40 т/га навозу.

Для унификации анализа полученных данных величины урожайности всех культур переведены в зерновые единицы.

Среднегодовая продуктивность севооборота возрастала при применении удобрений на 0,78–1,16 з. ед. т/га или на 25–27% ( рис. 2 ).

Рисунок 2 ‒ Продуктивность культур севооборота, в среднем за один год, т/га з. ед.

Наибольшая продуктивность отмечена в вариантах с минеральными удобрениями и при применении осадка сточных вод (ОСВ), внесенными в эквивалентных 30 т/га навоза количествах. Из органических удобрений наибольшую прибавку обеспечил вариант с применением осадка сточных вод (ОСВ) в дозе, эквивалентной 30 т/га навоза.

В варианте с навозом продуктивность севооборота была несколько ниже, чем в указанных выше вариантах, но выше, чем в контроле и в варианте с торфом.

Так как в первом минимуме в изучаемой зоне является азот, то и в статье в основном внимание обращено на этот элемент.

Основными расходными статьями баланса почвенного азота являются: вынос урожаями, газообразные потери, вымывание и эрозионный смыв.

В исследовании изучался вынос азота растениями озимой ржи, смеси трав, картофеля, овса и ячменя в пересчете на абсолютно сухое вещество.

Более высокие показатели выноса азота получены на вариантах с внесением минеральных удобрений в эквивалентной дозе 30 т/га навоза. Это объясняется и содержанием азота в растениях и величиной урожаев. В результате этого и уровень урожая формировался не только за счет имеющихся в почве питательных элементов, но и за счет вносимых удобрений ( рис. 3 ).

Рисунок 3 ‒ Потребление азота культурами севооборота под влиянием различных систем удобрений, кг/га

По приведенным на рисунке результатам видно, что наибольшее потребление азота культурами за ротацию севооборота наблюдалось в варианте с применением минеральных удобрений, немногим меньше потребление элемента питания сельскохозяйственными культурами было в варианте с внесением ОСВ. Это можно объяснить тем, что в этих видах удобрений элементы питания растений находятся в доступных для растений формах.

Выявлены размеры усвоения азота удобрений с учетом биологических особенностей культур, азотного и гидротермического режимов для использования в целях диагностики азотного питания растений.

Несмотря на снижение отрицательных показателей азота, внесение 371 кг/ га азота полностью устраняет отрицательное значение при полном его учете всех приходных и расходных статей баланса, за исключением контрольного варианта. В связи с этим необходимо находить те нормы и соотношения удобрений, которые позволяют сократить разрыв между потребностью растений в элементах питания и возможностями удовлетворения этой потребности путем мобилизации из почвенных запасов. В целом из почвенных запасов удовлетворяется 49–65 % потребностей сельскохозяйственных культур в азоте. В зависимости от доступности питательных элементов в почве создается определенный их баланс в зависимости от культур севооборота, условий года и вносимых удобрений. При оценке приходных и расходных статей полного хозяйственного баланса азота нами использовались нормативные показатели, приведенные в литературе [2].

В частности, поступление азота с осадками оценивается от 5 до 12 кг/га в год. Его биологическая фиксация свободно живущими азотфиксаторами 5-6 кг/га, симбиотически – 60‒80% от выноса бобовыми культурами. Основные непродуктивные потери азота определяются денитрификацией (около 15‒25% от внесенного с удобрениями), эрозией (10‒15 кг/га) и инфильтрацией (5‒15 кг/га).

Двухлетнее возделывание в полевом севообороте клевера лугового снижало дефицит баланса азота за ротацию в варианте без удобрений до 178 кг/га (по 30 кг/га в среднем за год) ( рис. 4 ).

Рисунок 4 ‒ Баланс азота при применении различных систем удобрения, кг/га и %

Как видно из рисунка, во всех удобренных вариантах получен положительный баланс азота за ротацию севооборота. Отрицательный баланс (-140 кг/га) мы наблюдаем в контрольном варианте, где расходные статьи азота превышают его поступление в 1,5 раза. Во всех удобренных вариантах значительное количество азота поступает в почву с удобрениями (371 кг/га за ротацию). Фиксация азота в этих вариантах также превышала показатели контрольного варианта в связи с тем, что урожай смеси клевера с тимофеевкой был существенно выше контрольного варианта. Подтверждается огромная роль азотофиксирующей способности многолетних бобовых трав в балансе азота.

При выращивании культур необходимо добиваться повышения содержания в их урожае питательных веществ, ради которых выращивают сорта этих культур.

Содержание сырого протеина увеличивалось в изучаемых растениях при применении удобрений до 2,5% абс. величины.

Сбор «сырого» протеина возрастал при применении удобрений. Как показывают данные, приведённые в табл. 2 и на рис. 5, органические удобрения положительно сказались на накоплении и сборе «сырого» протеина всех изучаемых культур.

Таблица 2 – Сбор «сырого» протеина культурами севооборота под влиянием различных систем удобрений, ц/ га

Вариант	Культуры
	Озимая рожь	Мн.травы 1-го и 2-го года жизни, за два укоса трав	Картофель	Овес	Ячмень
Контроль	3,4	8,80	2,3	2,7	1,5
N,P,K экв. Н*	5,9	11,80	5,4	4,3	2,5
Н*	4,9	12,18	3,3	4,0	2,7
Торф экв. Н*	4,2	11,16	3,6	3,7	2,2
ОСВ экв. Н*	4,3	12,02	5,8	3,5	2,1

Н*- навоз 30+40т/га

Ячмень

Картофель

Озимая рожь

■ Озимая рожь

I Мн.травы 1-го и 2го года жизни

■ Картофель

■ Овес

■ Ячмень

Рисунок 5 ‒ Сбор «сырого» протеина с урожаем под влиянием различных систем удобрения культур севооборота, ц/га

Этот показатель зависит от многих факторов, но, в первую очередь, от биологии культуры, их белковости, удобренности почвы.

Как видно из таблицы, наибольший сбор «сырого» протеина был получен при возделывании многолетних трав. Что объясняется, во-первых высоким исходным содержанием белка в смеси клевера и тимофеевки и довольно высоким ее урожаем. При сравнении вариантов наибольший сбор протеина получен на вариантах с удобрениями и был практически одинаковым, а по отношению к контрольному варианту сбор протеина увеличился на 28‒38 %.

На зерновых культурах наибольший сбор протеина был получен у озимой ржи, а наименьший – у ячменя. Сбор протеина также зависел от действия удобрений. Так, в варианте с минеральными удобрениями в год действия сбор протеина был максимальным и превышал контрольный вариант в 1,7‒2,3 раза.

Расчет корреляционной зависимости показал существенную связь между содержанием минерального азота в почве и содержанием сырого протеина в зерне озимой ржи. Коэффициент корреляции составил 0,94± 0,12, а уравнение имеет вид: y = -9,21 + 1,0643*x ( рис. 6 ).

Рисунок 6 ‒ Взаимосвязь содержания минерального азота в почве и содержания протеина в зерне озимой ржи

Таким образом, внесение различных видов удобрений существенно сказалось на повышении урожайности и качества культур, что подтверждается и корреляционным анализом полученных данных. Проведенные исследования показали, что при внесении различных видов удобрений увеличение содержания минерального азота в растениях культур севооборота происходило во всех вариантах почти в 1,5‒2,0 раза, однако наибольшее его содержание отмечено в вариантах с минеральными удобрениями, навозом и ОСВ. Применение удобрений способствовало накоплению сухой биомассы массы растений возделывавшихся культур и, несомненно, улучшало качество продукции. Расчет корреляционной зависимости показал существенную зависимость между содержанием минерального азота в почве и содержанием сырого протеина в зерне озимой ржи, r= 0,94 ± 0,12.