Продуктивность культур севооборота, вынос элементов питания и оплата удобрений при применении их и гумата

Материалы публикации посвящены результатам экспериментального исследования по изучению влияния применения различных доз удобрений и гумата на продуктивность культур севооборота, включающего однолетние травы (викоовсяную смесь, озимую рожь, картофель, ячмень), вынос элементов питания культурами с урожаем, агрономическую эффективность изучаемых доз удобрений. Почва опытного участка – дерново-подзолистая (д.-п.) среднесуглинистая, средней окуль-туренности. Повторность опыта ‒ 4-кратная, размещение вариантов – усложненно систематическое, размер делянки 14 м х 10 м, площадь делянки – 140 м2, учётная при 2-факторных исследованиях – не менее 24 м2. Схема опыта в годы исследований представляет собой: вариант без удобрений (контроль) (1), вариант с применением припосевного и припосадочного удобрений культур N17P17K12 (2), два варианта исследуемых минеральных систем удобрения, различающихся дозой азота N93P41K136 и N126P41K136 (3, 4), вариант органо-минеральной системы, эквивалентный по дозе удобрений третьему варианту минеральной системы удобрений N58P20K111 + 40 т/га перепревшего навоза (5). В опыте изучалось два фактора – фактор А ‒ удобрения, фактор Б – гумат Na, поэтому каждая делянка делились на две половины и одна не обрабатывалась гуматом, а другая ‒ обрабатывалась гуматом из расчёта 0,5 кг/га при расходе рабочего раствора воды 250 л. Методы исследований – общепринятые. В среднем за 2020-2021 годы исследований продуктивность севооборота при применении удобрений достигла 4,3‒6,1 т к.ед./га в год, что обеспечило 110‒122% планового уровня при расчётных системах удобрения культур. Применение гумата увеличило продуктивность на 0,3–0,5 т к.ед./га/год. Выход основной продукции мало менялся в зависимости от изучаемых доз удобрений и гумата, составил в среднем за годы исследований 86‒87%. Различные дозы удобрений увеличивали вынос азота в 1,2‒1,9 раза, фосфора – в 1,3‒1,8 раза и калия в 1,3‒1,9 раза по сравнению с контролем. Гумат Na повышал вынос азота на 3‒9%, фосфора на 6–7%, калия – на 3–4%. Расчётные дозы удобрения культур обеспечили оплату 1 кг д.в. удобрений прибавкой в 7,0‒8,2 кг к.ед. Применение гумата увеличило оплату 1 кг д.в. удобрений на 0,4‒2,2 кг к. ед. Наибольшее значение при этом достигнуто при применении минимальных доз удобрений.

Исследования отечественных и зарубежных ученых показали, что высокие урожаи сельскохозяйственных культур, хорошего качества можно получить только при сбалансированном минеральном питании. Установлено, что долевое участие удобрений в формировании урожая составляет 20–50 % [2, 6, 9‒14].

Внесение удобрений – сильное и активное вмешательство в круговорот питательных элементов в земледелии, в создание активного баланса в системе почва ‒ удобрение ‒ растение. Без удобрений нельзя добиться расширенного воспроизводства плодородия почвы [1, 2].

Чтобы обеспечивать получение планового уровня урожая, достичь оптимального плодородия и решать вопросы защиты окружающей среды, необходимо правильно рассчитывать и определять дозы удобрений. Научно-обоснованная система удобрения обеспечивает получение плановых уровней урожаев культур хорошего качества с одновременным регулированием почвенного плодородия и соблюдением требований охраны окружающей среды [3, 4].

Поэтому цель исследований ‒ изучение продуктивности и выноса культурами элементов питания на д.-п. почве при применении удобрений и гумата при дозах (системах) удобрений, рассчитанных с помощью балансовых коэффициентов их использования (Кб).

Исследования проводились в 2020‒2021 гг. в длительном полевом опыте, заложенном в 1990 г. на учебно-опытном поле Вологодской государственной молочнохозяйственной академии. Опыт включен в реестр Государственной сети опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами (аттестат длительного опыта № 164).

Средние декадные температуры воздуха и количество осадков по месяцам в период вегетации гороха за 2020‒2021 гг. в сравнении с показателями по многолетним данным представлены на рисунках 1 и 2 .

Рисунок 1 - Среднесуточная температура воздуха(° С) по месяцам в сравнении со средним многолетним значением (СМЗ) за 2020–2021 гг.

Среднесуточная температура в 2020 г. незначительно отличалась от среднемноголетних показателей, в целом температура была ниже СМЗ. В 2021 г. температуры с мая по июль были выше среднемноголетних значений, а в августе-сентябре была, наоборот, ниже СМЗ. За период вегетации не наблюдалось значительных колебаний температур (рис. 1).

Рисунок 2 - Сумма осадков(мм) по месяцам в сравнении со смз (норма) за 2020–2021 гг.

Количество осадков в 2020 г. за май выпало больше нормы (СМЗ), как и в период с июля по август, что не могло не сказаться на урожае культур. В 2021 г. погода была сухой в начальные этапы вегетации культур и дождливой в июле ‒ сентябре, что также неблагоприятно сказалось на уборке сельскохозяйственных культур ( рис. 2 ).

Математическая обработка материалов исследований проведена методом однофакторного дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (1985г.) [5] с использованием Excel.

Почва опытного участка, сформированная на перигляциальных отложениях, подстилаемых мореной, дерново-подзолистая среднесуглинистая со средним уровнем окультуренности. Перед закладкой опыта в 1990 г. пахотный слой почвы опытного участка характеризовался следующими агрохимическими показателями: содержание гумуса равнялось 3,28%, содержание подвижного фосфора – 266 мг/кг почвы, обменного калия – 114 кг/кг. В 2020 г. на контроле (без удобрений) содержание гумуса – 2,56%, содержание подвижного фосфора уменьшилось до 132 мг/кг почвы, подвижного калия – до 55 мг/кг [7‒12].

Исследования по изучению влияния различных доз удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур проводятся в четырехпольном севообороте. Чередование культур в данном севообороте таково: викоовсяная смесь на зеленую массу (вика – сорт Льговская 22, овес – сорт Боррус), озимая рожь (сорт Волхова), картофель (сорт Кре- пыш), ячмень (сорт Сонет).

Схема опыта в годы исследований представляет собой: вариант без удобрений (контроль) (1), вариант с применением припосевного и припосадочного удобрений культур (2), два варианта исследуемых минеральных систем удобрения, различающихся дозой азота (3, 4), вариант органо-минеральной системы, эквивалентный по дозе удобрений третьему варианту минеральной системы удобрений (5).

Балансовые коэффициенты (Кб) по фосфору и калию на 3, 4 и 5 вариантах планировались 100% (нулевой баланс). Балансовые коэффициенты по азоту на 3 и 5 варианте – 120% (отрицательный баланс), на 4 варианте – 90% (положительный баланс).

Дозы удобрений рассчитаны по методике Жукова Ю.П. для получения плановых урожайностей: озимой ржи – 3,5, картофеля - 25, ячменя – 3,5, викоовсяной смеси - 25 т/га. Применен метод расчета с помощью балансовых коэффициентов (Кб) по формуле 1 [6]:

Кб = (В/Д)*100%, (1)

где В – вынос питательного элемента культурой, Д – доза применяемого удобрения.

Повторность опыта четырехкратная, размещение делянок усложненно-систематическое. Площадь одной делянки составляет 140 м2, размер делянки 14 м х 10 м, учётная при 2-факторных исследованиях – не менее 24 м2. В опыте изучалось два фактора – фактор А ‒ удобрения, фактор Б – гумат Na, поэтому каждая делянка делились на 2 половины: правая – не обрабатывалась гуматом, левая половина обрабатывалась гуматом. Обработка проводилась однолетних трав – в фазу кущения овса, картофель – в фазу цветения, озимая рожь и ячмень – в фазу колошения. Гумат натрия применяли из расчёта 0,5 кг/га при расходе рабочего раствора воды 250 л.

Как известно, на урожайность культур севооборота оказывают влияние различные факторы: применение удобрений, степень окуль-туренности почвы, погодные условия года, биологические и сортовые особенности возделываемой культуры и многие другие.

В таблице 1 приведена урожайность культур севооборота за годы исследований.

Таблица 1 ‒ Урожайность культур севооборота, в среднем за 2020–2021 гг., т/га

№ п/п	Вариант	Викоовся-ная смесь 1*     2		Озимая рожь 12		Картофель 12		Ячмень 12
1	Без удобрений (контроль)	15,8	16,1	2,7	2,9	15,2	15,6	2,1	2,4
2	N17P17K12	19,2	20,2	3,1	3,3	18,9	19,8	2,6	3,1
3	N93P41K136	24,5	25,3	3,6	3,9	23,5	26,2	3,3	3,7
4	N 126 P41K 136	24,9	25,6	4,2	4,5	26,3	28,3	3,7	4,2
5	Последействие 40 т/га п. навоза+N58P20K111	25,3	25,8	3,8	4,2	25,5	27,3	3,4	3,9
НСР А 05 НСР В 05 НСР АВ05		2,4 0, 1,3	4	0,4 -0,4		3,5 1,8 3,1		0,5 0,3

* 1 – без гумата, 2 – при опрыскивании гуматом.

На урожайность зеленой массы викоовсяной смеси, кроме погодных условий в период вегетации культуры, значительное влияние оказывали удобрения. Даже минимальная доза (N12P16K16) обеспечивала существенную прибавку урожайности зелёной массы, что в среднем за 2 года составило 22%.

Дальнейшее повышение доз минеральных удобрений достоверно увеличивало урожайность культуры. Варианты с расчётными дозами удобрений (3‒5 вар.) обеспечили существенные прибавки урожайности зеленой массы в 5,3 т/га, 5,7 и 6,1 т/га по сравнению с минимальной дозой удобрения (2 вар.). Эквивалентные по питательным элементам минеральная и органоминеральная системы удобрения культуры (3 и 5 вар.) в среднем за 2 года практически не различались. Максимальная урожайность зеленой массы викоовсяной смеси была получена на вариантах 3‒5. В среднем за 2 года применение расчетных систем удобрений (3‒5 вар.) повышало урожайность зеленой массы викоовсяной смеси на 55–60 %. Гуматы обеспечили существенную прибавку урожайности зелёной массы викоовсяной смеси при применении расчётных доз удобрений (3–5 вар.). Плановая урожайность зелёной массы викоовсяной смеси в среднем за 2 года исследований была получена на 5 варианте при применении удобрений и 3–5 вариантах при совместном применении гумата и расчётных систем удобрения культуры.

Применение расчётных доз удобрений (3‒5 вар.) существенно повышало урожайность зерна озимой ржи по сравнению с минимальной дозой удобрения и с вариантом без удобрений, при этом эквивалентные по питательным элементам минеральная и органоминеральная системы (3, 5 вар.) не различались по влиянию на урожайность зерна озимой ржи. Максимальная урожайность озимой ржи – 4,2 т/га была получена на 4 варианте. Расчётные дозы удобрений (3–5 вар.) на 30 41% повышали урожайность зерна озимой ржи в среднем за 2 года исследований. Причём применение на озимой ржи двух подкормок имело преимущество перед другими изучаемыми вариантами (сравнить 4 вар. с 3 и 5 вар.). Применение гумата не вызвало существенных различий по вариантам, но имело тенденцию к повышению урожайности зерна озимой ржи.

Применение удобрений влияло и на урожайность клубней картофеля. Повышение доз вносимых удобрений вызывало закономерное увеличение урожая. Применение удобрения при посадке в дозе N20P20 вызывало достоверное повышение урожайности картофеля на 3,7 т/га.

В среднем за 2 года увеличение урожайности от этой минимальной дозы удобрений составило 24%.

Применение расчетных систем удобрений (3‒5 вар.) существенно повышало урожайность культуры. В среднем за 2 года исследований урожайность картофеля при применении удобрений в этих вариантах возросла на 55‒73% по сравнению с контролем. В среднем за два года и ежегодно все расчетные системы по урожайности были почти равноценны. Гуминовое удобрение существенно повышало урожайность картофеля при применении расчётных доз удобрения. Плановая урожайность была несколько превышена: на 5% на 4 варианте и на 2% на 5 варианте при применении только расчётных доз удобрений и на 5–13 % при применении расчётных доз удобрений и гумата натрия.

Применение расчетных систем (3‒5 вар.) существенно повышало урожайность ячменя за два года исследований. Достоверное преимущество последействия перепревшего навоза на фоне минеральных удобрений (5 вар.) по сравнению с эквивалентной минеральной системой (3 вар.) наблюдалось как при применении гумата, так и без него.

В среднем за 2 года исследований максимальная урожайность ячменя была получена в трех (3‒5) расчетных вариантах.

Следовательно, в среднем за два года плановый уровень урожайности ячменя был получен, что связано с довольно благоприятными погодными условиями в годы исследований, в т.ч. и критические периоды развития растений ячменя.

В среднем за два года исследований плановый уровень урожайности при применении расчетных систем удобрения и гумата натрия был достигнут и превышен на всех изучаемых культурах.

В целом за годы исследований урожайность побочной продукции культур севооборота возрастала при применении возрастающих доз удобрений, как и урожайность основной продукции, меньше изменялась при применении гумата. Т.к. соотношение основной продукции к побочной менялось незначительно в зависимости от удобрений и гума-та ( табл. 2 ).

Таблица 2 ‒ Соотношение основной продукции и побочной при применении удобрений и гумата в годы исследований

№ п/п	Вариант	Зерна к соломе озимой ржи	Клубней картофеля к ботве	Зерна к соломе ячменя
1	Без удобрений (контроль)	1:1,32 (1,35)*	1:0,35 (0,35)	1:0,97 (0,99)
2	N17P17K12	1:1,36 (1,37)	1:0,35 (0,35)	1:1,00 (0,99)
3	N 93 P 41 K 136	1:1,40 (1,40)	1:0,34 (0,35)	1:0,93 (0,97)
4	N 126 P41K 136	1:1,39 (1,40)	1:0,34 (0,35)	1:0,97 (0,99)
5	Последействие 40 т/га п. навоза+N58P20K111	1:1,37 (1,40)	1:0,34 (0,35)	1:0,92 (0,97)
* В скобках указано соотношение побочной продукции к единице основной.

В среднем за 2020–2021 гг. продуктивность севооборота при применении удобрений достигла 4,3‒6,1 т к.ед./га в год. Применение гуминового удобрения увеличило продуктивность на 0,3–0,5 т к.ед./га в год.

Выход основной продукции сильно зависел от изучаемой культуры и мало менялся в зависимости от изучаемых доз удобрений и гумата. В среднем за годы исследований выход основной продукции культур составил 86‒87% независимо от удобрений и от гумата натрия ( рис. 3 , табл. 3 ).

Применение расчетных систем удобрения (3‒5 вар.) обеспечило 110‒122% планового уровня продуктивности севооборота.

Рисунок 3 - Влияние удобрений и гумата на продуктивность культур в 2020‒2021 гг.

Таблица 3 – Продуктивность культур и выход основной продукции в исследуемые годы

Вариант	викоов-сяная смесь	Продуктивность, т к.ед./га озимая карто- ячмень рожь   фель			средняя	Выход основной продукции, %
1	3,3/3,4*	3,0/3,1	5,9/6,0	2,4/2,6	3,6/3,8	87/86
2	4,0/4,2	3,3/3,5	7,1/7,4	3,0/3,4	4,3/4,6	87/86
3	5,2/5,3	4,2/4,4	9,0/9,4	3,6/4,2	5,5/5,8	87/87
4	5,2/5,4	4,9/5,1	10,1/10,5	4,2/4,8	6,1/6,4	87/87
5	5,3/5,5	4,3/4,9	9,7/10,2	3,9/4,4	5,8/6,3	87/87

* В знаменателе указана продуктивность при применении удобрений и гумата.

Вынос элементов питания с урожаем культур возрастал при применении удобрений. В 2020–2021 гг. вынос фосфора с урожаем при применении расчётных систем удобрения различался незначительно. Вынос азота и калия незначительно возрастал при применении максимальной дозы азота (4 вар.). Применение гумата Na увеличивало вынос элементов питания, азота на 6‒11 кг/га, фосфора – на 3, калия – на 4‒6 кг/га ( табл. 4, рис. 4 ).

Таблица 4 ‒ Вынос элементов питания при применении различных доз удобрений в среднем за 2020–2021 гг., кг/га

Варианты	Азот			Фосфор	Калий
1	63/65			28/30	77/79
2	83/87			35/37	104/107
3		11/	21	46/49		36/	42
4		27/	33	53/56		49/	53
5		18/	29	48/51		45/	49
* В знаменателе указан вынос при применении удобрений и гумата.

Рисунок 4 - Хозяйственный вынос элементов питания, кг/га

Различные дозы удобрений увеличивали вынос азота в 1,2‒1,9 раза, фосфора – в 1,3‒1,8 раза и калия в 1,3‒1,9 раз по сравнению с контролем. Гуматы увеличивали вынос азота на 3-5 % без удобрений и при применении припосевной дозы. При применении расчётных систем удобрения этот показатель увеличивался до 9%. Гумат Na увеличивал вынос фосфора на 6–7%, калия – на 3–4%. Это повлияло на баланс элементов питания в почве. Расчётные дозы удобрений обеспечивали наибольший вынос элементов питания как на фоне гумата, так и без него, т.к. урожайность на этих вариантах была существенно выше, чем на контроле и при применении удобрений только при посеве (посадке). Применение минимальной дозы удобрений (N17P17K12) повышает вынос азота культурами на 31%, фосфора на 25%, калия на 35%, а при применении гумата соответственно – на 34, 23 и 35%.

Для оценки эффективности удобрений и гумата с точки зрения агрономии производился расчет оплаты удобрений прибавкой урожая.

Применение удобрений обеспечило высокую оплату 1 кг д.в. прибавками урожая всех изучаемых культур, причём при применении минимальных доз удобрений оплата была самой высокой. Так, 1 кг д.в. внесённого удобрения на 1 га обеспечил оплату на 2 варианте в 15,2 кг к.ед. Расчётные дозы удобрения культур обеспечили оплату 1 кг д.в. удобрений прибавкой в 7,0‒8,2 кг к.ед. Причём, применении органоминеральной системы удобрения культур несколько увеличило оплату удобрений по сравнению с эквивалентной минеральной системой, на 2,2 кг к.ед. ( рис. 5) .

Доза удобрений, NPK в сумме, кг/га д. в.

Рисунок 5 - Влияние удобрений на окупаемость 1кг д.в. NPK прибавками продуктивности в 2020–2021 гг., кг к.ед.

Применение гумата увеличило оплату 1 кг д.в. удобрений на 2,2 к. ед. (применение минимальной дозы удобрений) и 0,4 (минеральные системы удобрения) и на 1,1 к.ед. (органоминеральная система удобрения культур севооборота).

Таким образом, в среднем за годы исследований. продуктивность севооборота при применении удобрений достигла 4,3‒6,1 т к.ед./га в год, что обеспечило 110‒122% планового уровня при расчётных системах удобрения культур. Применение гумата увеличило продуктивность на 0,3–0,5 т к.ед./га/год. Выход основной продукции мало менялся в зависимости от изучаемых доз удобрений, составил в среднем за годы исследований 86‒87%. Различные дозы удобрений увеличивали вынос азота в 1,2‒1,9 раза, фосфора – в 1,3‒1,8 раза и калия в 1,3‒1,9 раз по сравнению с контролем. Гумат Na увеличивал вынос азота на 3 - 9%, фосфора на 6–7%, калия – на 3–4%. Расчётные дозы удобрения куль- тур обеспечили оплату 1 кг д.в. удобрений прибавкой в 7,0‒8,2 кг к.ед.