Протеиновая продуктивность культур севооборота при применении удобрений

Белок и содержание в нём незаменимых аминокислот является основным фактором повышения качества кормовой базы сельскохозяйственных предприятий Вологодской области.

В регионе широко производятся корма из многолетних бобово-злаковых трав. Но и однолетние культуры, которые в области представлены, в основном, горохоовсяными и викоовсяными смесями, а также зерновые фуражные культуры, такие, как ячмень, имеют высокую питательную ценность.

Оптимальные дозы удобрений существенно повышают урожайность основной и побочной продукции сельскохозяйственных культур и содержание в растениях питательных веществ [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17].

Поэтому целью работы является изучение протеиновой продуктивности культур при применении удобрений.

Методика исследований. Исследования были проведены в полевом стационарном опыте на опытном поле Вологодской ГМХА с 2016 по 2018 годы. Размер делянок 140 м² (14м х10м), учетная площадь – не менее 25 м², размещение делянок – усложненное систематическое, повторность – 4х-кратная. Почва опытного участка – дерново-подзолистая среднесуглинистая, средней окультуренности. Агрохимическая характеристика пахотного слоя почвы представлена в предыдущих публикациях [3, 5, 7, 9, 10,11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20].

Опыт заложен в 4х-польном севообороте: викоовсяная смесь, озимая рожь, картофель, ячмень, развёрнутом в пространстве и во времени. Опыт ведётся с 1990 г. и является достоянием Российской сельскохозяйственной науки, что подтверждается аттестатом длительного опыта с удобрениями Географической сети № 164. Координаты опыта ‒ 590 17,520’ С.Ш. 39039,500’ В.Д.

Схема опыта в 2016–2018 гг. представляла собой: вариант без удобрений (1), вариант с применением удобрений культур при посеве и при посадке (2), два варианта исследуемых минеральных систем удобрения, различающихся Кб использования калия (3,4) и вариант органо-минеральной системы (5), эквивалентный по элементам 3 варианту ( табл. 1 ).

Дозы удобрений в вариантах 3-5 рассчитаны по плановым балансовым коэффициентам (Кб) использования питательных элементов из органических и минеральных удобрений [2, 3, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21].

По всем вариантам опыта запланирован отрицательный баланс по азоту (Кб - 120 %) и нулевой баланс по фосфору (Кб - 100 %). По калию в 3 и 5 вариантах систем запланирован нулевой баланс, а в 4 варианте ‒ положительный баланс.

Таблица 1 ‒ Планируемые уровни урожайности культур и рассчитанные на их получение дозы удобрений

	Культура
Элемент	викоовсяная смесь	озимая рожь	картофель	ячмень	Кб, %
Планируемые урожаи т/га
		35	25	35
Дозы удобрений, кг д.в. / га
Вариант 2 *

Элемент	Культура				Кб, %
	викоовсяная смесь	озимая рожь	картофель	ячмень
N	12	12	20	12	-
Р2О5	16	16	20	16	-
КО	16	16	-	16	-
В2ариант 3
N	75	90	125	80	120
Р2О5	35	40	50	40	100
КО	130	100	225	90	100
В2ариант 4
N	75	90	125	80	120
Р 2 О 5	35	40	50	40	100
КО	160	120	270	110	80
В2ариант 5
Торфонавозн	ый компост - 40	/га
N	50	80	70	30	120
Р2О5	20	35	15	10	100
К 2 О	100	100	45	30	100
Примечание: * Вариант 1		- контроль без удобрений.

Урожаи приведены к стандартной влажности.

При анализах товарной и нетоварной частей урожаев после мокрого озоления по К. Гинзбург определяли: азот по Кьельдалю, фосфор - на фотоколориметре, калий ‒ на пламенном фотометре [21].

По данным ФГБУ «Вологодский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» (ГМС Вологда) погодные условия вегетационных периодов 2016‒2018 годов исследований характеризовались как «условно благоприятные» для роста и развития сельскохозяйственных культур.

Сумма эффективных температур выше 5 оС с начала вегетационного периода до 30 сентября составила в 2016 году 1554 оС, что на 304 оС выше нормы, в 2017 году – 1148 оС, что значительно ниже нормы. В 2018 году ‒ 1855 оС, что на 605 оС выше нормы. На 30 сентября 2016 года выпало 317 мм осадков, что ниже нормы на 9 %. В 2017 году выпало 416 мм осадков, что выше нормы на 31 %, а в 2018 году - 312 мм осадков, что ниже нормы на 2 %. ГТК Селянинова по вегетационному периоду составил в 2016 году – 1,2, в 2017 – примерно 1,7, в 2018 году - 1,4.

Математическая обработка материалов исследований проведена методом однофакторного дисперсионного анализа при помощи ЭВМ и по Б.А. Доспехову (1985 г.) [1].

Результаты исследований. Как уже известно, на урожайность культур севооборота оказывают влияние различные факторы: применение удобрений, степень окультуренности почвы, погодные условия года, биологические и сортовые особенности возделываемой культуры и мн. др. [7, 8, 9, 10, 11, 12, 13,14, 15, 16, 17, 18, 19, 20].

В таблице 2 приведена урожайность изучаемых культур севооборота за 2016‒2018 годы исследований.

На викоовсяной смеси в среднем за 3 года исследований минимальная доза N12P16K16 (2 вар.) не обеспечила существенной прибавки урожайности зелёной массы. Внесение расчётных доз удобрений достоверно увеличивало урожайность культуры. Варианты с расчётными дозами удобрений (3-5 вар.) обеспечили существенную прибавку урожайности зеленой массы 8,2–10,4 т/га по сравнению с контролем (1 вар.). Органоминеральная система удобрения несущественно отли- чалась от минеральных, в т.ч. от эквивалентной по питательным элементам минеральной системы удобрения культуры (5 вар. в сравнении с 3 вар.). Применение расчетных систем удобрений (3‒5 варианты) повышало урожайность зеленой массы викоовсяной смеси на 38–48 % по сравнению с контролем.

Таблица 2 ‒ Урожайность изучаемых культур севооборота, средняя за 2016–2018 г.г., т/га

№ п/п	Вариант	Зелёная масса викоов-сяной смеси	Зерно озимой ржи	Клубни картофеля	Зерно ячменя
1.	Без удобрений (контроль)	21,4	2,31	16,1	1,76
2.	Минимальная доза удобрений (при посеве или при посадке)	23,5	2,78	23,4	2,57
3.	Расчётная минеральная доза удобрения, Кб калия=100%, Кб фосфора=100%, Кб азота=120%	29,6	3,74	30,1	3,74
4.	Расчётная минеральная доза удобрения, Кб калия=80%, Кб фосфора=100%, Кб азота=120%	31,8	4,08	33,6	4,07
5.	Расчётная органоминеральная доза удобрения, Кб калия=100%, Кб фосфора=100%, Кб азо-та=120%	30,7	3,88	33,7	3,86
НСР		3,7	0,74	6,7	0,79

В годы исследований применение удобрений увеличивало урожайность озимой ржи. Минимальная доза удобрений несущественно повышала урожайность зерна озимой ржи, на 0,47 т/га. Применение расчётных доз удобрений (3‒5 вар.) существенно повышало урожайность зерна озимой ржи по сравнению с вариантом без удобрений и с минимальной дозой удобрения. Равные по питательным элементам минеральная и органоминеральная системы (3, 5 вар.) не различались по влиянию на урожайность зерна озимой ржи, как и в предыдущих исследованиях [8]. Максимальная урожайность озимой ржи – 4,08 т/га была получена на 4 варианте, при применении максимальной дозы калийных удобрений. Расчётные дозы удобрений (3–5 вар.) на 62–77 % повышали урожайность зерна озимой ржи по сравнению с контролем.

Применение удобрений также влияло и на урожайность клубней картофеля. Повышение доз вносимых удобрений вызывало закономерное увеличение урожая. Применение удобрения в дозе N20P20 при посадке (2 вар.) вызывало достоверное повышение урожайности картофеля на 7,3 т/га. Увеличение урожайности при изучавшейся минимальной дозе удобрений составило 45 %. Применение расчетных систем удобрений (3‒5 вар.) существенно повышало урожайность культуры по сравнению с контролем. Урожайность картофеля при применении удобрений в этих вариантах возросла на 14,0–17,6 т/га (на 87–109 %). В среднем за 2016‒2018 годы минеральная система удобрения с максимальной дозой калийных удобрений и органоминеральная система по влиянию на урожайность клубней не различались (сравнить 4 вар. и 5 вар.). В среднем за 2016–2018 гг. максимальная урожайность ячменя была получена в трех расчетных вариантах (3‒5 вар.). Фактическая урожайность значительно превысила плановый уровень урожайности ячменя на 0,24‒0,57 т/га, что связано с благоприятными погодными условиями в годы исследований, в т.ч. в критические периоды роста и развития растений ячменя. Расчётные дозы удобрений повысили урожайность зерна ячменя на 112–131 % по сравнению с контролем.

Таким образом, в среднем за 2016‒2018 годы исследований все расчетные системы удобрений (3‒5 вар.) повышали урожайность изучаемых культур севооборота существенно по сравнению с контролем.

Плановый уровень урожайности при применении расчетных систем удобрения был превышен на всех изучаемых культурах, как и по результатам других лет исследований [8].

Грамотное, научно обоснованное применение удобрений увеличивает не только урожайность основной продукции культурных растений, но и урожайность побочной продукции: соломы у ячменя и озимой ржи, ботвы у картофеля [8]. Урожайность побочной продукции представлена рисунком 1 .

□ 1   р   т - б у обр in 2   р   т - у обр       р ос      пос

□ 3  р   т - N 3P41K13

□ 4  р   т - N 3P41K1

■    р    т - N P20K  +40 т/ п    о

U__________□ НСР05

Рисунок 1 ‒ Урожайность соломы ячменя и озимой ржи, ботвы картофеля при применении удобрений, средняя за 2016–2018 годы, т/га

Внесение удобрений как в минимальной, так и в расчетных дозах повышало урожайность побочной продукции. Это повышение на озимой ржи составило 22‒82%, на картофеле колебалось от 59 до 128 % и на яровом ячмене варьировалось от 40 до 129 % по сравнению с контролем. Причем применение минимальных доз удобрений увеличивало урожайность побочной продукции культур севооборота на 22–59 %. Повышение дозы калийных удобрений (4 в сравнении с 3 вар.) вызывало максимальное повышение урожайности соломы зерновых культур и ботвы картофеля. Органоминеральная система удобрений оказывала большее влияние на накопление биомассы побочной продукцией по сравнению с эквивалентной ей минеральной системой на всех изучаемых культурах (5 в сравнении с 3 вар.). Наибольшая урожайность соломы зерновых культур севооборота отмечалась при применении минеральной системы с максимальной дозой калийных удобрений, а ботвы картофеля ‒ при применении органоминеральной системы удобрения.

В среднем за 2016–2018 гг. продуктивность севооборота при применении удобрений достигла 4,5‒6,5 т к.ед./га в год ( рис. 2 ).

В среднем за изучаемые годы выход основной продукции культур севооборота составил 80–81 % .

• □    Без удобрений

• □    N14P17K12

• □    N93P41K136

• □    N93P41K165

• □    N58P20K69+40 т/га п. н.

Рисунок 2 ‒ Влияние удобрений на продуктивность культур в среднем по севообороту за 2016‒2018 годы, т к.ед./га

Применение расчетных систем удобрения (3‒5 вар.) обеспечило 139‒162% планового уровня продуктивности севооборота.

Удобрения повышают качество однолетних кормовых культур [4, 8, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 22].

Применение удобрений в среднем за 2016‒2018 годы исследований в 4-польном севообороте повышало содержание «сырого» протеина в зелёной массе вико-овсяной смеси на 0,25–1,0%, или примерно на 2–8 относительных % ( рис. 3 .).

Внесение удобрений при посеве незначительно повышало содержание «сырого» протеина в зелёной массе по сравнению с контролем. Эквивалентные по дозе удобрений минеральная и органоминеральная системы удобрения (3 и 5 вар.) различались на 0,25 % по влиянию на содержание «сырого» протеина в зелёной массе викоовсяной смеси.

Применение удобрений в среднем за 2016‒2018 годы исследований повышало содержание «сырого» протеина в зерне озимой ржи на 1,02–2,97 %, или примерно на 9–26 относительных %.

Внесение удобрений при посеве повышало содержание «сырого» протеина в зерне озимой ржи по сравнению с контролем на 1,02 %. Эквивалентные по дозе удобрений минеральная и органоминеральная системы удобрения (3 и 5 вар.) раз- личались незначительно по влиянию на содержание «сырого» протеина в зерне озимой ржи.

Рисунок 3 ‒ Содержание «сырого» протеина при применении удобрений под культуры севооборота, среднее за 2016‒2018 годы, %

В среднем за 2016‒2018 годы исследований удобрения повышали содержание «сырого» протеина в клубнях картофеля на 0,3–1,3 %, или примерно на 3–13 относительных %.

Внесение удобрений N20P20 при посадке повышало содержание «сырого» протеина в клубнях картофеля по сравнению с контролем лишь на 0,3 %. Эквивалентные по дозе удобрений минеральная и органоминеральная системы удобрения (3 и 5 вар.) различались на 0,5 % по влиянию на этот показатель, причём в пользу органоминеральной системы.

Содержание «сырого» протеина в зерне ячменя повышалось при применении расчётных систем удобрения в среднем за 2016‒2018 годы исследований на 1,19– 2,13 %, или примерно на 10–17 относительных % по сравнению с контролем.

Внесение удобрений при посеве ячменя не повышало содержание «сырого» протеина в зерне по сравнению с контролем. Эквивалентные по дозе удобрений минеральная и органоминеральная системы (3 и 5 вар.) различались на 0,38 % содержания «сырого» протеина, причём в пользу минеральной системы удобрения. Наибольшее содержание «сырого» протеина в зерне ячменя наблюдалось при применении максимальной дозы калийных удобрений (4 вар.) и соответствовало 14,56 %.

В среднем за 2016–2018 годы исследований сбор «сырого» протеина урожаем зелёной массы викоовсяной смеси, зерна озимой ржи, клубней картофеля, зерна ячменя возрастал с увеличением изучаемых вносимых доз удобрений ( рис. 4 ).

В среднем за 3 исследуемых года применение удобрений на викоовсяной смеси повышало сбор протеина на 58–369 кг/га, или на 8‒53 %. Применение расчётных доз удобрений (3‒5 вар.) существенно (на 45–53 %) увеличило сбор «сырого» протеина урожаем викоовсяной смеси по сравнению с вариантом без удобрений (1 вар.). Минеральная система удобрений, рассчитанная на положительный баланс по калию (4 вар.), и органоминеральная система удобрений (5 вар.) обеспечили сбор «сырого» протеина зелёной массой викоовсяной смеси на одном уровне, не различались.

Применение удобрений в среднем за 3 года исследований на озимой ржи повышало сбор протеина на 69–274 кг/га, или на 31‒123 %. Расчётные дозы удобрений значительно (примерно в 2 раза) повышали сбор «сырого» протеина с урожаем озимой ржи по сравнению с вариантом без удобрений (3‒5 вар. сравнить с 1 вар.). Применение удобрений в дозе N90P40K120 (4 вар.) увеличило сбор «сырого» протеина с урожаем зерна озимой ржи на 48–56 кг/га по сравнению с другими расчетными системами удобрений.

В среднем за 2016‒2018 годы исследований применение удобрений на картофеле повышало сбор «сырого» протеина на 160–440 кг/га, или на 50‒137 %. Из расчётных систем органоминеральная имела преимущество перед минеральными системами, в среднем на 23–111 кг/га «сырого» протеина.

Сбор «сырого» протеина с урожаем ячменя в среднем за 3 года исследований при применении удобрений повышался на 86–322 кг/га, или на 46‒171 %. Применение расчётных доз удобрений (3‒5 вар.) существенно (на 139–171 %) увеличило сбор «сырого» протеина урожаем ячменя по сравнению с вариантом без удобрений (1 вар.). Минеральная система удобрений, рассчитанная на положительный баланс по калию (4 вар.), имела преимущество перед другими расчётными системами (3 и 5 вар.) примерно на 13 %.

Для агрономического обоснования применения удобрений рассчитали их оплату прибавкой кормовыми единицами. При применении возрастающих доз вносимых удобрений происходит снижение оплаты удобрений прибавкой продуктивности. Самая высокая оплата удобрений получена при внесении 43 кг д.в./га, соответствовала 24,42 к.ед./1 кг д.в. ( рис. 5 ).

С повышением доз удобрений с 43 до 270‒299 кг д.в./га оплата их снижалась на 59‒68 %, составила 10,03‒7,78 к.ед. Причём применение органоминеральной системы удобрений увеличило оплату удобрений по сравнению с эквивалентной минеральной системой на 1,51к.ед.

Таким образом, в среднем за 2016–2018 годы исследований расчётные дозы удобрений увеличивали урожайность зелёной массы викоовсяной смеси на 38– 48%, на 62‒77% ‒ зерна озимой ржи, на 87‒109% ‒ клубней картофеля, на 112‒131% ‒ зерна ячменя по сравнению с контролем. Продуктивность культур севооборота при применении удобрений достигла 4,5‒6,5 т к.ед./га в год. При применении удобрений содержание «сырого» протеина повышается в зелёной массе викоовсяной смеси на 0,25–1,0%, или на 2–8 относительных %, в зерне озимой ржи на 1,02–2,97%, или на 9–26 относительных %, в клубнях картофеля на 0,3–1,3%, или на 3 – 13 относительных % по сравнению с контролем. А в зерне ячменя ‒ только при применении расчётных систем удобрений на 1,19–2,13 % или на 10–17 относительных % по сравнению с контролем. Сбор «сырого» протеина повышался при применении расчётных систем удобрений зелёной массой викоов-сяной смеси на 315–369 кг/га, или на 45–53%, зерном озимой ржи ‒ на 218–274 кг/га (примерно в 2 раза), клубнями картофеля – на 329–440 кг/га (на 102‒137%), зерном ячменя – на 262‒322 кг /га (в 2,4–2,7 раза).

1 р          2 р          3 р          4 р              р о трол N14P17K12 N 3P41K13 N 3P41K15 N P20K + б                                                           40 т/г

• у бр )                                                      о

• □ оо с с сь □ О ро ь □ К ртоф ль □ Яч ь

  Рисунок 4 ‒ Сбор «сырого» протеина при применении удобрений под культуры севооборота, средний за 2016‒2018 годы, кг/га

43 (2 вар.) 270 (3 вар.) 299 (4 вар.) 270 (5 вар.)

Доза удобрений по вариантам, в среднем за 2016 - 2018 годы, кг/га д. в.

Рисунок 5 ‒ Окупаемость (оплата) 1кг д.в. NPK прибавками продуктивности в среднем за 2016–2018 гг., к.ед.