Урожайность и качество зерна ярового ячменя в зависимости от различных предшественников и фонов минерального питания

Введение. Важнейшей задачей современного земледелия юго-западной части Центрально-Чернозёмного региона России является увеличение производства биологически полноценного и экологически безопасного зерна ячменя. Ячмень ( Hordeum vulgare L. ), наряду с пшеницей и кукурузой, является важнейшей универсальной: продовольственной, технической и фуражной зерновой культурой, которая обеспечивает экономическую безопасность региона [1].

Яровой ячмень хорошо отзывается на интенсификацию производства и работу с минеральными удобрениями. Однако в сельскохозяйственных предприятиях региона урожайность ячменя составляет не больше 50-60% реально возможного уровня. Для увеличения производства зерна ячменя необходима разработка дифференцированных адаптивных технологий, основанных на интенсификации биологических и антропогенных факторов, максимально приближённых к местным условиям, и оказывающих положительное влияние на повышение урожайности и качества продукции, состояние почвы и окружающей среды [1, 2].

Почвы региона вполне оптимальны по плодородию и гранулометрическому составу для реализации потенциальной продуктивности ярового ячменя, что даёт возможность для новых сортов получать более 7,0 т/га зерна. Однако этому препятствуют климатические особенности региона, расположенного в зоне неустойчивого увлажнения, где из пяти лет три года бывают засушливые в разные периоды вегетации, поэтому дефицит влаги здесь является основным лимитирующим фактором формирования урожая зерновых культур [2, 3].

Эта проблема в регионе может быть решена введением в адаптивные технологии возделывания ячменя важнейших технологических приёмов, лучших предшественников и рациональных доз минеральных удобрений, определяющих сохранение влаги в почве, повышающих продуктивность растений. Эффективность их проявляется в формировании более мощной корневой системы, фотосинтетической активности растений, повышенной устойчивости посевов к стрессовым воздействиям внешней среды и, прежде всего, к водному дефициту влаги [4-6].

Следует учесть, что качество зерна обуславливается влиянием почвенноклиматических условий и особенностью сорта. И в то же время, по мнению иностранных учёных, на качество зерна ячменя можно влиять рядом агротехнических приёмов, в том числе и применением минеральных удобрений. По их мнению, совместное применение азотных, фосфорных и калийных удобрений способствует снижению белка в зерне на 0,5-0,6%, но повышает крупность зерна. Внесение же азотных удобрений увеличивает содержание белка в зерне ячменя, уменьшает натуру и крупность семян (массу 1000 зёрен) [7-9].

Решение этих вопросов приобретает актуальность применительно к почвенно-климатическим условиям региона, по определению оптимальных доз минеральных удобрений под традиционные пропашные предшественники и новые нетрадиционные зернобобовые культуры. На сегодняшний день в регионе в структуре посевных площадей пропашных культур около 96% отводится под подсолнечник, кукурузу и сахарную свёклу, а в структуре посева зерновых бобовых культур более 85% приходится на сою, которая почти полностью вытеснила традиционный горох, а её средне- и позднеспелые сорта не успевают созревать под посев озимой пшеницы и, как правило, используются в качестве хорошего предшественника яровых зерновых культур, в том числе и ячменя.

В связи с этим целью исследований является научное обоснование оптимальных доз минеральных удобрений под традиционные пропашные предшественники и новую зернобобовую культуру сою, изучение их влияния на водные свойства почвы, урожайность и качество зерна ячменя в типичном для региона полевом зернопропашном севообороте.

Условия, материалы и методы. Работу выполняли в ФГБОУ ВО Белгородский ГАУ в 2017-2018 гг. Почва опытного участка – чернозём выщелоченный, среднемощный, среднесуглинистый на лёссовидном суглинке со следующими агрохимическими показателями: содержание гумуса в пахотном слое 4,9% (по Тюрину), гидролизуемого азота – 155,8 мг/кг (по Корнфилду), подвижного фосфора и калия – 222 и 183,8 мг/кг (по Чирикову), обменного магния – 12,2 мг/кг (ГОСТ 26487-85), подвижной серы – 1,8 мг/кг почвы (ГОСТ 26490-85), кислотность солевой вытяжки – 5,7 ед. pH (ГОСТ 26483-85), гидролитическая кислотность – 3,2 мг-экв./100 г почвы (по Каппену), сумма поглощенных оснований – 37,9 мг-экв./100 г почвы (по Каппену).

Объектом исследований служил районированный высокопродуктивный пивоваренный сорт ярового ячменя Княжич.

Полевой опыт двухфакторный: предшественник (фактор A) – подсолнечник, кукуруза на зерно, сахарная свекла, соя; фон минеральных удобрений под ячмень (фактор B) – N 10 P 10 K 10 (низкий фон), N 30 P 30 K 30 (средний фон), N 50 P 50 K 50 (высокий фон), N 70 P 70 K 70 (интенсивный фон). Минеральные удобрения в виде азофоски вносили дробно сеялкой СЗ-3,6: осенью после уборки предшественников под основную обработку почвы (чизелевание) на среднем фоне N 20 P 20 K 20 , высоком – N 40 P 40 K 40 и интенсивном – N 60 P 60 K 60 и весной при посеве на всех фонах минерального питания в дозе N 10 P 10 K 10 .

Повторность в опыте – трехкратная с систематическим одноярусным размещением делянок. Одним проходом посевного агрегата засевали все четыре фона удобрений. Учётная площадь делянки – 50 м2.

Защиту посевов ярового ячменя от сорной растительности проводили в фазу кущения растений в 2017 году 10 мая баковой смесью гербицида Бомба, ВДГ (25 г/га) + Адью 0,2 л/га с фунгицидом Ракурс, СК (0,3 л/га) и инсектицида Брейк, МЭ (0,1 л/га), в 2018 году – 11 мая гербицидом Балерина Нью (0,4 л/га).

Уборку урожая осуществляли поделяночно сплошным методом. Урожайность пересчитывали на 14%-ную влажность зерна и 100%-ную чистоту.

Влажность почвы определяли термостатно-весовым методом, высушиванием до постоянной массы при температуре 105ºC (ГОСТ 28268-89). Отбор почвенных образцов осуществляли почвенным буром послойно через каждые 10 см на глубину 100 см.

При оценке качества зерна использовали общепринятые методы и методики, изложенные в сборнике «Методические рекомендации по оценке качества зерна» (Москва,1977), белок – по ГОСТ 10846-91, масса 1000 зёрен зерен – по ГОСТ 12042-80.

Экономическую эффективность определяли в соответствии с разработанными технологическими картами с использованием нормативов и расценок, действующих в 2017-2018 годах. Полученные экспериментальные данные подвергались математической обработке методом дисперсионного анализа с использованием пакета программ MS Excel.

Статистическая обработка выполнена методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (1985) [10].

Агрометеорологические условия региона неоднородны, однако имеются общие характерные особенности: это недостаточная влагообеспеченность и повышенная теплообеспеченность, которые определяли потенциально возможный уровень урожайности зерновых культур, в том числе и ярового ячменя.

Метеорологические условия периода проведения полевых опытов (20172018 гг.) отличались большим разнообразием, но характеризовались недостаточным увлажнением в период роста и развития растений ячменя в мае и июне 2017 и 2018 гг. и апреле 2018 г., усугубляемые избытком тепла в апреле и мае 2018 года (табл. 1).

Таблица 1 – Метеорологические условия вегетационного периода во время исследований (2017-2018 гг.)

Показатель	Год	Месяцы					Среднее за вегетацию
		апрель	май	июнь	июль	август
Сумма осадков, мм	2017	35,3	33,9	31,0	70,5	1,0	171,7
	2018	24,4	37,4	42,0	198,1	1,0	302,9
Среднемноголетнее		41,0	48,0	63,0	69,0	56,0	277,0
Температура воздуха, ºC	2017	9,1	14,3	18,6	20,4	21,5	16,78
	2018	10,7	18,1	19,7	21,1	21,5	18,22
Среднемноголетнее		7,5	14,6	17,9	19,9	18,7	15,72

Исключение составлял 2018 год, когда во второй декаде июля выпало 198,1 мм (2,8 нормы) осадков в виде ливневых дождей.

Результаты и обсуждение. Содержание продуктивной влаги в почве является лимитирующим фактором в регионе, которое непосредственно влияет на рост и развитие растений, величину урожайности и качество зерна ярового ячменя. В наших полевых опытах в засушливых условиях на момент посева ярового ячменя по высокому фону внесения минеральных удобрений N 50 P 50 K 50 наибольшие запасы продуктивной влаги в пахотном 0-30 см и метровом 0-100 см слоях почвы были отмечены по предшественнику подсолнечник, и они составляли 47 и 171 мм соответственно, что отвечало оптимальному увлажнению. Наибольшее иссушение почвы в слоях 0-30 и 0-100 см в эти периоды наблюдалось после сои, по которой запасы продуктивной влаги снижались до 43 и 159 мм соответственно, но также были оптимальными по увлажнению (табл. 2).

Таблица 2 – Запасы продуктивной влаги перед посевом и во время уборки ярового ячменя, мм

Предшественник	Слои почвы, см				Среднее
	0-30		0-100		0-30	0-100
	2017 г.	2018 г.	2017 г.	2018 г.
Посев
Подсолнечник	45	48	172	170	47	171
Кукуруза на зерно	34	46	167	169	40	168
Сахарная свёкла	42	45	165	164	44	165
Соя	42	43	165	152	43	159
Уборка
Подсолнечник	33	47	73	176	40	125
Кукуруза на зерно	24	45	59	178	35	119
Сахарная свёкла	31	44	74	162	38	118
Соя	27	48	63	153	38	108

На момент уборки ячменя влажность почвы в слое 0-30 см соответствовала оптимальному увлажнению по всем предшественникам, и составляла по подсолнечнику 40 мм, кукурузе на зерно 35 мм, сахарной свёкле 38 мм и сое 38 мм. Тогда как в слое почвы 0-100 см оно соответствовало недостаточному увлажнению в слабой степени и варьировало от 108 мм по предшественнику соя до 125 мм по подсолнечнику.

Главным показателем целесообразности применения агротехнических приёмов при возделывании ячменя является величина и качество урожая. Проведенные исследования показали существенную зависимость урожайности зерна ярового ячменя от предшественников и доз вносимых минеральных удобрений. Наибольшая урожайность зерна ярового ячменя в засушливом 2017 г. была получена при повышении фонов минерального питания с низкого N 10 P 10 K 10 и среднего N 30 P 30 K 30 до высокого N 50 P 50 K 50 по предшественнику соя и составляла 4,29, 5,48 и 6,77 т/га соответственно. На интенсивном фоне N 70 P 70 K 70 разница в урожайности по предшественникам находилась в пределах ошибки опыта (НСР 05 =0,45 т/га) и составила 6,04-6,49 т/га (табл. 3).

Таблица 3 – Урожайность ярового ячменя в зависимости от предшественников и фонов минерального питания, т/га

Предшественник	Год	Фоны минерального питания
		N 10 P 10 K 10	N 30 P 30 K 30	N 50 P 50 K 50	N 70 P 70 K 70
Подсолнечник	2017	3,05	4,13	5,49	6,05
	2018	1,84	3,11	4,57	4,84
	Среднее	2,45	3,62	5,03	5,45
Кукуруза	2017	3,00	4,16	5,46	6,04
	2018	2,30	3,43	5,33	5,04
	Среднее	2,65	3,80	5,40	5,54
Сахарная свёкла	2017	3,93	5,20	6,39	6,49
	2018	3,55	4,68	5,99	5,39
	Среднее	3,74	4,94	6,19	5,94
Соя	2017	4,29	5,48	6,77	6,22
	2018	3,83	4,53	5,53	5,66
	Среднее	4,06	5,01	6,15	5,94
НСР 05 для предшественников	2017	0,23
	2018	0,18
НСР 05 для фонов	2017	0,32
	2018	0,18
НСР 05 для опыта	2017	0,45
	2018	0,35

По предшественникам подсолнечник и кукуруза на зерно была получена наименьшая урожайность при всех дозах минеральных удобрений. Так, при внесении N 10 P 10 K 10 урожайность зерна ярового ячменя составляла соответственно 3,00 и 3,05 т/га, при N 30 P 30 K 30 – 4,13 и 4,16 т/га, при N 50 P 50 K 50 – 5,46 и 5,49 т/га и при N 70 P 70 K 70 – 6,04 и 6,05 т/га.

В 2018 году самая высокая урожайность зерна была получена по предшественнику соя на низком фоне минеральных удобрений N 10 P 10 K 10 и составляла 3,83 т/га и на интенсивном N 70 P 70 K 70 – 5,66 т/га. А по предшественнику сахарная свёкла на среднем N 30 P 30 K 30 и высоком N 50 P 50 K 50 – 4,68 и 5,99 т/га соответственно. Наименьшая урожайность ярового ячменя была получена после подсолнечника по всем изучаемым дозам минерального удобрения и составляла на фоне N 10 P 10 K 10 – 1,84 т/га, на N 30 P 30 K 30 – 3,11 т/га, на N 50 P 50 K 50 – 4,57 т/га и на N 70 P 70 K 70 – 4,84 т/га.

В среднем за два года исследований наибольшая урожайность зерна при дозе минеральных удобрений N 10 P 10 K 10 была получена по зернобобовому предшественнику сое и составила 4,06 т/га, тогда как по остальным предшественникам она варьировала от 2,45 т/га до 3,74 т/га. На повышенных фонах минерального питания наибольшая урожайность ячменя наблюдалась по предшественникам сахарная свёкла и соя, которая находилась на уровне при N 30 P 30 K 30 – 4,94 и 5,01 т/га, при N 50 P 50 K 50 – 6,19 и 6,15 т/га и при N 70 P 70 K 70 – 5,94 и 5,94 т/га соответственно. В засушливых условиях вегетации при повышенном температурном режиме подсолнечник оказывал наихудшее влияние на урожайность зерна ярового ячменя, которая составляла лишь 2,45, 3,62, 5,03 и 5,45 т/га соответственно дозам минеральных удобрений.

Важным показателем качества ярового ячменя является содержание в зерне растительного белка, которое зависит от почвенно-климатических и складывающихся метеорологических условий года, а также предшественников и доз минеральных удобрений. Результаты химического анализа за два года исследований показали, что в засушливые годы при увеличении доз внесения минеральных удобрений содержание белка в зерне ярового ячменя заметно увеличивалось. На низком N 10 P 10 K 10 и среднем N 30 P 30 K 30 фонах минерального питания по всем изучаемым предшественникам содержание белка в зерне варьировало от 10,47 до 11,07% и от 11,32 до 11,68%, соответствующего требованиям действующего ГОСТа на пивоваренные цели (табл. 4).

Таблица 4 – Содержание белка в зерне ячменя в зависимости от предшественника и фона минерального питания, %

Предшественник	Год	Ф	оны минерального питания
		N 10 P 10 K 10	N 30 P 30 K 30	N 50 P 50 K 50	N 70 P 70 K 70
Подсолнечник	2017	10,60	10,94	11,65	12,58
	2018	11,53	12,33	14,08	14,25
	Среднее	11,07	11,64	12,87	13,42
Кукуруза	2017	10,60	10,89	11,55	12,53
	2018	10,34	11,74	13,82	12,99
	Среднее	10,47	11,32	12,69	12,76
Сахарная свёкла	2017	10,91	11,23	11,83	12,85
	2018	10,72	11,74	13,48	13,41
	Среднее	10,82	11,49	12,66	13,13
Соя	2017	10,25	10,68	11,52	12,23
	2018	11,20	12,68	12,99	13,68
	Среднее	10,73	11,68	12,26	12,96

При повышенных фонах минерального питания высоком N 50 P 50 K 50 и интенсивном N 70 P 70 K 70 содержание белка в зерне ячменя по всем предшественникам увеличивалось от 12,26 до 12,87% и от 12,76 до 13,42%, и по этому показателю соответствует качеству фуражного зерна. Исключение составлял менее жаркий с более низким температурным режимом 2017 г., когда содержание белка в зерне ячменя на высоком фоне N 50 P 50 K 50 варьировало по предшественникам от 11,52 до 11,53% и также соответствовало пивоваренному.

В среднем за два года в засушливых условиях наибольшее содержание белка в зерне ячменя было получено по предшественнику подсолнечник 13,42% и сахарной свекле 13,13%. По предшественникам кукуруза и соя его содержание снижалось до 12,76 и 12,96% соответственно.

Важным показателем посевных и технологических свойств зерна является масса 1000 зёрен. Она характеризует крупность и наполненность зерновки. Высокая масса 1000 зёрен свидетельствует о высоком соотношении эндосперма с другими компонентами зерновки, большом запасе питательных веществ и лучших технологических свойствах. Поэтому показатель масса 1000 зёрен наряду с натурой зерна является критерием физического состояния зерна [8].

Нашими исследованиями установлено, что яровой ячмень сорта Княжич по всем предшественникам с повышением доз вносимых минеральных удобрений увеличивал массу 1000 зёрен (табл. 5). Исследуемые агротехнические приёмы, предшественники и фоны минерального питания оказывали одинаковое влияние на изменение показателей массы 1000 зёрен. Так, в среднем по фонам минерального питания она увеличивалась с 47,5 г на низком до 50,9 г на интенсивном фоне минерального питания. Средняя масса 1000 зёрен ярового ячменя по предшественникам находилась в пределах 48,1 до 51,3 г. Показатели массы 1000 зёрен в целом отвечали нормативным показателям для данного сорта ярового ячменя.

Таблица 5 – Масса 1000 зёрен ярового ячменя в зависимости от предшественников и фонов минерального питания, г (2017-2018 гг.)

Предшественник	Фоны минерального питания				Среднее
	N 10 P 10 K 10	N 30 P 30 K 30	N 50 P 50 K 50	N 70 P 70 K 70
Подсолнечник	45,1	46,9	50,3	49,9	48,1
Кукуруза	46,7	48,8	49,5	50,1	48,8
Сахарная свёкла	47,2	48,8	50,9	52,0	49,7
Соя	50,8	51,2	51,8	51,5	51,3
Среднее	47,5	48,9	50,6	50,9	49,5

Сорт Княжич наименьшую массу 1000 зерен имел по предшественнику подсолнечник по всем фонам минерального питания. Так, этот показатель был равен на низком фоне – 45,1 г, среднем – 46,9 г, высоком – 50,3 г и интенсивном – 49,9 г.

Самая высокая масса 1000 зерен ярового ячменя была получена у сорта Княжич после сои по дозам внесения минеральных удобрений N 10 P 10 K 10 – 50,8 г; N 30 P 30 K 30 – 51,2 г; N 50 P 50 K 50 – 51,8 г, за исключением интенсивного фона N 70 P 70 K 70 , где наибольшей она была по сахарной свёкле 52,0 г.

Расчёты экономической эффективности возделывания ярового ячменя приведены по ценам 2018 года с учётом требования действующих ГОСТов на пивоваренное и кормовое зерно. В ходе проведенного анализа установлено, что наилучшие экономические показатели при возделывании ячменя на пивоваренные цели были получены в 2017 году по предшественникам сахарная свекла и соя с дозой минеральных удобрений N50P50K50, так как стоимость продукции составила 73485 и 76705 руб./га, прибыль 47959,6 и 49862,7 руб./га. С этой же дозой минеральных удобрений в 2018 году зерно переходило в группу фуражного, и, соответственно, по предшественникам стоимость составляла 61490 и 63595 руб./га, прибыль 35002,6 и 36368,8 руб./га.

Выводы. В засушливых условиях юго-западной части ЦентральноЧерноземного региона на черноземе выщелоченном среднесуглинистого гранулометрического состава в зернопропашном севообороте при выборе предшественников ярового ячменя наряду с пропашными культурами кукурузой на зерно, подсолнечником, сахарной свеклой целесообразно использовать и зерновую бобовую культуру сою. В этих условиях это перспективный агротехнический прием, способный накапливать перед посевом в слое почвы 0-30 см 42-43 мм и оставлять 38 мм при уборке культуры.

В условиях региона возможно получение высоких урожаев зерна ярового ячменя до 6,15 и 6,19 т/га, с массой 1000 семян 51,8 и 50,9 г, содержанием белка 12,26 и 12,66%, при условии размещения посева после сои и сахарной свеклы с внесением минеральных удобрений в дозе N 50 P 50 K 50 . С внесением минеральных удобрений в дозе N 70 P 70 K 70 урожайность зерна и масса 1000 семян оставалась на том же высоком уровне – 5,94 и 5,94 т/га и 51,5 и 52,0 г – при увеличении содержания белка до 12,96 и 13,13%.

Яровой ячмень на пивоваренные цели лучше возделывать в условиях высокого содержания в почве фосфора и калия, при дозах минеральных удобрений N 10 P 10 K 10 и N 30 P 30 K 30 независимо от предшественников.

При возделывании ярового ячменя на высоком N 50 P 50 K 50 и интенсивном N 70 P 70 K 70 фонах минерального питания по всем предшественникам зерно соответствовало фуражному, а прибыль была самой высокой по сахарной свекле 35002,6 и 36860,3 руб./га и сое 36368,4 и 39074,6 руб./га, уровень рентабельности составил 132,1 и 129,4%, 133,6 и 133,7% соответственно.