Урожайность и качество зерна кукурузы при применении минеральных удобрений в условиях Амурской области

Введение . Потребность в зерне кукурузы в РФ ежегодно растёт. Особенно недостаток в нём испытывают крупные животноводческие и птицеводческие комплексы. В стране отмечается увеличение площади посева и производства зерна кукурузы. Так, в 2010 году под культурой было занято 1410 тыс. га, а в 2017 – 3019 тыс. га [1, 2]. Наряду с ростом площади посевов совершенствуется технология возделывания этой культуры – внедряются современные сорта и гибриды, наиболее приспособленные к почвенноклиматическим условиям конкретных регионов.

Кукуруза – одна из самых урожайных сельскохозяйственных культур, которая обеспечивает животноводство высокоэнергетическим кормом и пищевую промышленность зерном. Энергетическая ценность определяется качеством зерна, содержащим протеин, жир, клетчатку и БЭВ. В кукурузном зерне содержание БЭВ составляет 65–70 %, белка – 9–12 %, жира – 4–5 %, клетчатки – 1–2 % [3]. Исследователи В.И. Жужукин (2012), А.И. Волков (2015), В.А. Филоненко и др. (2017) отмечают, что каче- ство зерна кукурузы во многом определяется особенностями гибрида [4–6]. Вместе с тем на изменение содержания основных питательных веществ в большей или меньшей степени оказывают влияние как конкретные условия выращивания (почвенно-климатические особенности и агротехники, применяемые удобрения), так и количество применяемых удобрений [7–10].

Рыночные отношения требуют изыскания резервов повышения эффективности ведения сельскохозяйственного производства, в том числе животноводства. Важным резервом этого является укрепление кормовой базы на основе разработки и внедрения новых и совершенствования существующих типов рационов сельскохозяйственных животных с использованием местных кормовых ресурсов и с учётом особенностей природно-климатических условий региона [11]. Наука и передовая практика показывают эффективность использования зерна кукурузы в рационах сельскохозяйственных животных, прежде всего свиней, при организации их биологически полноценного кормления [12]. Выращивание кукурузы на зерно обусловлено не только высокими сборами концентрированного корма с единицы площади, но и тем, что зерно, вводимое в кормовые смеси для моногастричных животных, оказывает положительное влияние на привесы и сокращает сроки откорма.

Кукуруза относится к культурам, требовательным к обеспеченности минеральным питанием. Это связано с образованием большого объема вегетативной массы и потреблением значительного количества питательных элементов в относительно короткий период интенсивного роста растений. Неоспоримо, что из многих агротехнических приемов, оказывающих действенное влияние на рост, развитие и продуктивность кукурузы, основная роль принадлежит удобрениям [13]. Внесение минеральных удобрений увеличивает зерновую продуктивность кукурузы. Её отзывчивость на минеральные удобрения в значительной мере определяется влажностью почвы и температурным режимом в период вегетации культуры.

Цель исследований . Изучить формирование урожайности зерна кукурузы и его качества в зависимости от обеспеченности элементами минерального питания и условий вегетационного периода.

Материалы и методы исследований. Исследования проводили на опытном поле Всероссийского научно-исследовательского института сои, на луговой черноземовидной почве. Анализ пахотного слоя перед закладкой опытов проводился лабораторией земледелия, агрохимии и защиты растений ФГБНУ ВНИИ сои: рН сол. – 5,1, содержание гумуса – 4,6 %. Обеспеченность подвижными формами фосфора невысокая (40 мг), калием высокая (161 мг), содержание общего азота – 0,26 %. Аммиачную селитру и аммофос вносили в почву вручную под предпосевную культивацию. Посев широкорядный с междурядьями 70 см, повторность опытов четырёхкратная, проведён вручную 16 мая 2017 г. и 17 мая 2018 г. Глубина заделки семян составила 5–7 см, площадь делянки – 11,2 м² (4 рядка длиной 4 м и шириной 2,8 м), учётная – 5,6 м². Схема опыта предусматривала изучение следующих вариантов: без удобрений (контроль), N 30 P 60 , N 60 P 60 , N 60 P 90 , N 90 P 90 . Норма высева составляла 70 тыс. всхожих семян на гектар. Уборка проведена в фазу полной спелости зерна. В опыте использован сорт кукурузы Бирсу хабаровской селекции – раннеспелый, вегетационный период на зерно – 105–115 дней, рекомендован для возделывания в Амурской области.

Опыт заложен по методике ВИР [14]. Химический анализ зерна (протеин, жир, зола, БЭВ) проведен с использованием инфракрасного сканера FOSS NIR System 5000. Данные урожайности обработаны методом дисперсионного анализа [15].

Результаты и их обсуждение . В связи с тем, что кукуруза относится к влаголюбивым растениям (мезофитам), одним из основных показателей для неё считается влагообеспе-ченность [16–18]. Особенно важен этот показатель в зонах неустойчивого и недостаточного увлажнения. Влагообеспеченность характеризуется количеством выпавших осадков. Одной из основных причин значительного снижения урожайности зерна кукурузы является высокая температура воздуха. В фазу цветения – со времени начала цветения метёлок и появления нитей на початке – дневная температура воздуха свыше 25 °С является неблагоприятной, а свыше 30 °С сокращается период жизнеспособности пыльцы, что отрицательно сказывается на опылении и озернённости початков [19]. В условиях Амурской области цветение кукурузы приходится на более жаркий летний период – первую и вторую декады июля. Таким образом, чем ближе среднесуточная температура воздуха в этот период к оптимальной (дневная 22–25 °С и ночная 18 °С), тем благоприятнее условия для формирования будущего урожая зерна.

В годы проведения исследований метеорологические условия были контрастными. В условиях 2017 года в мае–сентябре выпало 386,1 мм осадков, дефицит влаги составил 12,9 мм (рис. 1). Количество осадков в июне составило 90,8 %, а в июле – 64,0 % от среднемноголетнего значения. Засушливый период наблюдался в июле в период формирования генеративных органов. В августе количество осадков составило 153,8 мм при среднем многолетнем значении 103 мм.

Рис. 1. Количество выпавших осадков в течение вегетационных периодов 2017 и 2018 гг., мм

Сентябрь был влажным. Среднесуточная температура воздуха в мае – сентябре составила + 17,6 °С, превысив среднемноголетнее значение (16,9 °С) на 0,7 °С (рис. 2). Первый заморозок на почве отмечен 27 сентября.

Май 2018 года был теплый со среднемесячной температурой воздуха на 2 °С выше нормы и осадками на 13,9 мм меньше нормы.

Месяц

^ ср. многолетнее й 2017 г. 2018 г.

Рис. 2. Среднесуточная температура воздуха в мае–сентябре (2017, 2018 гг.), °С

В июне–июле было отмечено переувлажнение почвы, количество осадков превысило норму в 1,7–2,2 раза и составило соответственно месяцам 188,2 и 181,8 мм. Наряду с понижением температуры воздуха в июне на 0,9 °С переувлажнение негативно сказалось на формировании урожайности культуры, так как частые дожди, вызывающие избыточное увлажнение на тяжелых почвах, хуже влияют на кукурузу, чем сухие периоды с непродолжительными дождями.

Высота растений является одним из важных хозяйственно ценных признаков, связанных с другими, такими как высота заложения початков, облиственность, полегаемость и продуктивность. Так как эффективность удобрений во влажные годы повышается, в условиях 2018 г. превышение над контролем высоты растений в вариантах с применением удобрений варьирует в пределах 17–21 см, достигая максимума в варианте N 90 P 90 – 26 см (табл. 1).

Таблица 1

Результаты биометрического анализа кукурузы сорта Бирсу в зависимости от применения минеральных удобрений

Вариант	Высота растения, см		Влажность зерна кукурузы, %		Выход зерна при 14 % влажности, т/га		Урожайность зерна, т/га
	2017 г.	2018 г.	2017 г.	2018 г.	2017 г.	2018 г.	2017 г.	2018 г.
Контроль (без удобрений)	200	208	34,9	28,0	5,7	3,8	7,5	4,6
N 30 P 60	223	225	38,1	28,4	4,6	5,4	6,4	6,5
N 60 P 60	206	229	35,7	31,1	5,8	4,4	7,7	5,5
N 60 P 90	206	226	31,4	28,9	5,6	4,7	7,0	5,7
N 90 P 90	224	234	32,8	27,2	6,0	4,9	7,7	5,8
НСР 05, т/га							1,3	0,6

Влажность кукурузы в структуре определения качества зерна играет большую роль, так как от этого показателя зависит дальнейший процесс хранения. Влажность зерна кукурузы на момент уборки в 2017 г. из-за выпавших в августе–сентябре осадков изменялась от 31,4 до

38,1 %, в зависимости от варианта опыта. В условиях 2018 г. влажность зерна при уборке была оптимальной, изменяясь от 27,2 до 31,1 %, так как количество осадков на этот момент находилось в пределах нормы. Максимальный выход зерна при 14 % влажности (6,0 т/га) в условиях 2017 г. получен в варианте N 90 P 90 , в условиях 2018 года (5,4 т/га) – в варианте N 30 P 60 .

Для кукурузы очень важен уровень обеспеченности влагой в периоды максимального во-допотребления (две недели до цветения и две недели после цветения) и образования генеративных органов. От влагообеспеченности в эти периоды зависит урожайность зерна кукурузы. Резкое уменьшение выпавших осадков в июле 2017 г. отрицательно сказалось и на эффективности удобрений, применение которых не сопровождалось существенным повышением относительно контроля, урожайности культуры. Максимальное превышение составило 0,2 т/га при урожайности в контроле 7,5 т/га. Вместе с тем частые дожди, вызывающие избыточное увлажнение почвы, резко снижают урожайность на тяжелых, плохо дренируемых почвах. В этом случае наблюдается недостаток воздуха в почве, необходимого для дыхания корней. В связи с этим осадки, выпавшие в период июля– сентября 2018 г., способствовали снижению урожайности кукурузы относительно предыдущего года на 1,3–2,9 т/га с одновременным проявлением эффективности действия удобрений. Так, максимальное превышение относительно контроля (1,9 т/га) получено в варианте N30P60. Следует отметить, что повышение дозы азота от 30 до 90 кг д.в. на 1 га сопровождалось снижением урожайности относительно варианта N30 на 1,0–1,3 т/га за счет сильного развития листостебельной массы.

Применение удобрений в сложившихся погодных условиях в годы исследований слабо повлияло на качество зерна кукурузы. Так, содержание протеина в условиях 2017 года варьировало от 10,8 % в контрольном варианте до 11,6 % в варианте с внесением N 60 P 90 , в условиях 2018 года диапазон изменчивости составил от 9,4 % в варианте N 30 P 60 до 10,5 % в контрольном варианте без применения удобрений (табл. 2).

Таблица 2

Влияние минеральных удобрений на качество зерна кукурузы сорта Бирсу

Вариант	Питательные вещества, % на абсолютно сухое вещество
	Протеин		Жир		Зола		Клетчатка		БЭВ
	I_J о CN	ОО co сч	l_J co CN	oo co CN	i_J CO CN	OO co CXI	l_J co CXI	oo co CXI	l_J co CXI	oo co CXI
Контроль (без удобрений)	10,8	10,5	4,4	4,7	1,5	2,2	1,9	2,8	75,0	69,3
N 30 P 60	11,5	9,4	4,4	4,7	1,9	2,0	2,3	2,5	73,4	70,2
N 60 P 60	11,5	9,8	4,5	4,7	1,8	1,9	2,2	2,3	73,5	70,4
N 60 P 90	11,6	10,3	4,5	4,8	1,8	2,0	2,2	2,5	73,3	69,6
N 90 P 90	11,5	10,0	4,5	4,9	1,7	2,0	2,1	2,5	73,9	69,3

Важной характеристикой качества зерна служит и содержание клетчатки: её избыток снижает питательность рационов, при недостатке – нарушается работа пищевой системы животных. Установлено, что сухое вещество в зависимости от варианта опыта в условиях 2017 г. содержало небольшое количество клетчатки. Наименьший показатель (1,9 %) отмечен в контрольном варианте, в этом же варианте наблюдается и самое низкое содержание золы, наи- большие показатели золы и клетчатки в варианте N30P60. В условиях вегетационного периода 2018 г. максимальный показатель золы и клетчатки был в контроле, минимальный – в варианте с применением N60P60. Так как в зерне кукурузы низкое содержание протеина, золы, жира, то на этом фоне увеличивается количество БЭВ: от 69,3 до 70,4 % в 2018 г. и от 73,3 до 75,0 % в 2017 г.

Изменение урожайности и химического состава приводит к соответствующему изменению питательности зерна кукурузы. Сбор кормовых единиц в условиях 2017 г. варьировал от 10,0 т/га в варианте N30P60 до 12,9 т/га в варианте N90P90, в условиях 2018 г. наименьшая в контроле и максимальная в варианте с полным применением удобрений (табл. 3). Оценивая кукурузу в качестве кормовой культуры, необхо- димо учитывать показатель сбора протеина с единицы площади, который в условиях 2017 г. изменялся в диапазоне 0,54–0,71 т/га. Минимальный показатель (0,54 т/га) отмечен в контрольном варианте. В условиях 2018 г. сбор протеина с единицы площади составил 0,34– 0,43 т/га, достигая максимума в варианте N90P90 – 0,43 т/га.

Таблица 3

Вариант	Сбор корм. ед., т/га		Сбор перевар. протеина, т/га		В 1 корм. ед. перевар. протеина, г		Обменная энергия (ОЭ), МДж/кг
	2017 г.	2018 г.	2017 г.	2018 г.	2017 г.	2018 г.	2017 г.	2018 г.
Контроль (без удобрений)	10,6	7,3	0,54	0,38	50,7	51,7	12,8	12,0
N 30 P 60	10,0	7,5	0,56	0,34	55,6	46,3	12,7	12,0
N 60 P 60	11,0	8,0	0,62	0,39	55,6	48,5	12,7	12,1
N 60 P 90	11,6	7,8	0,65	0,41	56,3	71,6	12,7	12,1
N 90 P 90	12,9	8,5	0,71	0,43	54,8	50,8	12,8	12,1

Продуктивность и питательность зерна кукурузы в зависимости от внесения минеральных удобрений

Так как кукуруза – в основном энергетическая культура и протеина в её зерне сравнительно мало, обеспеченность переваримым протеином 1 кормовой единицы тоже низкая. В условиях 2017 г. этот показатель изменялся в зависимости от варианта опыта от 50,7 до 56,3 г, а в 2018 г. – от 46,3 до 71,6 г, при зоотехнической норме 105–110 г. Содержание обменной энергии – важный показатель, который свидетельствует о максимальном количестве усвояемой энергии, получаемой из корма. Внесение удобрений не оказало влияния на содержание обменной энергии (ОЭ) в условиях 2017 г., показатель ее варьировал от 12,7 до 12,8 МДж/кг, в условиях 2018 г. находился на уровне 12,0– 12,1 МДж/кг.

Выводы. Погодные условия в период вегетации кукурузы оказывают влияние на эффективность применения удобрений. Максимальная урожайность в 2017 г., учитывая недостаток влаги в июле и воздушную засуху в критический период, составила 7,7 т/га в вариантах с применением N60P60 и в варианте N90P90. Осадки, выпавшие в июле–сентябре 2018 г., способствовали снижению урожайности кукурузы относи- тельно предыдущего года на 1,3–2,9 т/га с одновременным проявлением эффективности действия удобрений. Удобрения незначительно увеличили содержание жира и золы в зерне кукурузы в годы исследования и не оказали влияния на содержание обменной энергии, которое варьировало от 12,7 до 12,8 МДж/кг в 2017 г. и от 12,0 до 12,1 МДж/кг в условиях 2018 г.