Урожайность, накопление белка и крахмала в зерне ярового ячменя от основной обработки почвы

Ячмень ( Hordeum sativum L.) является важной зерновой культурой, возделываемой как в мире, так и в России. Основная масса полученного зерна ячменя в нашей стране

Yield, protein and starch accumulation in spring barley grain in dependence of basic tillage

O. L. Saltykova, N. P. Bakaeva

Samara State Agrarian University, Kinel

The methods of basic tillage are among the leading links in the agricultural systems, on which the physical, agrochemical and biological indicators of soil fertility depend and which finally determine the crop yield and its quality. The article presents three-year (2020-2022) research results on the effect various methods of basic tillage insert on yield, bushel weight of grain, weight of 1 thousand grains, accumulation of starch and protein in grain of spring barley of the Berkut variety. The basic tillage methods were: deep tillage – plowing by 20–22 cm, shallow tillage – loosening by 10-12 cm, “zero” tillage – without autumn mechanical tillage. Field experiments were conducted on the experimental field of the Samara State Agrarian University in the conditions of the forest-steppe zone of the Middle Volga region. Over the three years of research, plowing contributed to a high yield of spring barley grain of 2.36 t/ha on the average. At the same time, we estimated high values of the bushel weight of grain averaging 682 g/l, protein content – 12.86 %, and its fractional composition – 88.4 %. The high yield value of grain also had a significant impact on obtaining a high protein harvest per unit area amounting 2.56 centner/ha. “Zero” tillage contributed to the production of a high weight value of 1 thousand grains – 48.5 g. Coarse grain was also marked through an increased starch content – 50.6 %. The spring barley grain produced with high yield, technological indicators of grain quality, starch and protein content, as well as its fractional composition, has a fodder-grain application direction and possesses a valuable feeding value.

(около 65 %) идет на кормовые цели [1, 2]. Яровой ячмень обладает хорошими кормовыми достоинствами, высокой урожайностью и ее стабильностью, пластичностью к раз- личным метеорологическим условиям. Ценность кормового ячменя тем выше, чем выше содержание в нем белка. Зерно ячменя богато такими незаменимыми аминокислотами, как лизин и триптофан [3, 4]. Продуктивность и качество зерна ярового ячменя во многом зависят от сортовых особенностей культуры, почвенно-климатических и погодных условий, а также отдельных элементов технологии возделывания [5, 6]. Согласно почвенно-климатическим условиям зоны, в технологии возделывания ярового ячменя очень важно выбрать такой способ основной обработки почвы, который не будет снижать плодородие почвы, урожайность и качество зерна, и будет менее затратным [6, 7].

Цель исследований – повышение урожайности, технологических показателей и белковости зерна ярового ячменя в зависимости от способов основной обработки почвы в условиях лесостепи Среднего Поволжья.

Материалы и методы

Исследования проводили в 2020–2021 гг. на опытном поле Самарского аграрного университета и научно-исследовательской лаборатории «Агроэкология». Яровой ячмень сорта Беркут возделывали в пятипольном зернопаровом севообороте, где ячмень являлся завершающей культурой. Предшественником была яровая пшеница.

Изучались различные способы основной обработки почвы: глубокая – вспашка на 20–22 см; мелкая – рыхление на 10–12 см; «нулевая» – без осенней механической обработки почвы (после уборки предшественников применялся гербицид сплошного действия «Торнадо» в дозе 3 л/га), весной осуществлялся прямой посев культуры [8]. Площадь делянок – 750 м2. Повторность опытов – трехкратная.

Почва опытного участка – чернозем типичный среднемощный, среднесуглинистый, с содержанием гумуса 5,7 %, нейтральной реакцией среды и повышенным содержанием в слое почвы 0–30 см легкогидролизуемого азота (124 мг/кг), подвижного фосфора (132) и обменного калия (310) [там же].

Сорт ярового ячменя Беркут является сортом зернофуражного направления использования, относится к разновидности субмедикум и включен в Госреестр по Средневолжскому региону. Сорт среднеспелый, с вегетационным периодом 72–84 дня, со средней урожайностью в регионе 27,7 ц/га, содержанием белка 10,9–12,7 %, натурной массой 670–690 г/л, массой 1 тыс. семян 42–49 г. В сорте ярко выражены адаптивные свойства, позволяющие в максимальной степени реализовать потенциал продуктивности на бедных агрофонах в поздние сроки сева, при засухе.

По данным метеорологической станции «Усть-Кинельская», сумма активных температур и количество выпавших осадков в 2020– 2021 гг. в период активной вегетации ярового ячменя были на уровне 2932 ºС и 146 мм (ГТК=0,5, условия характеризуются как засуш- ливые). В 2022 г. в весенний период количество осадков выпало в два раза больше среднемноголетних значений. Температурный режим в летние месяцы был на уровне многолетней нормы с превышением количества осадков в июне на 14,9 мм, в июле – 12,1 мм (норма – 47 мм). В августе осадки выпадали только в первой половине месяца (ГТК=0,88, условия характеризуются как засушливые).

Сложившиеся погодные условия за годы исследований можно охарактеризовать не совсем благоприятными, так как не в полной мере соответствовали нормальному росту и развитию яровых зерновых культур [9].

Урожай зерна ярового ячменя приводили к 14%-ной влажности и 100%-ной чистоте, а обработка данных – методом дисперсионного анализа по Б. А. Доспехову [10]. Содержание белка в зерне и его фракционный состав, а также содержание крахмала определяли по методам Кочетова и Х. Н. Починок [11, 12]. Массу 1 тыс. зерен исследовали по методике ГОСТ 10842-89, натурную массу зерна – по ГОСТ 10840-64. Полученные результаты обрабатывали статистически с помощью пакета компьютерных программ Excel и «Пакет программ по статистике».

Результаты и их обсуждение

Величина урожая и качество зерна характеризуют хозяйственную ценность посевов зерновых культур и являются основными показателями того или иного элемента технологии возделывания культуры [13].

По данным наших исследований установлено, что урожайность ярового ячменя в разные годы была различной и изменялась в зависимости от сложившихся погодных условий и способов основной обработки почвы (табл. 1).

В 2020 г. урожайность по всем вариантам опыта была сравнима и находилась в пределах 2,84–2,87 т/га. В сло-

Таблица 1

Урожайность и технологические показатели качества зерна ярового ячменя в зависимости от способов основной обработки почвы (2020–2022)

Table 1

Yield and technological indicators of spring barley grain quality depending on the methods of basic soil tillage (2020–2022)

Способы основной обработки почвы	Показатели	Годы исследований			В среднем
		2020	2021	2022
Вспашка на 20–22 см (глубокая)	Урожайность, т/га	2,85	1,55	2,67	2,36
	Масса 1 тыс. зерен, г	46,5	42,0	48,4	45,6
	Натурная масса зерна, г/л	690	672	685	682
	Содержание крахмала, %	46,9	49,5	47,3	47,9
Рыхление на 10–12 см (мелкая)	Урожайность, т/га	2,84	1,38	2,46	2,23
	Масса 1 тыс. зерен, г	49,1	43,9	49,0	47,3
	Натурная масса зерна, г/л	686	659	678	674
	Содержание крахмала, %	47,8	51,3	49,0	49,4
Без осенней механической обработки почвы («нулевая»)	Урожайность, т/га	2,87	1,19	2,44	2,17
	Масса 1 тыс. зерен, г	50,3	45,5	49,6	48,5
	Натурная масса зерна, г/л	687	664	672	674
	Содержание крахмала, %	48,6	52,3	50,8	50,6

Примечание. НСР05 по урожайности в 2020 г.= 3,21 ц/га; НСР05 по урожайности в 2021 г. = 1,37 ц/га; НСР05 по урожайности в 2022 г. = 1,22 ц/га, ч.

Note. LSD05 (Least Significant Difference) by yield in 2020 = 3.21 c/ha, in 2021 = 1.37 c/ha, in 2022 = 1.22 c/ha.

жившихся условиях 2021 г. урожайность ячменя была в два раза меньше по сравнению с 2020 и 2022 гг. Наибольшая урожайность зерна получена по вспашке – 1,55 т/га, что выше на 10 и 23 % по сравнению с рыхлением и без осенней механической обработки почвы. В 2022 г. урожайность варьировала от 2,44 до 2,67 т/га. Максимальная урожайность отмечалась по вспашке – 2,67 т/га. Урожайность, полученная на вариантах с рыхлением почвы и без осенней ее обработки, была сравнима – 2,46 и 2,44 т/га соответственно, что на 8 и 9 % ниже по сравнению со вспашкой.

Таким образом, в среднем за годы исследований на варианте со вспашкой обеспечивалась высокая урожайность ярового ячменя на уровне 2,36 т/га.

Сравнивая урожайность, полученную по глубокой обработке почвы с мелкой и «нулевой», отмечалось что данный показатель был ниже на 5 и 8 % соответственно.

Изучение влияния способов основной обработки почвы на такие технологические показатели, как масса 1 тыс. зерен, натурная масса зерна, содержание крахмала и белка представлены в табл. 1 и 2.

Высокий показатель натурной массы зерна для ярового ячменя, согласно ГОСТ критериям, составляет свыше 605 г/л. Анализируя натурную массу зерна ярового ячменя, полученную по всем вариантам опыта, отмечалось, что все значения существенно превысили установленный ГОСТом показатель. В среднем за годы исследований наибольшая натурная масса зерна была получена по вспашке – 682 г/л, несколько ниже при рыхлении и без осенней механической обработки почвы – на уровне 674 г/л.

Крупность и выполненность зерна оценивается массой 1 тыс. зерен. Чем крупнее зерно, чем лучше оно выполнено, тем больше численные значения данного показателя. В крупном зерне, как правило, регистрируется повышенное содержание крахмала, в мелком – высокое содержание белка [14, 15].

В среднем за годы исследований на варианте без осенней механической обработки почвы отмечалась максимально высокая масса 1 тыс. зерен, что на 2,9 г выше, чем по вспашке. Несколько ниже данный показатель был на варианте мелкой обработки почвы. При этом масса 1 тыс. зерен была ниже на 1,2 г по сравнению с вариантом «нулевой» обработки почвы. В крупном зерне, как показали наши исследования, отмечалось и повышенное содержание крахмала. Так, в среднем за годы исследований содержание крахмала в зерне ячменя на варианте без осенней механической обработки почвы превысило значения на 1,2 и 2,9 %, полученные по рыхлению почвы и вспашке соответственно.

Одним из самых важных и ценных показателей качества зерна ячменя, используемого на кормовые цели, является содержание белка [14, 15]. Накопление белка в зерне ячменя в среднем за годы исследований в зависимости от способов основной обработки почвы изменялось в пределах от 11,7 до 12,6 %. При глубокой обработке почвы – вспашке – наблюдалось повышение содержания белка, что на 0,4 и 0,9 % выше по сравнению с вариантами мелкой и «нулевой» обработками почвы. Значительное снижение содержания белка в зерне ячменя при «нулевой» обработке почвы объясняется тем, что при такой обработке почвы происходит снижение уровня обеспеченности растений азотом, в сравнении с классической отвальной обработкой, по причине меньшей минерализации органического вещества [7, 16].

Таблица 2

Содержание белка в зерне ярового ячменя и валовый сбор белка в зависимости от способов основной обработки почвы (2020-2022)

Table 2

Protein content in spring barley grain and gross protein yield depending on the methods of basic soil tillage (2020–2022)

Способы основной обработки почвы	Содержание белка в зерне, %				Валовый сбор белка, ц/га
	2020 г.	2021 г.	2022 г.	В среднем	2020 г.	2021 г.	2022 г.	В среднем
Вспашка на 20–22 см (глубокая)	12,9	12,0	12,8	12,6	3,16	1,60	2,93	2,56
Рыхление на 10–12 см (мелкая)	13,2	11,2	12,1	12,2	3,22	1,33	2,56	2,37
Без осенней механической обработки почвы («нулевая»)	12,2	10,9	12,0	11,7	3,01	1,12	2,52	2,22

На получение сбора белка с единицы площади значительное влияние оказывала величина урожайности. Максимальный выход белка в среднем за годы исследований с 1 га – 2,56 ц, был получен по вспашке, где урожайность достигала в среднем 2,36 т/га. При этом валовый сбор белка снижался на вариантах при рыхлении и без осенней механической обработки почвы на 7 и 13 % соответственно.

Немаловажное значение для оценки фуражной ценности зерна ячменя имеет фракционный состав белка, а также соотношение низко- и высокомолекулярных фракций. Так, для корма птицы и свиней предпочтительнее низкомолекулярные фракции, а для жвачных животных – высокомолекулярные [2, 17]. Отмечается, что фракционный состав зерна зависит от генетических особенностей сорта, погодных условий и технологии возделывания культуры [17].

В табл. 3 представлены в среднем за годы исследований результаты фракционного состава белка зерна ярового ячменя в зависимости от различных способов основной обработки почвы.

В среднем за годы исследований в составе низкомолекулярной фракции преобладали водорастворимые белки альбумины (26,6 %), а в составе высокомолекулярной – глютелины (22,9 %). На долю нерастворимых белков в среднем приходилось 15,6 %. Наибольшее содержание всех фракций белка зерна ярового ячменя было получено по вспашке (88,4 %), что на 5 и 7 % выше, чем по рыхлению почвы и без осенней механической обработки соответственно.

Таблица 3

Фракционный состав белка зерна ярового ячменя в зависимости от способов основной обработки почвы, % (2020–2022)

Table 3

Protein fractional composition of spring barley grain depending on the methods of basic soil tillage, % (2020–2022)

Способы основной обработки почвы	Фракции белка						Всего	Доля нерастворимых белков
	Низкомолекулярная			Сумма
	Альбумин	Глобулин	Сумма	Проламин	Глютелин	Сумма
Вспашка на 20-22 см (глубокая)	27,3	17,8	45,1	19,9	23,4	43,3	88,4	11,6
Рыхление на 10-12 см (мелкая)	26,5	16,4	42,9	17,8	23,0	40,8	83,7	16,3
Без осенней механической обработки почвы («нулевая»)	26,0	15,9	41,9	17,0	22,3	39,3	81,2	18,8
В среднем по обработкам почвы	26,6	16,7	43,3	18,2	22,9	41,1	84,4	15,6

ниченной ответственностью «СЕКВОЙЯ», 2019. – С. 90–91.

Bakaeva, N. P. Components of the biotope soil and yield of barley / N. P. Bakaeva, O. A. Chugunova, O. L. Saltykova, M. S. Prikazchikov // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science : scientific conference. – Volgograd, Krasnoyarsk : Institute of Physics and IOP Publishing Limited, 2020. – P. 42062.

Огородников, Л. П. Урожайность ярового ячменя и химический состав зерна в зависимости от метеорологических особенностей вегетационного периода / Л. П. Огородников, П. А. Постников // Проблемы плодородия почв, земледелия и растение

Заключение

Совокупность представленных данных в среднем за три года исследований позволяет сделать следующие выводы:

• 1)    глубокая обработка почвы – вспашка на 20–22 см, способствовала получению высокой урожайности зерна ярового ячменя на уровне 2,36 т/га. При этом отмечались и наибольшие показатели натурной массы зерна – 682 г/л, белка – 12,86 % и его фракционного состава – 88,4 %. На получение высокого сбора белка с единицы площади – 2,56 ц/га, значительное влияние оказала величина урожайности;

• 2)    «нулевая» обработка почвы – без осенней механической обработки, способствовала получению высокой массы 1 тыс. зерен – 48,5 г. В крупном зерне отмечалось и повышенное содержание крахмала – 50,6 %;

• 3)    зерно ярового ячменя, полученное с высокой урожайностью, технологическими показателями качества зерна (натурная масса и масса 1 тыс. зерен), содержанием крахмала и белка, а также фракционным составом белка, по всем критериям имеет зернофуражное направление использования, обладающее ценными кормовыми достоинствами.