Влияние обработки почвы и минеральных удобрений на химический состав Triticum aestivum в условиях Северного Зауралья

Введение. Устойчивое развитие территорий целесообразно рассматривать как процесс социально-экономических преобразований, базовой целью которых является повышение уровня и условий жизни населения [1]. Выполнение данной цели связано с рациональным использованием имеющихся почвенных, растительных и водных ресурсов, а также их восстановлением и сохранением [2–4].

Яровая пшеница – основная пищевая культура России. Эффективность системы производства сельскохозяйственных, а в частности зерновых культур существенно влияет на качество и количество продукции [5–9]. Применение минеральных удобрений считается наиболее доступным способом для регулирования питательных веществ в зерне. Поэтому в процессе получения качественного и высокого урожая важным условием являются используемые минеральные и органические удобрения [10–12].

Химическая составляющая яровой пшеницы в зависимости от уровня минерального питания включает в себя ряд факторов, которые влияют на качество и количество урожая. Одним из основных минеральных элементов, влияющих на состав пшеницы, является азот. Уровень азота в почве напрямую влияет на содержание белка в зерне пшеницы. Более высокий уровень азота может привести к увеличению содержания белка в зерне, что важно для качества муки и хлебопродуктов, производимых из пшеницы. Из агрохимических показателей почвенного плодородия азот, как правило, находится в минимуме. Это подтверждается данными Г.П. Гамзикова (2013), где отмечено, что азот (N) в почвах территории Тюменской области находится в минимуме среди макроэлементов, что связано с малогумусностью почв и высокой его подвижностью в нитратной и газообразной форме. Азот входит в состав белков, хлорофилла, ферментов, витаминов, оказывает влияние на формирование урожайности культур и качество продукции [13]. Фосфор также играет важную роль в формировании урожая пшеницы. Этот элемент питания необходим для процесса фотосинтеза и роста растений, поэтому его недостаток может привести к уменьшению урожая и ухудшению качества зерна. Калий является еще одним важным элементом для пшеницы, так как он способствует улучшению качества и урожайности зерна. Недостаток калия мо- жет привести к уменьшению содержания клетчатки в зерне, что в свою очередь может негативно отразиться на качестве муки.

Таким образом, уровень минерального питания имеет существенное влияние на состав и качество яровой пшеницы. Правильное удобрение и поддержание оптимального уровня минеральных элементов в почве являются важными аспектами для получения высококачественного и продуктивного урожая пшеницы.

По мнению авторов, современное сельское хозяйство вынуждено применять как минеральные, так и органические удобрения, поскольку площадь Тюменской области находится в различных природно-климатических зонах [14], и по результатам мониторинга пахотных почв отме- чено, что состояние плодородия земель неодинаково [15–17]. Поэтому нужно акцентировать внимание на агрохимическом обследовании почв, текущей нитрификации, расчете доз удобрений на планируемую урожайность [18].

Цель исследования – изучить влияние обработки и минеральных удобрений на луговочерноземных почвах Северного Зауралья на химический состав Triticum aestivum.

Объекты и методы. Место проведения исследований – опытное поле Государственного аграрного университета Северного Зауралья (г. Тюмень). Полевые опыты закладывались в соответствии с методикой Б.А. Доспехова (1985). Опытный участок расположен в 1,5 км от деревни Утешево (рис. 1).

Рис. 1. Месторасположение опытного участка

Повторность в опыте трехкратная, учетная площадь делянки 120 м2. На рисунке 1 представлена схема опыта с вариантами обработки почвы и внесения удобрений на планируемую урожайность методом элементарного баланса с учетом содержания элементов минерального питания в почве, коэффициента использования из минеральных удобрений (КИУ) и почвы (КИП) [19].

Почва на опытном поле – лугово-черноземная.

Основная обработка почвы:

• 1)    отвальная обработка плугом ПСКУ-5-60 на глубину 0,22–0,25 м;

• 2)    чизельная обработка ПЧН-2,3 на глубину 0,22–0,25 м [19].

При внесении дозы минеральных удобрений на урожайность 3 т/га использовали аммонийную селитру в физическом весе 150–170 кг/га, на урожайность 5 т/га применяли аммонийную селитру в физическом весе 250–270 кг/га и аммофос 30 кг/га [19].

Сорт яровой пшеницы: Новосибирская 31. Посев яровой пшеницы проводили 22 мая 2021 г. Предшественник в опыте озимая пшеница.

Климат северной лесостепи Тюменской области, где был заложен опыт, характеризуется наличием в весенне-летний период почвенной и атмосферной засухи [20]. За период вегетации 2021 г. сумма активных температур выше десятиградусного значения составила 2 080,4 °С, этот период продолжался 103 дня. Сумма осадков за вегетационный период составляла 120,8 мм, что на 43,6 мм меньше по сравнению со среднемноголетними данными [19].

Лабораторные исследования образцов почвы, вегетативной части растений и зерна пшеницы проводились по вариантам обработки почвы и доз внесения минеральных удобрений на планируемую урожайность в лаборатории ГАУ Северного Зауралья (рис. 2).

чередованием с поверхностной через 1 год (дифференцированная)

(шелеванне}

Ежегодная отвальная обработка(контроль)

Рис. 2. Схема опыта

Определение подвижных соединений фосфора и калия в почве проводили по ГОСТ 26204-91, азота нитратного – по ГОСТ 26951-86, аммонийного азота – по ГОСТ 26489-85, гумуса – по ГОСТ 26213-2021.

Определение содержания общего фосфора в зерне и вегетативной части пшеницы проводили по ГОСТ 26657-97, общего калия – по ГОСТ 30504-97, общего азота – по ГОСТ 13496.42019.

Результаты и их обсуждение. По результатам проведенных анализов наибольшее содержание гумуса (11,9 %) и подвижного калия

(27,5 мг/кг) отмечено при дифференцированной обработке почвы с внесением дозы минеральных удобрений на урожайность 5 т/га [19]. При чизельной обработке почвы на глубину 45 см, с последующей поверхностной обработкой, наибольшее содержание при внесении минеральных удобрений (аммонийная селитра и аммофос) на урожайность 3 т/га имеют аммонийный азот – 15,6 мг/кг и азот нитратный – 23,4 мг/кг [19]. При такой же обработке почвы отмечено максимальное содержание подвижного фосфора (107,7 мг/кг), но с внесением дозы минеральных удобрений на урожайность 5 т/га (табл.) [19].

Агрохимическая характеристика почвы

I— т 05 S 05 СО	Обработка почвы/удобрения		о^ o' ^	S' I ^ СО . О Тг S ^ о" ■& о о е	S т i^ >s 05 ^	н о со 05 >S 1 о	СО 1_ о ^ со е-= ^ X О Ь-сЕ 05 о о О 1 ”
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Ежегодная отвальная обработка (контроль)	Без удобрений	8,3	97,6	14,2	12,1	21,9
		На 3,0 т/га	7,3	82,1	22,1	13,2	14,8
		На 5,0 т/га	7,6	65,6	17,9	12,5	10,2

Окончание табл.

1	2	3	4	5	6	7	8
2	Отвальная, с чередованием с поверхностной через 1 год (дифференцированная)	Без удобрений	8,2	59,4	18,1	12,5	11,2
		На 3,0 т/га	7,5	60,2	17,2	14,0	11,8
		На 5,0 т/га	11,9	68,8	27,5	14,3	21,4
3	Чизельная на глубину 45 см, с последующей поверхностной обработкой (щелевание)	Без удобрений	6,5	71,7	24,0	12,4	20,0
		На 3,0 т/га	7,4	82,1	26,3	15,6	23,4
		На 5,0 т/га	6,3	107,7	21,1	15,3	18,6

Предполагаем, что наиболее высокое содержание гумуса на варианте с дифференцированной обработкой почвы может быть связано с тем, что при минимальной обработке почвы растительные остатки накапливаются на поверхности, а проведение вспашки на следующий год обеспечивает поступление большого количества органичес ких остатков в пахотный слой. Это способствует тому, что начинает усиливаться процесс гумификации органического вещества при отвальной обработке. В то время как при минимальной обработке из-за уменьшения аэрации процесс минерализации, наоборот, уменьшается – это подтверждается исследованиями Д.И. Еремина и А.А. Ахтямовой (2015) [21].

Высокое содержание фосфора на варианте с чизельной обработкой на фоне внесения удобрений на планируемую урожайность 5,0 т/га связано с тем, что в неблагоприятные годы по- лучить планируемую урожайность не удается, и это приводит к накоплению неизрасходованных питательных веществ в почве [22].

Химический состав растений, включая зерно пшеницы, зависит от наличия макроэлементов в почве. В вегетативной части растений пшеницы и зерне проводились исследования содержания общего азота, фосфора и калия.

Содержание общего азота максимально при отвальной обработке почвы с чередованием с поверхностной через 1 год (дифференцированная) с внесением дозы минеральных удобрений на урожайность 5 т/га и составляет 1,04 % (рис. 3) [19]. Это связано с тем, что высокие дозы удобрений и хорошее накопление азота текущей нитрификации при дифференцированной обработке обеспечивают оптимальный азотный режим, что приводит к дополнительному накоплению азота в тканях яровой пшеницы [23].

1,2

0,8

0,6

0,4

0,2

Ежегодная отвальная обработка (контроль)

Отвальная с чередованием с поверхностной через 1 год (дифференцированная)

Чизельная на глубину 45 см, с последующей поверхностной (щелевание)

• ■    Без удобрений ■ На урожайность 3,0 т/га ■ На урожайность 5,0 т/га

Рис. 3. Содержание общего азота в вегетативной части растения, %

Максимальное содержание общего фосфора в вегетативной части растений отмечено при отвальной обработке почвы с чередованием с поверхностной через 1 год (дифференцированная) и составляет 0,5 % при внесении мине- ральных удобрений на урожайность 3 т/га. А при такой же обработке почвы наблюдается и минимальное количество данного показателя, но только при внесении удобрений на урожайность 5 т/га (рис. 4) [19].

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

Ill III III

Ежегодная отвальная обработка (контроль)

Отвальная с чередованием с поверхностной через 1 год (дифференцированная)

Чизельная на глубину 45 см, с последующей поверхностной (щелевание)

• ■    Без удобрений ■ На урожайность 3,0 т/га ■ На урожайность 5,0 т/га

Рис. 4. Содержание общего фосфора в вегетативной части растения, %

Высокое содержание фосфора в тканях яровой пшеницы при проведении дифференцированной обработки на фоне внесения удобрений на планируемую урожайность 3 т/га может быть связано с тем, что на данном варианте в почве фиксируется оптимальный баланс питательных веществ. Это обеспечивает более быстрое прохождение фенологических фаз, что приводит к накоплению фосфора в вегетативной части, в результате снижается его отток в зерно. В то время как при внесении удобрений на урожайность 5 т/га увеличивается период созревания зерна и отток фосфора в зерно из вегетативной части затягивается, что приводит к снижению его концентрации.

Наибольшее количество общего калия в вегетативной части растений наблюдается при отвальной обработке почвы с чередованием с поверхностной через 1 год (дифференцированная) без внесения удобрений и составляет 1,07 % [19]. При ежегодной отвальной обработке почвы (контроль) отмечено минимальное содержание общего калия (0,65 %) при внесении минеральных удобрений на урожайность 3 т/га (рис. 5) [19].

1,2

0,8

0,6

0,4

0,2

Ежегодная отвальная обработка (контроль)

Отвальная с чередованием с поверхностной через 1 год (дифференцированная)

Чизельная на глубину 45 см, с последующей поверхностной (щелевание)

• ■    Без удобрений ■ На урожайность 3,0 т/га ■ На урожайность 5,0 т/га

Рис. 5. Содержание общего калия в вегетативной части растения, %

Анализ содержания общего азота, фосфора и калия в вегетативной части растений показывает, что максимальные значения исследуемых элементов питания зафиксированы на отвальной обработке почвы с чередованием с поверх- ностной через 1 год (дифференцированная), что говорит о накоплении питательных элементов в вегетативных органах в процессе формирования растения.

Наибольшее содержание общего азота в зерне пшеницы отмечено при дифференцированной обработке почвы с внесением удобрений на планируемую урожайность 3 т/га – 2,1 % (рис. 6) [19]. Это связано с тем, что на данном варианте была получена планируемая урожайность, а созревание зерна происходило при благоприятном температурном режиме, что на фоне достаточного уровня питания обеспечивало большее накопление белка.

(дифференцированная)             (щелевание)

■ Без удобрений ■ На урожайность 3,0 т/га ■ На урожайность 5,0 т/га

Рис. 6. Содержание общего азота в зерне пшеницы, %

Наибольшее и наименьшее содержание общего фосфора в зерне пшеницы зафиксировано на вариантах без внесения удобрений. Минимальное количество общего фосфора отмечено при дифференцированной обработке почвы – 0,28 %, а максимальное – 0,74 % при чизельной на глубину 45 см, с последующей поверхностной обработкой почвы (щелевание) (рис. 7) [19].

(дифференцированная)             (щелевание)

■ Без удобрений

■ На урожайность 3,0 т/га ■ На урожайность 5,0 т/га

Рис. 7. Содержание общего фосфора в зерне пшеницы, %

Наибольшее содержание общего калия отмечено при чизельной обработке почвы на глубину 45 см с последующей поверхностной обработкой (щелеванием) при внесении удобрений на урожайность 5 т/га (0,5 %). Наименьшее количество общего калия зафиксировано при ежегодной отвальной обработке (контроль) при внесении удобрений на урожайность 3 т/га (0,38 %) (рис. 8) [19]. Проведение глубокого рыхления и высокий уровень питания обеспечивают лучшее разрастание и проникновение кор- невой системы пшеницы в нижележащие горизонты, что будет обеспечивать лучшее усвоение калия и увеличение его концентрации в зерне.

Исследования содержания химических элементов в зерне пшеницы отражают то, что максимальное содержание общего фосфора и калия наблюдается при чизельной обработке почвы на глубину 45 см с последующей поверхностной (щелевание) на варианте без внесения минеральных удобрений и внесения на урожайность 5 т/га соответственно [19].

(дифференцированная)             (щелевание)

■ Без удобрений

■ На урожайность 3,0 т/га ■ На урожайность 5,0 т/га

Рис. 8. Содержание общего калия в зерне пшеницы, %

Заключение. Содержание химических элементов в вегетативной части растений и в зерне пшеницы отражают эффективность применения минеральных удобрений и обработки почвы перед посевом. Анализ лабораторных исследований по количеству общего азота, фосфора, калия в вегетативной части растения и зерне яровой пшеницы показал, что наиболее эффективным вариантом обработки почвы для исследуемой культуры была отвальная с чередованием с поверхностной через 1 год, то есть дифференцированная, с внесением минеральных удобрений на урожайность 3 и 5 т/га. Внесение аммонийной селитры (NH 4 NO 3 ) на урожайность 3 т/га (в физическом весе 150–170 кг/га) имеет оптимальный режим для возделывания яровой пшеницы на лугово-черноземных почвах при дифференцированной обработке за счет обеспечения процесса превращения органических остатков в верхнем слое почвы в гуминовые вещества.