Влияние уровня минерального питания на элементы структуры урожая яровой пшеницы в лесостепной зоне Зауралья

Введение . Современное сельское хозяйство предусматривает активное использование различных агрохимикатов. Наиболее известными являются минеральные удобрения, применение которых позволяет увеличить продуктивность пашни в очень короткие сроки. Оптимизация минерального питания под определенные сельскохозяйственные культуры наиболее полно раскрывает потенциал почвенного плодородия. Особенно это актуально для земель с низким содержанием питательных веществ и гумуса. Минеральные удобрения наиболее эффективны на подзолистых и серых лесных почвах.

Как показывают многочисленные исследования, черноземы характеризуются очень высоким потенциальным плодородием, которое не всегда сопоставимо с фактической продуктивностью пашни [1–4]. Применение различных элементов системы земледелия (механические обработки, защита растений, севообороты) способно частично увеличить продуктивность пашни, но не решает проблемы несбалансированного минерального питания на черноземах [5–7].

Научно обоснованный подход к системе удобрений способен максимально эффективно раскрыть потенциал чернозема, что в совокупности с правильным выбором сельскохозяйственной культуры и сортов является гарантией высоких урожаев [8–10].

Западная Сибирь считается перспективным регионом для ведения сельского хозяйства, несмотря на неблагоприятные природно-климатические условия. Суровые зимы и короткое лето требуют индивидуального подхода к разработке системы удобрений под зерновые культуры [11, 12]. Также необходимо создание адаптивноландшафтной системы земледелия, поскольку проблема повышения урожаев комплексная и не может быть решена применением только минеральных удобрений [13–15].

Необоснованное применение минеральных удобрений может иметь и негативные эффекты. Некоторые из них давно знакомы аграриям: невызревание зерновых культур на высоком агрофоне в условиях короткого лета Западной Сибири; полегание посевов в период налива зерна [8, 16]. Существует мнение, что высокие дозы удобрений способны усилить процесс минерализации растительных остатков и гумуса пахотных земель, тем самым существенно ухудшить агрофизические и физико-химические свойства почв [17–19]. Также удобрения имеют определенное влияние на почвенную биоту, что необходимо учитывать при прогнозировании почвообразования пахотных земель [19].

Цель исследования : изучение формирования урожайности яровой пшеницы и ее элементов структуры урожая на разных агрофонах.

Объекты и методы исследования. Исследование проводилось в лесостепной зоне Тюменской области, на опытном участке кафедры почвоведения и агрохимии Аграрного университета Северного Зауралья в период 2018–2020 гг. Почва опытного участка – старопахотный чернозем выщелоченный. Высеваемая культура – яровая пшеница Новосибирская 29. Сорт среднеранний, вегетационный период – 80–90 дней. Устойчив к полеганию, но восприимчив к твердой головне и стеблевой ржавчине. Вносили азотно-фосфорные удобрения (аммиачную селитру и аммофос) из расчета на планируемую урожайность зерна по следующей схеме опыта: контроль, без удобрений; NP на 3,0 т/га зерна (N40P75); на 4,0 (N95P110); на 5,0 (N150P200) и на 6,0 т/га (N185P160).

Дозы удобрений рассчитывали балансовым методом, с учетом общепринятых для региона коэффициентов использования питательных элементов из почвы, азота текущей нитрификации и выносом элементов питания яровой пшеницей. Содержание калия, согласно проведенным исследованиям на опытном поле, очень высокое (>180 мг/кг почвы по Чирикову), поэтому данный элемент питания в опыте не вносили. Повторность опыта 3-кратная, размещение делянок – последовательное во времени и на территории, учетная площадь – 50 м2. Осенью после уборки предшественника проводилась отвальная обработка почвы плугами ПЛН-3-35 на глубину 20–22 см. Весной по физически спелой почве боронили БЗСС-1,0, вносили минеральные удобрения согласно расчетным дозам под предпосевную культивацию, которая велась КПС-4. Посев пшеницы – ЗСП-3, после прикатывали – 3ККШ-6. Уборку вели поделяночно комбайном SAMPO-500.

Статистическая обработка результатов проведена с использованием программы MS Excel по методике Б.А. Доспехова.

Результаты исследования и их обсуждение. В среднем за годы исследования густота посева варьировала по вариантам от 462 до 472 шт/м2 (табл. 1). Отклонение от среднего значения составляло не более 2 %. Норма высева яровой пшеницы соответствовала общереко-мендованной для лесостепной зоны Зауралья – 6,2 млн всхожих зерен на гектар. Невысокая полевая всхожесть, которая в среднем за годы исследования была равна 76 %, объясняется в большей степени внешними факторами в ходе прорастания: влажностью и температурой на глубине заделки семян [20]. К моменту уборки на всех вариантах количество растений на квадратном метре уменьшилось. На контроле выживаемость пшеницы составила 80 %, что для Западной Сибири считается довольно высоким показателем. Данный факт объясняется тем, что на естественном агрофоне яровая пшеница вырастает незначительной высоты – в среднем 57±3 см и редко более чем с одним продуктивным стеблем. Поэтому серьезной борьбы за площадь питания и освещения в таких посевах не происходит. На варианте с внесением удобрений на планируемую урожайность 3,0 т/га сохранность яровой пшеницы в течение вегетации ока- залась выше, в среднем за годы исследования 88 %. Это объясняется улучшением минерального питания, но при этом сами растения не были существенно выше относительно контроля.

К уборке на варианте, где вносили NP на 4,0 т/га зерна, количество растений уменьшилось с 469 до 419 шт/м2, что соответствовало 89 % выживаемости. Средняя высота яровой пшеницы возросла до 75 см, что на 32 % больше контроля. В этом случае конкуренция между растениями существенно увеличивается. Высокий уровень питания в течение вегетации позволяет выжить даже отстающим в развитии растениям. На вариантах с внесением удобрений на планируемую урожайность 5,0 и 6,0 т/га зерна выживаемость яровой пшеницы незначительно снизилась – 84 и 82 % соответственно. Это указывает, что на высоких агрофонах при рядовом посеве конкуренция между растениями усиливается. Продуктивность зерновых культур зависит не только от густоты посева, но и кущения, при котором может образовываться до 4–7 стеблей. На контроле 371 растение сформировало 391 стебель, из которых 381 были с колосом. Продуктивная кустистость в среднем за годы исследования была равна 1,0, что соответствует модели сорта интенсивного типа [8].

На варианте, где внесли N40P75 кг д.в./га (на 3,0 т/га зерна), количество стеблей составило 450 шт/м2 при той же продуктивной кустистости, что и на контроле. Дальнейшее повышение уровня минерального питания (NP на 4,0 т/га) стимулировало кущение яровой пшеницы – 419±7 растений дали 607±11 шт/м2. На долю продуктивных стеблей приходилось 85 %, тогда как на предыдущем варианте – 98 %. На варианте с внесением удобрений на планируемую урожайность 5,0 т/га зерна количество стеблей в среднем было 606±38 шт/м2, тогда как густота стояния перед уборкой равна 396 шт/м2. Доля продуктивных стеблей уменьшилась до 82 %. На этом варианте отмечалось вторичное кущение, вызванное очень высоким уровнем минерального питания и достаточным увлажнением во второй половине вегетации. При внесении N185P160 кущение было максимально сильным – к уборке на каждом квадратном метре образовалось 670 стеблей при густоте стояния 384 растения. На долю продуктивных стеблей приходилось 84 %, что сопоставимо с предыдущим вариантом. Также отмечалось появление подгона, который затрудняет уборочные работы.

Таблица 1

Элементы структуры урожая яровой пшеницы на разном агрофоне (2018–2020 гг.)

Показатель	Вариант внесения NP
	Контроль	на 3,0 т/га	на 4,0 т/га	на 5,0 т/га	на 6,0 т/га
Количество растений в фазу кущения, шт/м2	462±11	467±4	469±6	472±13	466±20
Количество растений перед уборкой, шт/м2	371±14	413±10	419±7	396±8	384±13
Количество стеблей, шт/м2	391±12	450±22	607±11	606±38	670±12
Количество продуктивных стеблей, шт/м2	381±14	440±11	522±39	499±47	562±27
Высота растений, см	57±3	64±2	75±3	80±3	82±2
Количество зерен в колосе, шт.	27±4	26±2	27±3	31±2	30±2
Масса 1000 зерен, г	21±2	27±3	33±2	34±1	34±2
Масса зерна с одного колоса, г	0,49±0,11	0,65±0,03	0,97±0,05	1,07±0,12	1,07±0,08

Несмотря на утверждения селекционеров, что стеблеобразование зерновых культур контролируется генетически [21], мы отмечали в опытах влияние уровня минерального питания. Корреляция между содержанием нитратного азота в почве в фазу кущения и количеством стеблей составляет 0,91 ед.

Урожайность яровой пшеницы также зависит от озерненности колоса, которая определяется на генетическом уровне [8]. В наших опытах мы не смогли установить достоверного влияния минеральных удобрений на количество зерен в колосе. На вариантах с удобрениями их количество варьировало от 26±2 до 31±2 шт., тогда как на контроле – 27±4 шт. Расчет корреляции между содержанием нитратного азота и количеством зерна в колосе составил 0,56 ед., что соответствует средней связи.

Налив зерна яровой пшеницы требует сочетания определенных факторов: достаточное количество питательных веществ в растении, влажность почвы и повышенная температура воздуха [12]. Наше исследование показало, что на контроле формируется зерно с минимальной массой 1000 зерен – 21±2 г. Это доказывает, что естественного плодородия лесостепных черноземов недостаточно для формирования крупного зерна яровой пшеницы. Внесение низких доз удобрений (N40P75 кг д.в./га) увеличивает массу 1000 зерен на 28 % относительно контроля. Повышение уровня питания на планируемую урожайность 4,0 т/га зерна (N95P110) способствует формированию крупного зерна – масса 1000 зерен достигает 33 г. Дальнейшее увеличение доз удобрений эффекта не дало – крупность зерна оставалась на уровне 34±2 г. Коэффициент корреляции составил 0,77 ед., что соответствует сильной степени связи между содержанием нитратов в почве в фазу кущения и массой 1000 зерен.

Такой элемент в структуре урожая, как масса зерна с одного колоса, является одним из важнейших, поскольку он определяет не только урожайность культуры в целом, но и тесно связан с вероятностью полегания посевов. Для Западной Сибири проблема полегания зерновых культур на высоком агрофоне наиболее актуальна. Селекционеры постоянно ведут работу над созданием неполегающих сортов интенсивного типа. Однако в наших опытах были случаи полегания пшеницы на вариантах с внесением удобрений на планируемую урожайность свыше 5,0 т/га. Обычно это происходило в фазу налива зерна – молочной спелости. Масса зерна с одного колоса на вариантах с NP на 5,0 и 6,0 т/га в среднем за годы исследования была равна 1,07 г. тогда как на контроле – 0,49±0,11 г. Создание уровня минерального питания, необходимого для получения 3,0 т/га зерна, привело к увеличению массы зерна с одного колоса до 0,65 г.

С момента закладки стационара (1995 г.) и до настоящего времени на контроле минеральные удобрения не вносили, поэтому продуктивность зернопарового севооборота формировалась только за счет естественного плодородия. Этим объясняется низкая урожайность яровой пшеницы, даже в благоприятные по погодным условиям годы исследования. В среднем урожайность яровой пшеницы на контроле была на уровне 2,04 т/га и варьировала от 1,85 до 2,24 т/га (табл. 2). Внесение удобрений на 3,0 т/га зерна обеспечило формирование прибавки в размере 1,10 т/га зерна относительно контроля. Планируемая урожайность была достигнута во все годы исследования – отклонения были в пределах НСР05, за исключением 2020 г. В этом году фактический сбор зерна превысил расчетные значения на 17 %, при ошибке опыта 0,3 т/га. Данный факт объясняется более высокой микробиологической активностью почвы в 2020 г. и высвобождением большего количества доступного растениям азота.

На варианте, где вносили удобрения из расчета получения 4,0 т/га зерна, также была отмечена эта особенность. В 2018 и 2019 гг. фактическая урожайность была 4,35 и 4,01 соответственно, но в 2020 г. она превысила план на 0,45 т/га (11 %). В среднем за годы исследования урожайность на этом варианте составила 4,27 т/га, что на 2,23 т выше контроля.

Дальнейшее повышение уровня минерального питания за счет расчетных доз удобрений в сочетании с благоприятными погодными условиями позволило получить урожай в среднем за годы исследования 5,27 т/га, что на 158 % выше контроля. Однако превышение плана было отмечено в 2019 г., где фактическая урожайность была на 10 % выше и составила 5,49 т/га, при НСР05, равном 0,2 т.

Таблица 2

Урожайность яровой пшеницы при различном уровне минерального питания

Вариант	Урожайность, т/га				Прибавка относительно контроля
	2018 г.	2019 г.	2020 г.	Средняя
					т/га	%
Контроль	1,85	2,04	2,24	2,04	–	–
NP на 3,0 т/га	2,88	3,04	3,52	3,15	1,10	54
NP на 4,0 т/га	4,35	4,01	4,45	4,27	2,23	109
NP на 5,0 т/га	5,14	5,49	5,17	5,27	3,22	158
NP на 6,0 т/га	5,54	5,07	6,24	5,62	3,57	175
НСР 05	0,2	0,2	0,3	–	–	–

Вариант с максимальным уровнем внесения удобрений (NP на 6,0 т/га зерна) характеризовался нестабильным сбором урожая по годам. В среднем фактическая урожайность была близка к плановой – 5,62 т/га, что для юга Тюменской области считается отличным результатом. Однако анализ сбора зерна по годам показал, что в 2019 г. урожай был на уровне предыдущего варианта – 5,07 т/га при НСР05, равном 0,2 т. В 2018 г. недобор зерна составил 8 % – фактическая урожайность 5,54 т/га. По нашему мнению, причиной неполучения планируемого урожая является отклонение от оптимума водного и температурного режимов в критические периоды развития яровой пшеницы.

Вегетационный период 2020 г. характеризовался оптимальным сочетанием погодных условий и уровня минерального питания. Фактический сбор зерна соответствовал планируемой урожайности – 6,24 т/га в пересчете на 14 % влажность и 100 % чистоту. Прибавка урожая относительно контроля составила 3,57 т/га. Данный факт указывает на то, что Новосибирская 29 является сортом интенсивного типа, который способен в условиях юга Тюменской области формировать высокие урожаи.

Выводы . В лесостепной зоне Зауралья плодородие пахотных черноземов выщелоченных обеспечивает формирование урожая яровой пшеницы от 1,85 до 2,24 т/га вследствие неустойчивого азотного режима. Научно обоснованная система удобрений, учитывающая запасы питательных веществ в почве, климатические особенности региона и генетический потенциал сорта, позволяет получать стабильные урожаи до 5,0 т/га. Формирование урожая яровой пшеницы при внесении минеральных удобрений происходит за счет дополнительного кущения (r = 0,91), образования продуктивных побегов (r = 0,87) и массы 1000 зерен (r = 0,89). Уровень минерального питания не оказывает существенного влияния на озерненность колоса (r = 0,54). Для получения стабильных урожаев яровой пшеницы свыше 5,0 т/га в условиях Северного Зауралья требуется подбор сорта с высокой озернен-ностью колоса (> 30 шт.), крупным зерном (масса 1000 зерен – не менее 34 г), ограниченным кущением и высотой не более 75 см.