Влияние минеральных удобрений, предшественников и почвенно-климатических условий на продуктивность проса в степной зоне Южного Урала

Полный текст

Введение

Ограничительные политические и экономические меры, предпринятые западными странами в отношении Российской Федерации, привели к повышению рыночных цен на продовольственные товары. В связи со сложившийся ситуацией в России перед земледелием стоит задача расширить посевные площади проса.

Применение азотных и фосфорных удобрений приводит к накоплению нитратов, подвижного фосфора в начале вегетации проса и получению высоких прибавок урожая зерна [1–3]. В засушливых условиях после применения минеральных удобрений снижается урожайность проса. В среднем урожай без применения удобрений составляет 0,94 т и на удобренном агрофоне — только 0,82 т/га. Внесение минеральных удобрений менее эффективно в севообороте с просом [4–6]. Увеличение урожайности проса на неудобренном агрофоне зависит от осадков в июле [7]. Количество выпавших осадков в фазе всходов-­кущения и выметывания метелки не всегда значительно влияют на повышение урожайности проса [8]. В период налива и созревания зерна выпадает 143,0 мм осадков при температуре воздуха 22,2 °C, что ведет к формированию средней урожайности проса [9, 10]. При повышении температуры воздуха в июле и августе наблюдается снижение урожайности проса с 0,95 до 0,70 т/га. Продуктивность в основном зависит от климатических факторов июля [11, 12]. Во всех севооборотах урожайность проса превышает данный показатель у мягкой и твердой пшеницы в два и более раз в различных складывающихся агрометеорологических условиях. В результате наблюдений установлено, что просо показывает высокую устойчивость и стабильность продуктивности в засушливых условиях вегетационного периода [13]. Запасы продуктивной влаги 95 мм и более с количеством выпавших осадков за вегетационный период до 197 мм приводят к максимальной урожайности проса в пределах от 2,60 до 3,20 т/га [14]. В метровом слое почвы запасы продуктивной влаги с учетом выпавших осадков, содержащие менее 70 мм, способствуют снижению продуктивности проса после внесения минеральных удобрений [15]. Целлюлозолитическая активность почвы под посевами проса в основном зависит от агрометеорологических условий в течение вегетации, при недостатках влаги она резко падает. В бессменном посеве проса активность микроорганизмов в почве ниже, чем в севооборотах. Внесение минеральных удобрений повышает биологическую активность почвы [16].

Для решения проблемы увеличения продуктивности проса проводили исследования в степной зоне Южного Урала.

Цель исследования — определить влияние погодных условий вегетационного периода, весенних запасов почвенной влаги и питательных веществ, целлюлозолитической активности микроорганизмов, содержания органического вещества, гумуса и кислотности в почве на повышение продуктивности проса после внесения минеральных удобрений.

Материалы и методы исследования

Объект исследования — почва (чернозем южный) и посевы проса (Panicum miliaceum L.) сорта Оренбургское 9. Почва многолетнего экспериментального участка является черноземом южным карбонатным среднемощным малогумусным на желто-­бурых тяжелых суглинках. В начале закладки, в 1988 г., стационарного поля площадью 24 га в слое почвы 0–30 см содержание гумуса составляет 3,2…4,0 %, общего азота — 0,20…0,31 % и фосфора — 0,14…0,22 %, нитратов — 8,7…18,1 мг, подвижного фосфора — 1,5…2,5 мг и обменного калия — 30,0…38,0 мг/100 г, pH почвенного раствора — 7,0…8,1. Стационарный опытный участок расположен возле п. Крона центральной зоны Оренбургской области по координатам (51˚46′31ʺN, 55˚18′34ʺE).

Исследования проведены с 2002 по 2021 гг. на базе бывшего ОПХ им. Куйбышева Оренбургского района. Наблюдения выполнены на длительном экспериментальном поле по изучению севооборотов и бессменных посевов. Методика полевого опыта применена по рекомендациям Б.А. Доспехова. Посевы проса изучены по предшественникам в четырехпольных (пар черный — озимая пшеница — твердая пшеница — просо; пар черный — твердая пшеница — мягкая пшеница — просо; пар почвозащитный (суданская трава) — твердая пшеница — мягкая пшеница — просо; пар сидеральный (овес с горохом) — твердая пшеница — мягкая пшеница — просо) и двупольном (просо — твердая пшеница) севооборотах и при бессменном его возделывании. Полевые опыты заложены в четырехкратной повторности по следующей схеме: 1) посев после твердой пшеницы в последействии черного пара (контроль); 2) посев после мягкой пшеницы в последействии черного пара; 3) посев после мягкой пшеницы в последействии почвозащитного пара; 4) посев после мягкой пшеницы в последействии сидерального пара; 5) посев после твердой пшеницы; 6) бессменный посев проса.

Эксперименты проведены на удобренном агрофоне выращивания проса. Посевы проса занимают площадь стационара около 0,34 га. Прямоугольные делянки размером 3,6 × 30 м в четырехпольных севооборотах и 7,2 × 30 м в двупольном и бессменном посеве. Перед осенней вспашкой внесен сеялкой аммофос в дозе 40 кг/га азота и фосфора (N40P40) действующего вещества. Во второй или третьей декаде мая высеяно сеялкой СЗП-3,6 просо с нормой 3 млн шт. всхожих семян на 1 га. Учетная площадь делянки проса — 180 м2. Во второй половине августа проведена уборка проса специализированным комбайном Terrion-­Sampo 2010 с измельчением и разбросом соломы на поверхность почвы. Выход зерна проса определен с учетом 13,5 % влажности и 100 % чистоты. Содержание кормовых и кормопротеиновых единиц проса установлено по составу и питательности кормов (в 1 кг) А.П. Калашникова. Энергетические кормовые единицы рассчитаны по оценке питательности кормов сельскохозяйственных животных. Агротехника и агротехнология возделывания проса в севооборотах и бессменно рекомендованы для данной степной зоны Южного Урала.

В научно-­исследовательской работе применены термастатно-­весовой (С.А. Воробьёв), ионометрический (нитраты), Мачигина (подвижный фосфор и калий), аппликационно-­весовой (Е.Н. Мишустин и А.Н. Петрова), Тюрина (органическое вещество и гумус), дисперсионный и статистический методы исследования. Климат опытного участка резко-­континентальный, в основном засушливый. Наблюдения за агрометеорологическими условиями вегетационного периода по Оренбургскому району проведены по данным Гидрометцентра. Осадки на стационаре определены с помощью полевого осадкомера, который расположен на контрольной делянке опыта. Гидротермический коэффициент увлажнения за период вегетации проса рассчитан по Г.Т. Селянинову. Дисперсионный анализ и статистическая обработка полученных данных проведены с помощью множественной регрессии в программе Statistica 10.0 (Stat Soft Inc., США). Наблюдения, учеты, расчеты, анализы, контроль и оценка выполнены по общим принятым методикам и рекомендациям.

Результаты исследований и обсуждение

Проведенные в 2002—2021 гг. наблюдения за погодными факторами на опытном поле показали значительные изменения агрометеорологических условий в периоде вегетации проса. За июль и июнь отмечено наибольшее количество выпавших осадков по району — 42,2 мм при норме 41 мм и на поле — 33,3 мм (табл. 1).

Таблица 1
Агрометеорологические условия в период выращивания проса (2002–2021 гг.) в зависимости от времени года

Примечание: *Над чертой — среднее по данным Оренбургского гидрометцентра, под чертой — среднемноголетнее значение; ГТК по Г.Т. Селянинову за месяцы составляет 0,54, среднемноголетний — 0,50.

Table 1
Agrometeorological conditions during millet cultivation depending on the season (2002–2021)

Note: *Above the line is the average data according to the Orenburg Hydrometeorological Center, below the line is the average annual data; Selyaninov hydrothermal moisture coefficient (HTC) for months is 0.54 and for years is 0.50.

По данным Оренбургского гидрометцентра за май, июнь, август выпадает осадков меньше среднемноголетней нормы: 31,0; 29,6 и 22,8 мм соответственно. Количество выпавших осадков по данным полевого осадкомера за май, июль, август составляет соответственно 29,9; 30,2 и 22,9 мм. Высокая среднесуточная температура воздуха наблюдается в июле 22,8 °C, что выше среднемноголетнего показателя лишь на 0,9 °C. Воздушная температура мая превышает норму на 1,4 °C, июня — на 1,1 °C и августа — на 1,9 °C. Максимальное число суховейных дней — 18 — отмечается в августе, что больше среднемноголетней нормы на 3. Количество суховейных дней в мае, июне, июле выше нормы. За период вегетации количество выпавших осадков составляет 125,6 мм или 81,0 % от среднемноголетней нормы 155,0 мм. За вегетационный период на поле выпадают осадки 116,3 мм и среднесуточная температура воздуха составляет 20,5 °C, что выше среднемноголетнего значения на 1,4 °C. За месяцы вегетации количество суховейных дней составляет 64, что выше нормы 56 на 8. В среднем гидротермический коэффициент увлажнения по Г.Т. Селянинову равен 0,54, что указывает на средне засушливый вегетационный период проса.

Максимальное количество весенней продуктивной влаги с учетом осадков отмечается под посевом после мягкой пшеницы в последействии почвозащитного (III вариант опыта) и черного пара (контроль) четырехпольных севооборотов. Содержится запасов в слое почвы 0–30 см — 43,8 мм и в 0–100 см — 140,3 мм (табл. 2).

Таблица 2
Весенние запасы продуктивной влаги и питательных веществ в почве под посевом проса в зависимости от исследуемых вариантов опыта (2002–2021 гг.)

Table 2
Spring reserves of productive moisture and nutrients in the soil under millet crops depending on the variants (2002–2021)

Минимальное количество почвенной влаги наблюдается под посевом после твердой пшеницы двупольного севооборота (V вариант опыта) и в 0–30 см составляет 32,7 мм; в 0–100 см — 112,6 мм. По другим изучаемым вариантам эксперимента продуктивная влага под посевом проса отмечалась в пределах от 39,1 до 136,0 мм. В пятом варианте опыта в слое почвы 0–100 см фактическое различие содержания продуктивной влаги 27,7 мм больше наименьшей существенной разности (НСР05 = 17,8 мм), что является значимым.

Наибольшие весенние запасы нитратов (NO3–) в слое почвы 0–30 см наблюдаются под бессменным посевом (VI вариант опыта) и на удобренном агрофоне составляет 8,6 мг, что выше контроля на 0,3 мг/100 г. Наименьшее содержание нитратов отмечается под посевом после твердой пшеницы в двупольном севообороте и составляет 3,9 мг, что ниже контроля на 4,4 мг/100 г почвы. Количество нитратов под посевом проса в последействии паров после внесения минеральных удобрений составляет от 5,6 до 8,3 мг/100 г почвы. Наибольшее количество подвижного фосфора (P2O5) в почве на удобренном агрофоне наблюдается в контроле — 6,3 мг, во втором — 6,2 мг и четвертом — 6,0 мг вариантах эксперимента. Наименьшее содержание оксида фосфора отмечается в пятом варианте опыта и составляет 2,4 мг, что ниже контроля на 3,9 мг/100 г почвы. В третьем и шестом вариантах эксперимента содержание подвижного фосфора в почве составляет 5,1 и 5,8 мг/100 г соответственно. Максимальное содержание подвижного калия K2O в почве наблюдается в последействии черного пара (контроль) и составляет 47,3 мг/100 г. Минимальное количество оксида калия отмечается после твердой пшеницы в двупольном севообороте (V вариант опыта) и составляет 16,8 мг с отрицательным отклонением от контроля в 30,5 мг/100 г почвы. В результате последействий паров и бессменного посева проса определяется содержание подвижного калия в почве после внесения минеральных удобрений от 41,9 до 46,7 мг/100 г. Наилучшая значимая фактическая разность наблюдается в V варианте опыта по оксиду калия и составляет 30,5 мг (НСР05 = 21,2). Такое наблюдение объясняется высоким содержанием подвижного калия (характеристика почвы) в черноземах южных Предуралья.

Наибольшая активность микрофлоры почвы и максимальное содержание органического вещества и гумуса в почве наблюдались в V варианте опыта и составили 13,7; 17,6 и 3,5 % (табл. 3). Кислотность почвы под посевом проса в двупольном севообороте с твердой пшеницей находилась в нейтральном положении и составила 7,0. По остальным вариантам опыта показатели плодородия почвы были на уровне: биологическая активность почвы — 9,9…12,7 %; содержание органического вещества — 11,5…16,4 %, гумуса — 1,0…3,0 %, почвенного раствора — 7,5…8,0 pH. Значимая наименьшая существенная разность отмечена в VI варианте опыта по гумусу — 1,5 мм. Снижение содержания гумуса в бессменном посеве обосновывается истощением почвы и затормаживанием активности микрофлоры корневыми выделениями проса.

Таблица 3
Показатели плодородия почвы под посевом проса в слое чернозема 0–30 см в зависимости от вариантов опыта (2002–2021 гг.)

Примечание. ¹Целлюлозолитическая активность микроорганизмов в почве, %; ²органическое вещество состоит из пожнивных, корневых остатков и соломы, %; ³содержание гумуса на южном черноземе, %; ⁴кислотность почвы выражается pH почвенным раствором.

Table 3
Soil fertility under millet cropping in 0–30 cm layer of chernozem (2002–2021)

Note: ¹Cellulolytic activity of microorganisms in the soil, %; ²Organic matter consists of crop, root residues and straw, %; ³Humus content in southern chernozem, %;⁴ Soil acidity is expressed by pH soil solution.

Выявлено, что наибольший выход зерна проса наблюдался в V варианте опыта (посев после твердой пшеницы) и составил 1,21 т, что выше контроля на 0,45 т/ га (табл. 4). Наименьшая урожайность зерна проса отмечена в VI варианте эксперимента (бессменный посев) — 0,52 т, что ниже контроля на 0,24 т/га. По первым четырем вариантам опыта выход зерна составил 0,66…0,80 т/га.

Максимальный выход продуктивности с 1 га пашни отмечен в V варианте эксперимента — 1,18 т кормовых, 0,70 т энергетических и 0,65 т/га кормопротеиновых единиц. Минимальный выход продуктивности просматривался в VI варианте опыта — 0,28; 0,30 и 0,51 т/га соответственно. По остальным вариантам посева проса выход кормовых единиц составил 0,65…0,78 т; энергетических — 0,38…0,46 т и кормопротеиновых — 0,36…0,43 т/га. Наилучшая наименьшая существенная разность определялась по выходу зерна — 0,43 т. Фактическая разность 0,45 т по сравнению с контролем зафиксирована в V варианте опыта и является значимой.

Таблица 4
Влияние различных вариантов опыта на продуктивность проса в севообороте и бессменном посеве, т/га (2002–2021 гг.)

Table 4
Productivity of millet in crop rotation and continuous cropping, t/ha (2002–2021)

Влияние показателей плодородия почвы на урожайность зерна проса по вариантам опыта после внесения аммофоса показано на рисунке.

Воздействие содержания органического вещества и активности микроорганизмов в почве на урожайность зерна проса в севообороте и бессменном посеве после внесения аммофоса (2002–2021 гг.)
Effect of organic matter content and microbial activity in soil on yield of millet grain in crop rotation and permanent sowing after application of ammophos (2002–2021)

График показывает прямо пропорциональную зависимость: чем выше /ниже содержание органического вещества в почве и целлюлозолитической активности микроорганизмов, тем соответственно больше/меньше урожайность зерна проса по вариантам опыта или наоборот. Наилучшее влияние эти факторы оказывают на повышение продуктивности в V варианте посева.

В результате статистической обработки данных выявлено, что наибольшее влияние на повышение продуктивности проса из погодных факторов оказали июльские осадки в V варианте опыта, составив по выходу зерна, кормовых, энергетических и кормопротеиновых единиц соответственно: 27,91; 27,93; 27,96; 28,05 % с критерием уровня значимости 0,01 (табл. 5).

Таблица 5
Влияние основных факторов на повышение продуктивности проса  в двупольном севообороте с твердой пшеницей (2002–2021 гг.)

Примечание:^* Перед чертой — доля влияния фактора, %, после черты — коэффициент детерминации;^** Критерий уровня значимости множественной регрессии (p < 0,05).

Table 5
Influence of the main factors on increasing millet productivity under two-field crop rotation with durum wheat (2002–2021)

Note:^* Before the line — share of the factor’s influence, %; after the line — coefficient of determination;^** The criterion of significance level of multiple regression (p < 0.05).

Воздействие весенних запасов почвенной влаги на увеличение продуктивности проса наблюдалось под посевом после твердой пшеницы в двупольном севообороте и в слое почвы 0–30 и 0–100 см — от 20,71 до 25,96 % с уровнем значимости 0,02 и 0,04 (p < 0,05). Наилучшее влияние оказывает содержание нитратов в пахотном слое почвы 0–30 см после посева в двупольном севообороте с твердой пшеницей, повышая выход зерна проса на 71,80 %, кормовых — 71,78 %, энергетических — 71,55 %, кормопротеиновых единиц — 71,75 % при уровне значимости 0,000002 и 0,000003. Доля влияния подвижного фосфора находится в пределах 37,78…38,05 %, калия — 32,79…33,07 % с уровнем значимости 0,003 и 0,008 соответственно. Целлюлозолитическая активность почвы (разложение целлюлозы микроорганизмами) оказывает значительное воздействие на рост культуры и повышает выход зерна на 62,13 %, кормовых — 62,03 %, энергетических — 62,32 % и кормопротеиновых единиц — 61,93 % с критерием уровня значимости 0,00003. Наибольшая активность микроорганизмов в почве приводит к легкой доступности питательных веществ для роста и развития культуры. По другим вариантам опыта не установлено воздействие изучаемых факторов на повышение продуктивности.

На основании результатов исследования в степной зоне Южного Урала для повышения урожайности зерна проса до 1,21 т/га и более рекомендуется внедрять посевы после твердой пшеницы в двупольном севообороте с применением аммофоса под вспашку в осенний период.

Заключение

Установлено, что при внесении аммофоса с дозой 40 кг/га азота и фосфора (N40P40) действующего вещества под основную обработку почвы (осенняя вспашка) происходит повышение продуктивности проса после твердой пшеницы в двупольном севообороте по сравнению с контрольным посевом. Наибольший выход зерна проса составил 1,21 т, кормовых — 1,18, энергетических — 0,70, кормопротеиновых единиц — 0,65 т/га. Максимальная прибавка от удобрения по сравнению с контролем получена по выходу зерна на 0,45 т, кормовых единиц — 0,44, энергетических — 0,26, кормопротеиновых — 0,24 т/га. В V варианте опыта (наилучшее влияние) содержание нитратов и целлюлозолитической активности микроорганизмов в почве увеличило продуктивность проса соответственно на 71,55…71,80 % и 61,93…62,32 % (p < 0,05). Совместное воздействие выпавших осадков в июле, весенних запасов продуктивной влаги, активности микроорганизмов, питательных веществ (нитраты, подвижный фосфор, калий), наибольшего содержания органического вещества, гумуса и нейтральной кислотности в почве обеспечивает благоприятные условия для выращивания проса на удобренном агрофоне по предшественнику твердая пшеница в двупольном севообороте. В других вариантах посева выявлено, что основные факторы и минеральные удобрения в засушливых условиях вегетационного периода не влияют на повышение продуктивности проса.

Об авторах

Дмитрий Владимирович Митрофанов

Автор, ответственный за переписку.
Email: dvm.80@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7172-6904
SPIN-код: 8892-4092

кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник отдела земледелия и ресурсосберегающих технологий

Список литературы

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. Воздействие содержания органического вещества и активности микроорганизмов в почве на урожайность зерна проса в севообороте и бессменном посеве после внесения аммофоса (2002–2021 гг.)

Скачать (84KB)

Метаданные