Application of nitrogen fertilizers to spring wheat on meadowchernozem soil in the Omsk Irtysh region

Natalya A. Voronkova; Воронкова Наталья Артемовна; Nadezhda A. Tsyganova; Цыганова Надежда Александровна; Natalya F. Balabanova; Балабанова Наталья Федоровна; Victoria A. Volkova; Волкова Виктория Андреевна; Irina V. Pakhotina; Пахотина Ирина Владимировна

doi:10.22363/2312-797X-2024-19-1-61-75

Применение азотных удобрений под яровую пшеницу на лугово-черноземной почве в Омском Прииртышье

Авторы: Воронкова Н.А.¹, Цыганова Н.А.¹, Балабанова Н.Ф.¹, Волкова В.А.¹, Пахотина И.В.¹
Учреждения:
1. Омский аграрный научный центр
Выпуск: Том 19, № 1 (2024): Факторы устойчивой продуктивности животных: от геномики до терапии
Страницы: 61-75
Раздел: Растениеводство
URL: https://agrojournal.rudn.ru/agronomy/article/view/19991
DOI: https://doi.org/10.22363/2312-797X-2024-19-1-61-75
EDN: https://elibrary.ru/AONXDE

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Приведены результаты исследования эффективности дробного внесения азотных удобрений при возделывании яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Мелодия в условиях Омского Прииртышья на лугово-черноземной среднемощной среднегумусовой тяжелосуглинистой почве. Цель исследований — установить эффективность дробного внесения азотных удобрений в зависимости от уровня обеспеченности лугово- черноземной почвы подвижным фосфором на урожайность и качество зерна яровой мягкой пшеницы в условиях Омского Прииртышья. Для решения поставленной цели был заложен трехфакторный полевой опыт (2×4×2). Фактор А — фосфорный фон: 1) без применения удобрений; 2) внесение Р₃₀, д. в./га; фактор В — основное внесение аммиачной селитры в возрастающих дозах: 0, N₃₀, N₄₅, N₆₀; фактор С — некорневая подкормка ПЛАВом (смесь аммиачной селитры и карбамида) в дозе N₃₀: 1) однократная в фазу колошения; 2) двукратная в фазы колошения и молочной спелости. Установлено, что наиболее эффективно основное внесение азотно-фосфорных удобрений в дозах N_30–45P₃₀, урожайность в этих вариантах возросла на 40…48 % в сравнении с неудобренным фоном за счет увеличения массы тысячи зерен (r = 0,40…0,42), продуктивной кустистости (r = 0,83). Агрономическая окупаемость 1 кг д. в./га внесенных удобрений в этих вариантах составила 21,5 и 19,9 кг зерна и 7,5 и 6,1 кг прибавкой в сборе белка. Применение поздних некорневых азотных подкормок независимо от их кратности не повлияло на повышение урожайности и качества зерна пшеницы. Таким образом, дробное внесение азотных удобрений в годы с недостаточным увлажнением (ГТК 0,6–0,7) нецелесообразно.

Ключевые слова

яровая мягкая пшеница, подвижный фосфор, дробное внесение, подкормка, урожайность, качество зерна

Полный текст

Введение

Яровая пшеница — важнейшая зерновая культура, обеспечивающая около 23 % мирового производства зерна. В настоящее время в структуре возделываемых в РФ культур она занимает более 72 % посевной площади зерновых и зернобобовых культур. Сибирская пшеница, благодаря почвенно- климатическим особенностям региона, а также в силу сортовой специфики, отличается высокими технологическими свойс твами. В то же время средняя урожайность пшеницы в регионе находится на уровне 1,50…1,80 т/га и менее, что связано с засушливостью климата в последние годы, нарушением зональных агротехнологий, ограниченным применением удобрений и другими факторами [1]. Одним из ведущих приемов, обеспечивающих высокую продуктивность агроценозов и получение высококачественной продукции, является применение удобрений [2–4].

Многочисленными полевыми исследованиями с удобрениями [4–6] установлено, что урожайность и качество зерна сельскохозяйственных культур, в т. ч. и пшеницы, обеспечивается только при таком режиме минерального питания, при котором достигается сбалансированное соотношение азота, фосфора и калия. Агрохимическое обследование Омской области в последнее десятилетие отмечает низкую и очень низкую обеспеченность пахотных почв доступным азотом [7], в особенности по непаровым предшественникам, что при неравномерной обеспеченности пашни фосфором и калием требует, в первую очередь, регулирования азотного питания. Так, в фазу кущения потребление азота яровой пшеницей составляет 20 %, к периоду выхода в трубку поглощается до 45, к колошению — до 98 % от общего количества [8]. Дефицит азота невозможно компенсировать применением его в последующие фазы. Одним из источников реализации потребности в азоте является внесение азотсодержащих удобрений. На применение азотных удобрений растения пшеницы реагирует по-разному и в этой связи важно выявить их эффективность, особенно в критические фазы, когда отзывчивость культуры на удобрение достаточно высока [9].

Изучению реакции различных культур и сортов сельскохозяйственных культур на сроки, нормы применения азотных удобрений посвящены исследования сибирских ученых [9–12]. Актуальными становятся вопросы по форме применения этих удобрений и дифференциации по фазам развития растений. На черноземных почвах Центрально- Черноземной зоны установлена высокая эффективность жидкого карбамидно- аммиачного удобрения в дозе N₃₀ в фазу кущения яровой мягкой пшеницы в сочетании с основным применением азотных удобрений [13]. Максимальная урожайность яровой пшеницы получена учеными Омского аграрного университета при совместном припосевном внесении и азотной подкормке в течение вегетации в суммарной дозе 60 кг/га [12]. В исследованиях ученых Самарского государственного аграрного университета установлена более высокая эффективность жидких минеральных удобрений в сравнении с твердыми при их дробном внесении перед посевом и по вегетации, что увеличивало урожайность твердой пшеницы на 30 % [14]. В лабораторных условиях В.Е. Вертебным и соавторами доказано положительное действие жидкого азотного удобрения (ПЛАВ) на развитие растений на ранних стадиях роста [15].

Известно, что недостаток азота, как правило, ограничивает использование фосфора и, соответственно, снижает эффективность фосфорных удобрений [16]. Оптимальное соотношение между азотом и фосфором улучшает усвоение и реутилизацию фосфора растениями. Кроме того, под влиянием аммиака и нитратов возрастает подвижность и доступность фосфатов почвы и из удобрений [17]. Зачастую низкое содержание фосфора и нарушение баланса основных элементов в питании растительного организма приводит не только к существенному недобору урожая, но и к ухудшению его качества [17].

Цель исследования — установить эффективность дробного внесения азотных удобрений в зависимости от уровня обеспеченности лугово- черноземной почвы подвижным фосфором на урожайность и качество зерна яровой мягкой пшеницы в условиях Омского Прииртышья.

Материалы и методы исследования

Исследования проводились в 2020–2021 гг. в длительном стационарном опыте лаборатории агрохимии ФГБНУ «Омский АНЦ» в зернопаровом севообороте с выводным полем люцерны (пар чистый — озимая пшеница — яровая пшеница — яровая пшеница — овес). Предшественник яровой мягкой пшеницы — озимая пшеница. Почва опытного полигона — лугово- черноземная среднемощная тяжелосуглинистая со средним содержанием гумуса (6,7 % по Тюрину), нейтральной реакцией почвенного раствора (pH 6,75…6,82). Содержание нитратного азота в почве перед посевом яровой мягкой пшеницы независимо от фона было низким — 6,6…7,7 мг/кг почвы, к уборке культуры на фоне Р₀ — 3,5, на фоне Р₃₀ — 6,9. Обеспеченность подвижным фосфором (по Чирикову) на фоне без удобрений была повышенной — 111, на удобренном фоне высокой — 189, к уборке культуры — 117 и 163 мг/кг соответственно. Содержание обменного калия в почве (по Чирикову) не зависимо от фона было очень высоким (211…290 мг/кг).

Объект исследования — яровая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) сорта Мелодия, созданного в ФГБНУ Омский аграрный научный центр (Омская 19 (Ae. Cylindrica) × Лютесценс 6747) и характеризующегося средней урожайностью 25,1 ц/га с массой 1000 зерен до 38,0 г. Сорт среднеспелый устойчив к осыпанию и полеганию, засухе и поражению пыльной головней. По мукомольно-х лебопекарным качествам сорт отвечает требованиям, предъявляемым к ценной пшенице [18].

Опыт трехфакторный (2×4×2). Фактор А — фосфорный фон: 1) без применения удобрений (Р₀); 2) внесение Р₃₀ кг д. в./га (Р₃₀); фактор В — основное внесение аммиачной селитры: 1) 0 (контроль); 2) N₃₀; 3) N₄₅; 4) N₆₀; фактор С — некорневая подкормка (НП) раствором азотного удобрения (ПЛАВ) в дозе N₃₀: 1) НП в фазу колошения (НП₁); 2) НП в фазу колошения и в фазу молочной спелости (НП₂). Расход рабочего раствора 200 л/га. ПЛАВ — раствор 22 кг аммиачной селитры и 45 кг карбамида в физическом весе, разведенные в 200 л воды. Азот в ПЛАВе представлен в трех формах: аммиачной, нитратной и амидной.

Погодные условия в годы исследований характеризовались значительным недобором осадков и повышенными в сравнении с многолетними данными среднесуточными температурами. В 2020 г. в среднем за период вегетации пшеницы ГТК составил 0,60; в 2021 г. — 0,70, что свидетельствует о сложившихся засушливых условиях. Посев проводили с использованием сеялки С3С-3,6 с нормой высева 5 млн всхожих семян на 1 га с последующим прикатыванием катками ЗККШ-6. Аммофос вносили локально до посева. По мере появления сорняков проводилась фоновая гербицидная обработка. Урожайность учитывали путем поделяночного обмолота с пересчетом на стандартную влажность 14 %.

Определение содержания основных элементов минерального питания в почве, а также основных показателей качества зерна, структурный анализ урожая проводили по общепринятым методикам.

Статистическая обработка данных проведена методами математической статистики с помощью программного обеспечения Exсel и Statist.

Результаты исследования и обсуждение

Оценка эффективности дробного внесения удобрений совпала с неблагоприятными погодными условиями (почвенная и воздушная засуха) в вегетационный период яровой пшеницы. В наших исследованиях урожайность пшеницы изменялась в широком диапазоне от 1,99 до 4,13 т/га зерна в зависимости от изучаемых факторов. В варианте без удобрений (контроль) урожайность пшеницы в среднем за годы эксперимента составила 2,15 т/га зерна (рис. 1).

Анализ урожайных данных показал, что преимущество дробного применения азотных удобрений в годы исследований не установлено — в варианте внесения N₃₀ в виде подкормки урожайность составила 2,29 т/га, в то время как основное внесение N₃₀ позволило получить 2,46 т/га зерна, дробное внесение N₆₀ по вегетации также не обеспечило существенного увеличения урожайности (2,27 т/га). При этом применение той же дозы N₆₀, но в основное внесение, обеспечило уже 2,52 т/га зерна. Учитывая рекомендации по разработке системы удобрений на черноземных почвах [5], использование фосфорного удобрения в дозе P₃₀ обеспечило прибавку 0,64 т/га зерна в сравнении с неудобренным фоном. На фоне основного внесения азотных удобрений N_30–60^Р₃₀ в среднем получена прибавка 0,92 т/га зерна. Максимальные прибавки в опыте получены на фоне Р₃₀ при основном внесении азотных удобрений в вариантах N₃₀ и N₄₅ — 1,29…1,49 т/га зерна соответственно. На данном фоне преимущества дробного применения азотных удобрений также не установлено. Так, в варианте N₃₀Р₃₀ + НП₁ получено 3,46 т/га, а при проведении двукратной подкормки НП₂ урожайность культуры не увеличивалась (3,21 т/га).

Рис. 1. Влияние внесения удобрений на урожайность яровой пшеницы в зависимости от фосфорного фона: а — фон Р₀; б — фон Р₃₀(НСР₀₅ А — 0,23; В — 0,33; С — Fф < Fт; АВС — 0,80)
Источник: сделано авторами

Fig. 1. The effect of fertilization on yield of spring wheat depending on the phosphorus background: a — Background P₀; б — Background P₃₀(LSD₀₅ А — 0.23; В — 0.33; С — Ff < Ft; АВС — 0.80)
Source: created by the authors

При внесении азотных удобрений в дозах N_30–45–60 на фоне P₀ в среднем по фактору прибавка составила 0,39 т/га зерна, а на фоне P₃₀ — 0,68 т/га, то есть эффективность удобрений возросла на 74 %. Максимальная прибавка от основного внесения азотных удобрений получена в варианте N₄₅ — 0,50 и 0,85 т/га зерна соответственно на фонах P₀ и P₃₀. Следует отметить, что при увеличении дозы свыше 45 кг д. в. /га наблюдалась тенденция снижения отзывчивости культуры на удобрения на обоих фонах (рис. 2).

Рис. 2. Влияние основного внесения азотных удобрений на урожайность яровой пшеницы
Источник: сделано авторами

Fig. 2. Effect of the main application of nitrogen fertilizers on yield of spring wheat
Source: created by the authors

Статистическая обработка массива данных показала, что влияние фактора некорневых подкормок на урожайность пшеницы было несущественным (F_ф < F_т). Наибольшая прибавка от некорневых подкормок получена только на неудобренном фоне в вариантах однократной подкормки N₆₀+НП₁ — 0,25 т/га и двукратной подкормки N₃₀+НП₂ — 0,29 т/га. Это не более 12 % в сравнении с вариантами без подкормки.

Таким образом, мы установили, что при возделывании яровой пшеницы по непаровому предшественнику наиболее результативно применение азотно- фосфорных удобрений в дозах N_30–45^P₃₀. Эффективность поздних азотных подкормок в годы с недостаточным увлажнением в течение вегетационного периода (ГТК 0,6…0,7) несущественна.

Статистическая обработка данных по выявлению доли вклада влияния изучаемых факторов на формирование урожайности пшеницы приведена на рис. 3.

Рис. 3. Доля влияния изучаемых в опыте факторов на урожайность яровой пшеницы
Источник: сделано авторами

Fig. 3. The share of influence of the studied factors on yield of spring wheat
Source: created by the authors

Фактор внесения фосфорных удобрений в опыте определил итоговую продуктивность культуры, влияние основного внесения азотных удобрений, а также сочетание факторов внесения фосфорных удобрений и применения подкормок было равнозначным: 10…12 %. Вклад фактора подкормок, а также различные сочетания других факторов были незначительны: 2…4 %.

Структурный анализ урожая — очень важная часть исследовательской работы [19], позволяющий выявить наиболее модификационные элементы структуры урожая в зависимости от изучаемых факторов: масса тысячи семян, продуктивная кустистость, длина колоса. Установлено, что в вариантах максимальной урожайности N₃₀ и N₄₅ на фоне Р₃₀ связь массы тысячи семян с продуктивностью культуры была средняя (r = 0,40; 0,42). В то же время, в вариантах N₃₀ и НП₂ на фоне P₀ отмечена сильная степень взаимосвязи этого показателя с урожайностью (r = 0,86; 0,95). При установлении зависимости урожайности от продуктивной кустистости в вариантах N₄₅ и НП₁ на фоне P₀ получены коэффициенты корреляции 0,62 и 0,70. На фоне P₃₀ в варианте N₃₀ связь между ними была сильная (r = 0,83). Применение азотных подкормок несущественно изменяло длину колоса в варианте НП₁ на фоне P₀ (r = 0,49).

Результатами многочисленных исследований подтверждено, что существенным фактором увеличения качества зерна пшеницы является применение на поздних стадиях онтогенеза азотных удобрений [20, 21]. Важнейший показатель оценки качества зерна, его технологической и пищевой ценности — содержание белка в зерне. В нашем опыте за годы исследований оно изменялось от 15,8 до 17,4 %. При этом было установлено, что долевое участие изучаемых факторов в синтезе белка распределялось таким образом: фактор А — 2 %, В — 64 %, С — 18 % и АВС — 16 %. Корреляционный анализ зависимости содержания белка от внесенных доз удобрений описывается уравнением прямой зависимости y = 0,009x + 16,09 (r = 0,64). Этот расчет подтверждает значимость азотных удобрений в изменении белковости зерна. Нами выявлено, что действие азотных удобрений в возрастающих дозах на содержание белка проявлялось только на фоне Р₀ (табл. 1).

Таблица 1. Показатели качества зерна яровой пшеницы

Фактор	Вариант	Содержание белка, %	Натура зерна, г/л	Стекловидность, %	Содержание клейковины, %
Фактор В	N0	15,9/16,2*	732/737	53/53	32/31
	N₃₀	16,8/16,4	731/739	53/53	32/31
	N₄₅	17,0/16,7	729/732	54/55	34/34
	N₆₀	16,7/16,7	736/736	54/55	33/34
Фактор С	НП₀	16,4/16,4	735/734	53/54	32/33
	НП₁	16,5/16,6	731/734	54/54	32/33
	НП₂	16,9/16,7	730/741	54/54	35/33
Среднее по факт. А	Р0	16,6	732	54	33
Среднее по факт. А	Р₃₀	16,6	736	54	33
НСР₀₅ А В С	Fф<Fт 0,5 Fф<Fт	Fф<Fт	Fф<Fт	Fф<Fт	Fф<Fт

Примечание. * — по фону Р₀; ** — по фону Р₃₀.

Table 1. Spring wheat grain quality indicators

Factor	Variant	Protein content, %	Grain size, g/l	Glassiness, %	Gluten content, %
Factor В	N0	15.9/16.2*	732/737	53/53	32/31
	N₃₀	16.8/16.4	731/739	53/53	32/31
	N₄₅	17.0/16.7	729/732	54/55	34/34
	N₆₀	16.7/16.7	736/736	54/55	33/34
Factor С	Foliar feeding 0	16.4/16.4	735/734	53/54	32/33
	Foliar feeding 1	16.5/16.6	731/734	54/54	32/33
	Foliar feeding 2	16.9/16.7	730/741	54/54	35/33
Average by factor А	Р0	16.6	732	54	33
Average by factor А	Р₃₀	16.6	736	54	33
LSD₀₅ А В С	Ff < Ft 0,5 Ff < Ft	Ff < Ft	Ff < Ft	Ff < Ft	Ff < Ft

Note: * — by background Р₀; ** — by background Р₃₀.

В среднем по фактору В содержание белка возросло на 0,8…1,1 % абсолютной величины. Максимальный прирост белка в зерне пшеницы наблюдался в варианте N₄₅ на фоне Р₀. Концентрация белка в зерне в вариантах дробного внесения азотных удобрений на фоне Р₃₀ изменялась в пределах наименьшей существенной разницы.

Важнейшим показателем качества зерна пшеницы является содержание клейковины, которое предопределяет хлебопекарное достоинство зерна и полученной из него муки. Только при количестве клейковины в зерне не менее 25 % можно получить хлебопекарную муку стандартного качества. В нашем опыте получено зерно с показателями натуры 729…741 г/л, стекловидности 53…55 %, содержания клейковины 31…35 % независимо от вариантов опыта.

В качестве итогового анализа мы сделали расчет агрономической окупаемости 1 кг д. в. внесенных удобрений полученными прибавками урожайности и сбора белка (табл. 2).

Таблица 2. Агрономическая окупаемость, кг/кг

Вариант	НП₀	НП₁	НП₂
Фон Р₀
N0	0/0	4,7/0,8	2,0/0,4
N₃₀	10,3/2,4	5,0/1,1	6,7/1,5
N₄₅	11,1/2,4	7,6/1,6	3,6/1,0
N₆₀	6,2/1,3	6,9/1,4	3,4/1,0
Фон Р₃₀
N0	21,3/3,7	8,8/1,6	8,3/1,4
N₃₀	21,5/7,5	14,6/2,6	8,8/1,6
N₄₅	19,9/6,1	9,9/1,9	9,6/1,9
N₆₀	13,0/3,4	10,3/1,9	7,6/1,5

Примечание. Окупаемость 1 кг д. в. прибавкой: * — урожая; ** — белка.

Table 2. Agronomic payback, kg/kg

Variant	Foliar feeding 0	Foliar feeding 1	Foliar feeding 2
Background Р₀
N0	0/0	4.7/0.8	2.0/0.4
N₃₀	10.3/2.4	5.0/1.1	6.7/1.5
N₄₅	11.1/2.4	7.6/1.6	3.6/1.0
N₆₀	6.2/1.3	6.9/1.4	3.4/1.0
Background Р₃₀
N0	21.3/3.7	8.8/1.6	8.3/1.4
N₃₀	21.5/7.5	14.6/2.6	8.8/1.6
N₄₅	19.9/6.1	9.9/1.9	9.6/1.9
N₆₀	13.0/3.4	10.3/1.9	7.6/1.5

Note: payback of 1 kg of the active substance by adding: *— crop; **— protein.

Установлено, что на неудобренном фоне наибольшая окупаемость удобрений была в вариантах основного внесения азотного удобрения в дозах N₃₀ и N₄₅. Максимальная окупаемость получена при основном внесении азотных удобрений на фоне Р₃₀: в вариантах N₃₀ и N₄₅ окупаемость составила 21,5 и 19,9 кг зерна с гектара; 7,5 и 6,1 кг белка с гектара соответственно.

Заключение

Таким образом, было установлено, что эффективность минеральных удобрений в условиях рискованного земледелия в большей степени зависит от погодных условий, складывающихся в течение вегетационного периода. Эффективность дробного внесения азотных удобрений в годы эксперимента при ГТК 0,6…0,7 не установлена, она не зависела от кратности обработок и не обеспечила существенных прибавок в урожайности и улучшения качества зерна. Максимальная прибавка урожайности получена в вариантах основного внесения N_30–45^P₃₀ — 0,98…1,18 т/га зерна (40…48 %) за счет увеличения массы тысячи зерен (r = 0,40…0,42), продуктивной кустистости (r = 0,83). Агрономическая окупаемость одного кг д. в./га внесенных удобрений в этих вариантах составила 21,5 и 19,9 кг зерна с гектара; 7,5 и 6,1 кг белка с гектара.

Об авторах