Содержание к диссертации
Введение
1 Особенности системы удобрения люцерны и ее продуктивность .10
1.1 Действие и последействие макроудобрений .10
1.2 Влияние микроэлементов .25
2 Объекты, условия и методы исследований .30
2.1 Почвенно-климатические и агрометеорологические условия .30
2.2 Объекты и методика исследований 37
2.3 Агротехника в опыте 41
3 Действие микроудобрений на посевах люцерны при различных способах их применения .43
3.1 Предпосевная обработка семян .43
3.2 Некорневая подкормка растений .46
4 Последействие минеральной системы удобрения культур в севообороте на продукционный процесс люцерны 53
4.1 Содержание в почве подвижных форм элементов минерального питания растений в динамике .53
4.2 Содержание и динамика азота, фосфора и калия в растениях 67
4.3 Потребление и интенсивность поглощения элементов питания растениями люцерны 76
4.4 Биометрические показатели растений люцерны 80
4.5 Урожайность и качество зеленой массы люцерны 82
5 Баланс элементов питания в агроценозе люцерны 88
6 Баланс гумуса в почве .92
7 Вклад биологического азота люцерны в азотный фонд чернозема выщелоченного 96
8 Экономическая оценка последействия удобрений на посевах люцерны 102
Заключение 106
Предложения производству 109
Список литературы 110
Приложения 128
- Действие и последействие макроудобрений
- Содержание в почве подвижных форм элементов минерального питания растений в динамике
- Урожайность и качество зеленой массы люцерны
- Вклад биологического азота люцерны в азотный фонд чернозема выщелоченного
Действие и последействие макроудобрений
Люцерна – одна из самых ценных многолетних культур из семейства бобовые. Корм из люцерны является высокобелковым, богатым микроэлементами, витаминами и углеводами, что так необходимо для восстанавливающийся отрасли животноводства. В одном центнере этого растения (зеленой массе) примерно содержится: 6,5 г каротина, 4,8 кг протеина переваримого и одинаковое количество фосфора и кальция – 0,8 кг. Такое количество корма по питательность составляет 21 корм. ед. Эту культуру с давних времен называли не только «даром богов», но и «царицей трав» и это все – за ее прекрасные питательные качества. Многочисленные отечественные и зарубежные исследования отмечали высокую питательную ценность люцерны (Андреев Н. Г., 1961; Посыпанов Г. С., 1993; Шпаков А. С., 2001; Харьков Г. Д., 2001; Бжеумыхов В. С., 2002; Фигурин В. А., 2003; Шеуджен А. Х., Онищенко Л. М., Хурум Х. Д., 2005; Шрамко Н. В., 2008; Dent J., 1954; Nutman P. S., 1965; Gibson A. H., 1977; Hudd G. A., 1980).
Из-за сложных экономических условий, сложившихся в последние десятилетия, объемы применения удобрений резко снизились, минеральные удобрения, часто не были сбалансированы по составу, органических использовались в недостаточных количествах, это привело к значительному усилению процессов минерализации органического вещества в большинстве пахотных почв страны, что является причиной развития в них деградационных процессов (Венчиков А. И., 2008).
Совершенствованию элементов агротехнологий выращивания этой культуры, посвятили много работ J. Dent, 1954; М. Ф. Томмэ, 1964; P. S.Nutman, 1965; М. А. Инькова, 1973; Gibson A. H., 1977; А. Ф. Аванов, 1977; G. A. Hudd, 1980; И. В. Ананко, 2003; Н. В. Богуславская, 2008, А. А. Валов, 1985; Х. С. Юлдашев, 1990; В. П. Василько, 2007; 2013; Л. П. Вербицкая, 2007; Л. Г. Гор-ковенко, 2003; 2010; 2012; Е. В. Климова, 2005; М. А. Осипов, 2009, Т. Ф. Персикова, 2003; Х. Д. Хурум, 2009, А. Х. Шеуджен, 2015. Люцерна хорошо отзывается на внесение как минеральных, так и органических удобрений. В зарубежной литературе, да и в отечественных публикациях имеется много данных о влиянии удобрений на ее урожайность, но они достаточно дифференцированы. Как считает Л. Г. Горковенко (2003), связано это с тем, что действие как органических, так и минеральных удобрений определяется многими факторами. Плодородием почвы – агрометеорологическими условиями, содержанием в ней подвижных форм элементов минерального питания, гранулометрическим и структурным составом почвы, водно-воздушным режимом, микробиологической активностью, отзывчивостью сорта люцерны на агрохимические средства, а также формами, видами, способами и сроками внесения удобрений. С увеличением норм минеральных удобрений, применяемых под люцерну на выщелоченном черноземе, повышается количество содержащихся в почве подвижных форм элементов минерального питания растений, и создаются для формирования продуктивного урожая массы зеленой люцерны благоприятные условия (Дроздова В. В., Шеуджен А. Х., 2014).
Азот, по мнению А. Х. Шеуджена, A. B. Загорулько, Л. И. Громовой и др., (2009), является одним из элементов, входящих в состав органического вещества – белков, фосфатидов, хлорофилла, аминокислот, ферментов. Недостаток его ослабляет интенсивность фотосинтеза, замедляет процессы биосинтеза, тормозит темп образования белков, что приводит к изменению окраски листьев. Пожелтение начинается с нижних части растения, окраска листьев сначала светло-зеленая, а затем становится более желтой с оранжевыми и далее с красными оттенками. В дальнейшем недостаток элемента приводит к их высыханию и отмиранию. Наиболее характерный признак азотного голодания – задержка роста и развития, снижение количества образованных новых побегов, стебель растения становится тоньше, а также уменьшается размер вновь образованных листьев.
Особенность растений люцерны состоит в том, что необходимый для нее азот они получают из атмосферы при помощи уникальных штаммов азотфик-сирующих клубеньковых бактерий. Исследования Х. Г. Губайдулина, В.С. Еникеева (1982) и Б.Ф. Азарова (1995) сообщают, что от свойств почвы (физических, химических, агрохимических) зависят масштабы биологического связывания азота. Наибольшее количество жизнеспособных штамбов клубеньковых бактерий, как пишет М. И. Маслинкова (1985) находится в обыкновенных, типичных и выщелоченных черноземах, а также в аллювиальных и делювиальных почвах, а меньше всего заселены этими бактериями оподзоленные черноземы, светло-серые и каштановые лесные почвы.
В.И. Пахомова (2001) в своих исследованиях утверждает, что при помощи клубеньковых бактерий люцерна может только наполовину обеспечить себя азотом, а ранее по данным опытов В. А. Бенца, Г. А. Демарчука, А. Г. Закладной (1990) растения люцерны усваивали из воздуха 65–75 % азота, остальная же часть поглощалась из почвы и вносимых удобрений.
Учные сошлись во мнении, что для разных регионов России различны и дозы минеральных удобрений при возделывании люцерны и особенно разные цифры приводятся для внесения азота в почву. Ряд авторов утверждает, что при внесении минерального азота подавляется жизнедеятельность азотфиксирую-щих бактерий, что в свою очередь приводит к уменьшению числа образовавшихся клубеньков и соответственно снижения накопления азота в корнях люцерны, из чего следует что не повышается ни урожайность массы зеленой люцерны, ни количество семян. Другими исследованиями установлено, что на фоне фосфорно-калийных и отдельно фосфорных удобрений азотные способствуют повышению продуктивности люцерны и накоплению протеина в растениях.
На посевах люцерны эффективность удобрений, содержащих азот, как основной элемент зависит от плодородия почвы, на участке где выращивается культура, и от уровня культуры земледелия в хозяйстве. Всероссийский институт кормов, когда провел исследования привел данные, что сбор сухого вещества поднялся с 9,57 до 10,53 %, на 1–2 % уменьшилось количество содержащегося сырого протеина в первый и второй укосы на фоне применения от 40 до 90 кг/га удобрений с минеральным азотом. На основе этих данных сделаны выво-12 ды, что почти не нуждается на окультуренных почвах люцерна в азотных удоб рениях, из-за снабжения растения симбиотическим азотом вырабатываемым клубеньковыми бактериями. Нецелесообразным, как пишет Г. Д. Харьков (1989) было и внесение азотных удобрений на люцерновые посевы с минераль ным фоном P180K360, где средняя урожайность составляла 8,18 т/га, а с дополни тельным применением азотных удобрений она была на уровне N90 – 8,24; N180 – 8,74; N270 – 8,95; N360 – 8,84; N540 – 9,07 т/га. A. Х. Шеуджен, Л. М. Онищенко и Х. Д. Хурум (2005) приводят данные о том, что на Северном Кавказе в разных почвенно-климатических зонах, люцер ны выращивается на разных типах почв, и, следовательно, не идентично реаги ровала на подкормки азотом. Приводятся цифры, что при внесении N90, N120 и N180 на светло-каштановой почве за период вегетации сбор сена люцерны повы сился с 13,0 до 13,6; 14,1 и 14,0 т/га соответственно, с 14,2 до 17,1; 18,0 и 18,2 – на каштановой почве, а с 8,0 до 9,2; 9,6 и 10,4 т/га – на черноземе. B. И. Жаринов и B. C. Клюй (1983) в своих публикациях описывают – лю церна при pH почвы меньше 7 реагирует на применение азотных удобрений. У клубеньковых бактерий снижается азотфиксирующая способность, следователь увеличивается потребление азота из почвы и все это происходит на кислых почвах. А вот возделывание культуры на слабо кислых почвах, при хорошей обеспеченно сти подвижными формами фосфора и калия, эффективным является ежегодное внесение минерального азота до 80–90 кг/га. Ежегодное внесение азотных удобре ний незначительный эффект дает на нейтральных и щелочных почвах (рН 7), а лучшие результаты – это N30-40 пред посевом.
В начальный период развития и роста азотные удобрения положительно влияют на формирование высокопродуктивного урожая люцерны. В это время на корнях бактерии азотфиксаторы слабо развиты и не обеспечивают растения азотом атмосферы. Ускоряет их рост применение перед посевом 20–30 кг/га и даже 50–60 кг/га азотных удобрений. Данные нормы принято называть «стартовыми» (Лешков А. П., Назарюк В. М., Ткаченко Г. И., 1991). Ранневесенняя подкормка как агроприем может оказывать высокую эффективность, так как в это время мало азота в почве и микробиота угнетена вследствие низких зимних температур и ее вымывания осадками. Исследования на эту тему проводились на черноземе обыкновенном и показали, что азот в дозе N30-40 по фону N90P90K30 в среднем за три года обеспечил прибавку урожая массы зеленой люцерны – 157 ц/га, сбор кормовых единиц – 33,4 ц/га (Денисенко А. И., Кульчихин В. В., Малыхина В. Ф., 1990).
Мониторинг показателей люцерны: урожайность, образование клубеньков и формирование травостоя, подтверждает необходимость стартовых доз азота для раннего формирования всходов. Это азот не подавлял процессы азотфиксации, а наоборот восполнял его нехватку для растений в период отмирания или вообще отсутствия клубеньков. С увеличением дозы минерального азота от 20 до 60 кг/га поднялась и цифра густоты стояния растений люцерны сорта Спарта. Трехлетние исследования ранневесенней подкормки посевов синегибридной люцерны в норме N60 повлияли на формирование большего урожая массы зеленой люцерны – 947,5 ц/га и сена – 246,8 ц/га и это по сравнению с другими изучаемыми дозами (Бедило Н. А., 2016).
Содержание в почве подвижных форм элементов минерального питания растений в динамике
Внесение удобрений – действенный способ увеличения количества подвижных форм элементов питания для растений в почвах, что доказано многочисленными исследованиями. Установлено, что внесенные под люцерну удобрения, проявляют благоприятное действие на урожай культуры и в год их внесения, и в последующие года, к тому же с развитием корневой системы последействие удобрений проявляется в значительно большей мере. (Романенко А. А., Салфетников А. А., Кенийз В. В., 2008).
В системе почва – растение – удобрение изучая динамику содержания минерального азота, подвижного фосфора и калия возможно проследить последействие минеральных удобрений на питательный режим выщелоченного чернозема, и тем самым, на продукционный процесс самой главной почвоулучша-ющей культуры – люцерны.
В условиях стационарного опыта кафедры агрохимии установлено, что на первогодичных посевах люцерны, вносимые ранее под культуры севооборота минеральные удобрения оказывали существенное влияние на содержание минерального азота (N-N03 + N-NН4) в почве (приложение 22).
В слое почвы 0–20 см в период всходов средневзвешенное содержание азота варьировало от 9,2 мг/кг на варианте без применения удобрений (000) до 14,4 мг/кг при последействии тройных (333) норм полного минерального удобрения (рисунок 7).
Последействие двойных норм азотных (200) удобрений увеличивало показатель до 12,4 мг/кг (на 34,8%), а последействие одинарных (111) и двойных (222) норм полного минерального удобрения повышало средневзвешенное содержание минерального азота на этих вариантах до 13,1 (на 42,3 %) и 13,6 мг/кг (на 47,8 %), что в соответствии с группировкой (Сычв В. Г., 2010) почв по содержанию нитритного и аммонийного азота – очень высокое. Последействие двойных норм фосфорного (020) и калийного (002) удобрений в период всходов увеличило показатель по отношению к варианту без применения удобрений: 020 – 10,6 мг/кг (на 15,2 %) и 002 – 11,3 мг/кг (на 22,8 %).
После уборки ярового ячменя содержание минерального азота повысилось на всех вариантах опыта. На контроле (000) – 12,5 мг/кг, а наиболее контрастные варианты – с последействием: двойных норм азотного удобрения (200) – 14,8 мг/кг; двойных (222) – 18,1 и тройных (333) – 18,7 мг/кг норм полного минерального удобрения. Повышение содержания минерального азота в почве, видимо, связано с уменьшением его потребления растениями ярового ячменя.
Во время первого укоса средневзвешенное содержание минерального азота в слое почвы 0–20 см несколько увеличилось по сравнению периодом уборки ярового ячменя, в то время как на контроле (000) показатель равен 13,3 мг/кг. Последействие двойных норм азотного (200), фосфорного (020) и калийного (002) увеличило значение по сравнению с естественным уровнем плодородия (000), на 15,7 (15,4 мг/кг); 10,5 (14,7 мг/кг) и 12,7 % (15,0 мг/кг). На вариантах с последействием одинарных (111), двойных (222) и тройных (333) норм полного минерального удобрения показатели, следующие: 16,5; 17,9 и 18,5 мг/кг, что выше контроля на 24,0; 34,5 и 39,0 %.
В ноябре при проведении второго укоса средневзвешенное содержание минерального азота в 0–20 см слое почвы незначительно снижается, но при этом показатели остаются выше, чем в апреле, во время всходов.
На варианте с естественным уровнем плодородия (000) содержание азота составило 11,8 мг/кг; а с последействием односторонних двойных норм азотного (200), фосфорного (020) и калийного (002) удобрений – 14,0; 12,7; 13,4 мг/кг соответственно. Варианты с последействием одинарных (111), двойных (222) и тройных (333) норм полного минерального удобрения показали следующие значения: 14,4; 17,0 и 18,3 мг/кг, что выше контроля на 25,4: 44,0 и 55,0 % соответственно.
Данные по содержанию минерального азота в слое почвы 21–40 см представлено в приложении 22 и на рисунке 8. Самое низкое средневзвешенное содержание минерального азота в слое почвы 21–40 см наблюдается в период всходов: контроль (000) – 8,9 мг/кг, последействие односторонних двойных норм азотного (200), фосфорного (020) и калийного удобрения подняло значения на 29,2; 8,9 и 15,7 %, что соответствует 11,5; 9,7 и 10,3 мг/кг. Последействие одинарных (111), двойных (222) и тройных (333) норм полного минерального удобрения благоприятно сказалось на содержании минерального азота в слое почвы 21–40 см: 12,6; 13,2 и 13,7 мг/кг.
От фазы всходов до первого укоса показатели содержания минерального азота в слое 21–40 см плавно увеличиваются, а в ноябре во время второго укоса происходит их незначительное снижение, но цифры остаются выше, чем в апреле. На варианте с естественным уровнем плодородия значения по вышеперечисленным периодам следующие: 8,9; 12,0; 13,0 и 12,2 мг/кг. Наибольшее последействие оказали двойные нормы азотного (200) удобрения: 11,5; 14,5; 15,1 и 13,9 мг/кг, а также двойные (222) – 13,2; 16,4; 17,3 и 14,6 мг/кг и тройные нормы (333) полного минерального удобрения – 13,7; 17,1; 18,4 и 18,3 мг/кг соответственно по периодам исследований.
Таким образом, средневзвешенное содержание минерального азота в слое почвы 0–40 см увеличилось по отношению к варианту с естественным уровнем плодородия (000), во временно промежуток исследований (от всходов до 2-го укоса) и во всех удобренных вариантах опыта. Наибольшее последействие на содержание минерального азота в почве оказали двойные и тройные нормы полного минерального удобрения, применяемые в 3-й ротации зернотравяно-пропашного севооборота. Фосфорные и калийные удобрения оказывали несколько меньшее последействие на уровень обеспеченности чернозема выщелоченного, как в аммонийной, так и нитратной формой азота (Лукьянова Е. Н., 2014; 2017).
В период 20–25 дней, т.е. начало прорастания семян и до 6–7-го листика растения люцерны особо чувствительны к уровню фосфорного питания, при том, что как отмечает А. Х. Шеуджен (2013) она мало воспринимает труднорастворимые в воде формы фосфатов. Далее, когда растение уже способность корневой системы усваивать питательные вещества повышается. Поэтому важно своевременно проводить почвенную диагностику по выявлению количества подвижного фосфора в почве.
Минеральные фосфаты в почвах – главный резерв для пополнения запаса растворимых и усвояемых растениями соединений, в тоже время в почвах существуют подвижные соединения фосфора – вот они и являются наиболее ценными для роста, развития и питания растений (Шеуджен А.Х., 2005).
Важнейшим фактором, при определении уровня пищевого режима почвы под посевами многолетней бобовой культуры – люцерны является динамика содержания подвижных фосфатов. У выщелоченного чернозема есть особенности фосфорного режима. В данном случае наблюдается сильная подвижность соединений фосфора, доступных для потребления растениям, из-за того, что карбонаты кальция вымыты за пределы гумусового горизонта. Выщелоченный чернозем характеризуется гранулометрическим составом однородным по профилю почвы, большой мощностью гумусового слоя и накоплением подвижных фосфатов в верхних горизонтах почвы, но и выносится основная часть потребляемого фосфора из 0–20 см слоя почвы. В черноземах содержание фосфора хотя и уменьшается по профилю почвы (Онищенко Л. М., 2015), но запасы элемента достаточно значительны, что имеет очень важное значение для культур с глубоко проникающей корневой системой. Непосредственным источником фосфора для питания растений служат его минеральные формы. Исследования А. Х. Шеуджена (2018) говорят от том, что исходное содержание минерального фосфора в слое почвы 0–20 см составляло 27,9 %, в слое 21–40 см – 25,0 % от валового количества. Для минеральных соединений в общем фосфорном фонде – величина относительно постоянная, поэтому сокращение валового содержания этого элемента сопровождается уменьшением количества его минеральных форм.
В течение вегетации люцерны содержание подвижного фосфора в почве подвержено сезонной динамике, в опыте количество доступного фосфора увеличивается от уборки ярового ячменя к первому укосу. Во всех вариантах опыта, проведенного в поле, в соответствии с группировкой почв по обеспеченности подвижными формами элементов питания (Ягодин Б. А., 2002) содержание подвижного фосфора в почве колеблется от среднего до повышенного (приложение 23, рисунки 9 и 10). Последействие внесенных минеральных удобрений обуславливает повышение его содержания. Видимо, это происходит за счет водорастворимого фосфора удобрений и за счет мобилизации труднорастворимых фосфатов почв.
Средневзвешенное содержание фосфора в период всходов самое низкое и на контроле – 43,8 мг/кг в слое почвы 0–20 см, а в слое 21–40 см 41,1 мг/кг. Последействие односторонних норм азотного (200), фосфорного (020) и калийного (002) удобрений повысило показатель на 2,0; 17,3 и 10,5 %, что соответствует 44,7; 51,4 и 48,4 мг/кг в слое 0–20 см, а также на 5,8; 16,0 и 12,4 % (43,5; 47,7 и 46,2 мг/кг) – в более глубоком, 21–40 см. Одинарные (111), двойные (222) и тройные нормы полного минерального удобрения показали более контрастное последействие в сравнении с указанными вариантами. Средневзвешенное содержание фосфора в слое 0–20 см составило: 111 – 50,6; 222 – 51,4 и 333 – 55,8 мг/кг, что выше контроля на 15,5; 17,3 и 27,3 %, а в слое 21–40 см 111 – 48,3; 222 – 50,0 и 333 – 54,2 мг/кг, что также выше варианта с естественным уровнем плодородия на 17,5; 21,6 и 31,8 % соответственно.
Урожайность и качество зеленой массы люцерны
Минеральные удобрения, вносимые под культуры зернотравяно-пропашного севооборота, повышая содержание элементов минерального питания растений в почве, способствовали также увеличению продуктивности подпокровной культуры – люцерны первого года жизни.
Урожайность зеленой массы люцерны за период исследований (2013– 2015) отличалась по годам. На контроле (без внесения удобрений) за счет естественного плодородия в 2013 г. было получено 1,90 т/га, в 2014 – 4,10 и в 2015 – 4,46 т/га. Уровень продуктивности растений люцерны первого года жизни в 2013 г. наиболее низкий по сравнению с 2014 и 2015 гг. Это связано с тем, что год характеризовался неблагоприятными агрометеорологическими условиями: высокой, а порой аномально жаркой температурой воздуха и при отсутствии осадков, как в период всходов, так и в период отрастания, что отрицательно сказалось на урожайности культуры. Погодные условия 2014 и 2015 гг. были более благоприятны, что позволило растениям люцерны первого года жизни сформировать достаточно высокую урожайность.
В 2013 году на контроле получено 1,90 т/га зеленой массы люцерны. Азотные и фосфорные удобрения увеличивали урожайность до 3,06 и 3,16 т/га соответственно, что выше контроля на 61,0 и 66,3 %, или 1,16 и 1,26 т/га, соответственно. Калийные удобрения повышали продуктивность в несколько меньшей степени, и урожайность зеленой массы люцерны составила 2,90 т/га. Максимальная была – при последействии двойных и тройных норм полного минерального удобрения, составив 4,47 и 4,46 т/га, что существенно выше контроля.
В 2014 г. для формирования зеленой массы люцерны первого года жизни суммы температур и осадков было достаточно. Хотя данные по продуктивности в этом году были несколько ниже, чем в 2015 г., но в общем уровень продуктивности культуры был одинаков. Так, без применения минеральных удобрений урожайность зеленой массы люцерны первого года жизни по сравнению с 2015 г. отличается незначительно. Однако при последействии одинарных, двойных и тройных норм полного минерального удобрения в период исследований разница была равна 0,79; 0,87 и 1,17 т/га. Азотные, фосфорные и калийные удобрения в двойной норме в 2014 г. дали прибавку на 1,02; 0,72 и 0,63 т/га, по сравнению с контролем (4,10 т/га). Погодные условия 2014 г. хорошо сказались на вариантах с последействием одинарных, двойных и тройных норм полного минерального удобрения: показатель вырос на 25,3; 35,4 и 40,0 % соответственно. В 2015 г. погодные условия складывались благоприятно, что способствовало формированию более высокого урожая по сравнению с 2013 и 2014 гг. На естественном уровне плодородия чернозема выщелоченного, вовлеченного в сельскохозяйственное производство, было собрано 4,46 т/га зеленой массы люцерны первого года жизни. Азотные, фосфорные и калийные удобрения повышали урожайность культуры соответственно на 23,7; 14,7 и 10,9 %, она составила 5,52; 5,12 и 4,95 т/га. Сложившиеся в 2015 г. погодные условия положительно сказались на обеспеченности растений люцерны первого года элементами питания. Это позволило культуре сформировать более высокий урожай по сравнению с предыдущим периодом исследований. Внесение полного минерального удобрения в двойной и тройной нормах сформировало максимальный урожай зеленой массы люцерны первого года жизни. Анализ данных по урожайности показывает, что повышение нормы удобрений до тройной не целесообразно. Полученная прибавка зеленой массы люцерны показывает несущественные различия между этими вариантами (НСР05 = 0,48).
Среднее значение по трем годам исследований на варианте с естественным уровнем плодородия составило 3,49 т/га (таблица 11), и именно на нем отмечена минимальная урожайность во все годы исследований (приложение 29).
Анализируя среднюю урожайность зеленой массы люцерны первого года жизни, установили, что последействие двойных норм фосфорных и калийных удобрений дало наименьшую прибавку 25,2 и 20,0 %, или 0,88 и 0,71 т/га. Последействие двойной нормы азотного удобрения было более значительным, обеспечив 30,0 % прибавки зеленой массы люцерны или 1,08 т/га. Максимальная урожайность в среднем за три года исследований получена от последействия одинарных – 4,99 т/га (42,9 %, или 1,52 т/га), двойных – 5,48 т/га (57 %, или 1,99 т/га) и тройных – 5,70 т/га (63,3 %, или 2,21 т/га) норм полного минерального удобрения.
Последействие удобрений на урожайность и качество ярового ячменя было также положительным, данные приведены в приложении 30.
Нами установлено, что последействие минеральных удобрений не только увеличивало урожайность культур, но и повышало качество получаемой продукции (таблица 12).
Качество корма по содержанию сырого белка оценивается по 20-балльной шкале: при его количестве 15 % и более (в расчете на сухое вещество) – 20 баллов; 14,9–12,7 % – 16; 12,6–11,7 % – 12; 11,6–9,9 % – 9; 9,8–8,3 % – 6; 8,2–6,1 % – 3 балла; 6,0 % и менее – 0 баллов
В среднем за три года исследований при количестве сырого белка на контроле 11,4 % в пересчете на сухое вещество, качество корма оценивается 9 баллами. Внесение двойных норм фосфорного и калийного удобрений увеличило содержание сырого белка в зеленой массе до 11,6 и 11,9 %, что соответствует 9 и 12 баллам. Внесение двойной нормы азотного удобрения, а также одинарных и норм полного минерального удобрения способствовало увеличению количества сырого белка, и показатель повышался до 12,7 и 13,1 %. По 20-балльной шкале качество корма, полученное на этих вариантах, оценивается в 16 баллов. Максимально высокие баллы по этому показателю были получены на вариантах с двойными и тройными нормами полного минерального удобрения – 15,1 и 15,4 %, т. е. 20 баллов.
Одним из важных показателей активности симбиотической азотфиксации является белковая продуктивность посевов (таблица 13). Сбор белка дает сведения об эффективности последействия минеральных удобрений.
Как следует из таблицы, из-за аномальных агроклиматических условий сбор белка с урожаем был наименьшим в 2013 г. и увеличивался в 2014 и 2015 гг. За период исследований минимальные цифры показателя на варианте с естественным уровнем плодородия – 37,2 кг/га, а максимальные – с последействием двойных и тройных норм полного минерального удобрения – 83,9 и 89,9 кг/га. Последействие азотных, фосфорных и калийных удобрений в двойной норме, а также одинарных нормы полного минерального удобрения дали прибавку в среднем за три года 22,9; 15,0; 14,2 и 35,7 кг/га соответственно. Сбор белка пропорционален урожайности культуры и соответствует агроклиматическим условиям. При активной симбиотической азотфиксации растения лучше обеспечены биологическими формами азота, и как следствие, в них ак тивнее протекают процессы синтеза белка, т. е. увеличивается сбор белка продукции.
Таким образом, последействие минеральной системы удобрений в зерно-травяно-пропашном севообороте способствовало улучшению условий питания растений по-разному, что обусловило получение неодинакового урожая и его качества. Последействие внесения в одностороннем порядке фосфорных и калийных удобрений меньше всего повлияло на урожайность и качество зеленой массы люцерны первого года жизни. Наиболее эффективно повлияло на урожайность культуры, выращиваемой под покровом ярового ячменя, последействие двойной и тройной нормы полного минерального удобрения. В среднем за три года урожайность составила 5,48 и 5,70 т/га, что выше контроля на 1,99 и 2,21 т/га. Качество зеленой массы люцерны в обоих вариантах оценивается 20 баллами.
Вклад биологического азота люцерны в азотный фонд чернозема выщелоченного
В первой половине XIX в. исследователи в области азотного питания растений Жан Батист Буссенго (1836), а позднее Герман Гельригель (1862, 1886), стоявшие у истоков зарождения агрохимической науки и поиска источников азота, разъяснили причины «особого отношения бобовых растений к питанию азотом» и способности люцерны обогащать им почву. Д. Н. Прянишников (1965) отмечает убедительность фактов, установленных Г. Гельригелем, повторенных П. С. Коссовичем и окончательно доказанных Т. Шлезингом и Д. Лораном (1890), что накопление азота бобовыми происходит за счет свободного азота, а не углекислого аммония. Таким образом, констатация этих фактов дала возможность разрешить ключевые противоречия, возникающие при построении научных представлений в агрохимии со времен Ж. Буссенго, верного своему правилу «спросить мнение растения» (Прянишников Д. Н., 1965; Шеуджен А. Х., 2011).
В настоящее время методические и организационные основы проведения агроэкологического мониторинга в интенсивном земледелии отводят большую роль биологическому азоту, вовлекаемому в сферу земледелия посредством культуры бобовых, в частности люцерны. Агротехнология выращивания культуры должна способствовать максимальной симбиотической фиксации азота атмосферы, что позволит внести существенный вклад в азотный фонд почвы и ее плодородие. При этом потребность в азотных удобрениях для последующих культур в севообороте значительно снизится.
Во второй половине XX в. Е. Н. Мишустин и А. В. Петербургский (1967), отмечая значительную роль азота в питании растений, поставили этот элемент на первое место по положительному действию на урожай сельскохозяйственных культур (Мишустин Е. Н., 1967). Авторы приводят примерный подсчет ежегодного его выноса – 100–110 млн т, притом, что в 2016 г. химическая промышленность Российской Федерации произвела азотных удобрений около 9,38 млн т (в пересчете на 100%-й азот), если сравнить с предыдущим годом рост объема их производства составил 8,5 %, но на российский рынок поставлено только около 3,76 млн т, при этом доля аммонийной селитры для сельского хозяйства составляет 58 %. К началу XXI в. ситуация по внесению минеральных удобрений под сельскохозяйственные культуры несколько улучшилась. Однако в России их вносят 49 кг/га, а удобряемая площадь составляет 53 % от общей посевной (Москва П., 2017).
Поэтому в настоящее время по-прежнему актуальными остаются высказывания основоположника отечественной агрохимической науки, академика Д. Н. Прянишникова, который отмечал, что как бы ни было высоко производство минеральных удобрений, нечего и думать, что азотный вопрос можно решить только с помощью химической промышленности. В значительной степени он должен быть решен при помощи азотособирателей, т. е. биологическим путем (Прянишников Д. Н., 1965). Как свидетельствуют В. Ф. Вальков, Ю. А. Штомпель, И. Т. Трубилин (1996) слабая гумусность выщелоченного чернозема предопределила небольшое содержание в пахотном слое почвы азота – 0,16–0,18 %, которое редко доходит до 2,5 %. С глубиной оно постепенно уменьшается до 0,07–0,1 %. Общий азот почвы состоит из минерального, его доля от общего 7,3 % и органического – 92,7 % (Шеуджен А. Х., 2015). Основная часть азотного фонда в слое почвы 0–20 см приходится на долю негидроли-зуемого азота 76,5–83,2 % и только 11,6–12,6 % – на трудногидролизуемые соединения элемента. Легкогидролизуемая фракция азота, служащая первоисточником пополнения запасов его минеральных форм, составляет всего лишь 1,7– 2,5 %, что объясняет тот факт, что в черноземе выщелоченном, обладающем высоким запасом общего азота, для растений в первом минимуме находится азот (Вальков В. Ф., 1996; Шеуджен А. Х., 2013; 2014; 2015).
В длительных опытах с удобрениями практически либо отсутствуют, либо не обобщены данные по накоплению в почве органического вещества, общего и биологического азота при возделывании люцерны, которые необходимы для разработки эффективных и экологичных систем удобрения культур с учетом почвенно-климатических условий региона. Поэтому исследования по выявлению вклада биологического азота в почву при выращивании люцерны с целью исключения применения необоснованно высоких доз азотных удобрений актуальны.
До закладки стационарного опыта общее содержание азота в пахотном и в подпахотном слоях почвы было равно 2400 и 2000 мг/кг соответственно. После завершения третьей ротации севооборота в выщелоченном черноземе на варианте с естественным уровнем плодородия, по данным А. Х. Шеуджена (2015), отмечено снижение содержания азота соответственно до 2250 и 1900 мг/кг, что связано с его выносом с урожаем сельскохозяйственных культур, газообразными потерями вследствие денитрификации и с вымыванием незакрепленного азота выпадающими атмосферными осадками.
Вносимые под культуры севооборота минеральные удобрения, оказывали последействие на питательный режим выщелоченного чернозема, что в свою очередь сказалось на урожайности массы зеленой люцерны (таблица 16), которая на контроле составила 0,87 т/га. Двойные нормы азотного (200), фосфорного (020) и калийного (002) удобрения повысили показатель до 1,14; 1,09 и 1,05 т/га, что выше контроля на 31,0; 25,3 и 20,7 % соответственно. Дальнейшему повышению продуктивности культуры способствовали дифференцированные нормы полного минерального удобрения – одинарные (111), двойные (222) и тройные (333) нормы обеспечили прибавку урожая массы зеленой культуры по отношению к контролю – на 0,38; 0,50 и 0,55 т/га (43,7; 57,5 и 63,2 %).
В период проведения исследований по выявлению последействия минеральных удобрений на урожай культуры агрометеорологические условия различались, но в целом они были близкими к оптимальным, что позволило сформировать не только высокую продуктивность, имеющую различия, но и обеспечить существенный валовой сбор основной продукции. Азотные (200), фосфорные (020) и калийные (002) удобрения обеспечивали его на уровне от 0,018 до 0,016 т/га, а нормы полного минерального удобрения (111), (222) и (333) – 0,020; 0,022 и 0,023 т/га соответственно. Накопление общего азота в основной продукции на всех удобреннных вариантах варьировалось от 93 до 120 кг/га и зависело от количества активного органического вещества и накопления общего азота в основной продукции и объема сухой массы пожнивно-корневых остатков. Суммарное накопление общего азота в биомассе растений люцерны зависело не только от применяемых азотных (200), фосфорных (020) и калийных (002) удобрений – 147; 138 и 131 кг/га, но и от различных норм полного минерального удобрения (111), (222) и (333) – 164; 180 и 189 кг/га соответственно.
Накопление биологического с учетом коэффициента азотфиксации в пожнивно-корневых остатках и основной продукции было зафиксировано при использовании установленных нормативов для определения вклада биологического азота бобовых культур в баланс азота. Суммарное количество общего и биологического азота в почве под люцерной первого года жизни в зависимости от норм (111), (222) и (333) удобрений – 124; 137; 143 кг/га, что выше контроля на 36; 49 и 55 кг/га. Показатель суммарного азота при использовании азотных, фосфорных и калийных (200), (020) и (002) удобрений несколько ниже – 111; 104 и 99 кг/га соответственно (Нормативы для определения вклада биологического азота бобовых культур в баланс азота в России, 2013). Однако относительно контроля количество общего и биологического азота в почве под растениями люцерны первого года жизни больше, увеличение составило 23; 16 и 11 кг/га (26,1; 18,2 и 12,5 %).