Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изучаемого вопроса 8
2. Почвенно-климатические условия и методика проведения опыта 24
2.1 Характеристика почвенного покрова опытно-производственного участка 24
2.2 Характеристика сорта яровой пшеницы Новосибирская 31 29
2.3 Климатические и погодные условия лесостепной зоны Северного Зауралья 30
2.4 Методика исследований и схема опыта 37
2.5 Агротехника в опыте
3. Методика создания электронных карт для дифференцированного внесения минеральных удобрений посевным комплексом John Deere 730 45
4. Влияние дифференцированного внесения минеральных удобрений по элементарным участкам на агрохимические, биологические, показатели плодородия и водный режим чернозема выщелоченного 62
4.1 Агрохимические показатели и пищевой режим яровой пшеницы 62
4.1.1 Нитратный режим питания яровой пшеницы 62
4.1.2 Тканевая диагностика и расчет подкормки 81
4.1.3 Фосфорное и калийное питание яровой пшеницы 90
4.1.4 Обменная кислотность
4.2 Водный режим почвы и водопотребление яровой пшеницы 102
4.3 Микробиологическая активность почвы 107
5. Урожайность и качество зерна яровой пшеницы при дифференцированном внесении минеральных удобрений в почву при посеве в режиме off-line 112
5.1 Урожайность яровой пшеницы и её структура 112
5.2 Качество зерна яровой пшеницы 121
6. Экономическая и биоэнергетическая оценка эффективности применения дифференцированного внесения минеральных удобрений с использованием космических систем 126
6.1 Экономическая эффективность дифференцированного внесения аммиачной селитры в почву при посеве 126
6.2 Биоэнергетическая эффективность дифференцированного внесения минеральных удобрений одновременно при посеве 133
Заключение 140
Предложения производству 143
Библиографический список
- Характеристика сорта яровой пшеницы Новосибирская
- Методика исследований и схема опыта
- Тканевая диагностика и расчет подкормки
- Качество зерна яровой пшеницы
Введение к работе
Актуальность. Почвенный покров в Западной Сибири неоднороден. Даже на одном поле может находится несколько типов и видов почв с резкими колебаниями показателей их плодородия. В рекомендациях производству учёные предлагают элементы технологии для конкретной почвы, что в реальных условиях товаропроизводителю трудно выполнить из-за существующей пестроты полей по почвенному плодородию. Геоинформационные системы позволяют обработать большой спектр данных о космических и земных факторах продуцирования агроэкосистем, сделать глубокий анализ их значимости в формировании продуктивности растений и разработать технологию возделывания культур для хозяйства, поля и конкретного участка с учётом состояния почвенного плодородия и требования растений (Якушев В.П., 1999; Кирюшин В.И., Власенко А.Н., 2002; Афанасьев Р.А., 2010; Абрамов Н.В., 2013).
Важным элементом питания в получении высоких урожаев
сельскохозяйственных культур является азот, который из агрохимических показателей плодородия почв Тюменской области находится в минимуме.
Использование балансового метода для расчета минеральных удобрений в среднем по полям севооборотов не обеспечивает сбалансированность минерального питания агроценозов из-за большой пестроты полей. Решить проблему равномерности азотообеспечения культурных растений позволит дифференцированное внесение минеральных удобрений с учетом содержания их в почве по элементарным участкам и планируемой урожайности культур при использовании космических систем.
Цель исследования: установить влияние дифференцированного внесения азотных удобрений при посеве с использованием спутниковых навигационных систем на урожайность яровой пшеницы и пищевой режим чернозёма выщелоченного в условиях Северного Зауралья.
Задачи исследования:
1. Разработать новую систему дифференцированного внесения минеральных
удобрений с использованием спутниковых навигационных систем;
2. Изучить состояние азотного режима чернозёма выщелоченного при
дифференцированном внесении аммиачной селитры;
-
Установить планируемую урожайность яровой пшеницы, при которой целесообразно дифференцированное внесение азотных удобрений в режиме offline;
-
Определить пространственную вариабельность содержания нитратного азота в слое 0-40 см чернозема выщелоченного для использования дифференцированного внесения азотных удобрений по элементарным участкам поля;
5. Дать экономическую и биоэнергетическую оценку дифференцированного
внесения аммиачной селитры в режиме off-line.
Научная новизна. Разработана методика создания электронных карт полей
для дифференцированного внесения минеральных удобрений в режиме off-line.
Определён порядок использования системы ГЛОНАСС, GPS для
дифференцированного внесения минеральных удобрений. Оптимизирован
азотный режим в агроценозах с использованием спутниковых навигационных систем при внесении азотных удобрений одновременно с посевом яровой пшеницы. Дифференцированное внесение азотных удобрений позволило равномерно распределить удобрения по элементарным участкам поля с учетом содержания нитратного азота в почве и планируемого урожая.
Расход азотных удобрений на планируемую урожайность яровой пшеницы 3,0 т/га сократился в целом на 8-84 кг/га по сравнению с традиционным способом их внесения, при этом себестоимость производства яровой пшеницы снизилась на 469 руб./га.
Практическая значимость результатов исследований. Внедрение системы дифференцированного внесения аммиачной селитры по элементарным участкам даст возможность получить прибыль 8346 руб./га при рентабельности 55 % возделывания яровой пшеницы. Оптимизация минерального питания с учетом гетерогенности полей по плодородию обеспечивает однородность составляющих структуры урожая, одновременность наступления фаз развития яровой пшеницы и созревания урожая. Внесение азотных удобрений при посеве в режиме off-line с использованием навигационной системы приводит к их экономии относительно традиционного способа.
Основные положения, выносимые на защиту. Дифференцированное внесение аммиачной селитры при посеве по элементарным участкам поля в режиме off-line оптимизирует минеральное питание яровой пшеницы на полях с высокой вариабельностью запасов нитратного азота и обеспечивает экономию удобрений на 5,1-56,3 %.
Личный вклад автора. Диссертационная работа выполнена автором лично. Соискатель провел анализ и обобщение литературных источников. Проведение научно-производственного опыта, отбор почвенных и растительных образцов, их пробоподготовке и лабораторном анализе. Соискателем лично выполнены необходимые расчеты и статистическая обработка экспериментальных данных.
Апробация работы: Результаты исследований докладывались на заседаниях
кафедры почвоведения и агрохимии ГАУ Северного Зауралья в 2012, 2013, 2014
гг.; на конференциях: «Научно – техническое творчество молодежи – путь к
обществу, основанному на знаниях», (Москва, 2012); победитель программы
«УМНИК» (Тюмень, 2012); «SASCHA», организованной Университетом
прикладных наук, (Германия, г. Оснабрюг, 2012); «Инновационное развитие АПК
Северного Зауралья» (Тюмень, 2013); «Геоинформационные технологии в
сельском хозяйстве» (Оренбург, 2013); «Перспективы развития АПК в работах
молодых ученных» (Тюмень, 2014); «Всероссийский конкурс на лучшую научную
работу среди студентов, аспирантов и молодых учёных высших учебных
заведений Министерства Сельского хозяйства РФ в номинации
«Сельскохозяйственные науки»», (Тюмень, Самара, 2014); «Студенты вузов – школе и производству», (Ишим, 2014); «Всероссийский день агрохимического поля» Демонстрация технологических процессов в агрохимии с использованием космических систем (Тюмень, 2015).
По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов исследований соискателями ученных степеней.
Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на 203 страницах и содержит: введение, 6 глав печатного текста с 27 рисунками и 18 таблицами, заключение, предложения производству, список использованной литературы из 251 наименований, включая 13 зарубежных авторов, и 34 приложений.
Характеристика сорта яровой пшеницы Новосибирская
Результаты сплошного почвенного агрохимического обследования свидетельствуют о тенденции снижения доступного калия в пахотном слое почвы, что может негативно влиять на эффективность азотных и фосфорных удобрений (Середина В.П., 1984; Якименко В.Н., 2003; Прокошев В.В., Дерюгин И.П., 2005).
Калийные удобрения способствуют сбалансированному фосфорному и азотному питанию (Муравин Э.А., 2004). Однако, на легких почвах по гранулометрическому составу применение калийных удобрений более эффективно, чем на почвах тяжелого состава.
Урожайность сельскохозяйственных культур слабо зависит от содержания калия в почве, однако рядом ученых установлена связь продуктивности отдельных культур с обеспеченностью их К2О (Пчелкин В.У., 1966; Забавская К.М., 1980; Пивоварова Е.Г., 1993; Ильин В.Б., Смирнов Н.В., 1994; Минеев В.Г., 1999; Носко Б.С., 1999; Никитишен В.И. и др., 2000; Середа Н.А. и др., 2009).
Прибавка урожайности от полного применения удобрений варьирует от 0 до 27 % и зависит от почвенно-климатических условий (Державин Л.М., 2007). В чернозёмных почвах Северного Зауралья содержание калия достаточно содержится для получения урожайности яровой пшеницы 4,3 т/га (Абрамов Н.В., Ерёмина Д.В., Ерёмин Д.И., 2010).
В 234-149 гг. до новой эры римский сенатор Катон Старший писал в своем трактате «О земледелии», сохранившемся до наших дней, призывал бороться с «пестротой полей», т. к. неоднородность почвенного покрова негативно влияла на продуктивность полей (Крупенников И.А., 1981).
П.А Костычев (1949) на основе экспериментов отмечал, что определяющее влияние внутрипольной гетерогенности почвенного покрова связано с урожайностью сельскохозяйственных культур. В своей книге он писал: «В недавнее еще время хозяева не обращали почти никакого внимания на изменчивость почвы на незначительных расстояниях. Только после того, как явилась необходимость в точных опытах над действием удобрительных веществ, при производстве этих опытов оказалось, что одинаковые участки, находящиеся один от другого на расстоянии нескольких сажен, в точности одинаково обработанные, без удобрения или при одинаковом удобрении дают иногда урожаи, сильно разнящиеся один от другого: иногда на одном участке урожай получается вдвое более, чем на другом, и это, не надо забывать, в таких случаях, когда старались для опытов выбрать поле с возможно однообразной по свойствам почвой».
Профессор И.А Стебут (основатель кафедры земледелия Петровской сельскохозяйственной академии) отмечал: «Таким удобрением земли, без сомнения, объясняется достигнутое мною повышение урожаев. Но, достигнув этого последнего, я не могу достигнуть сколько-нибудь значительного выравнивания урожайности на различных десятинах поля. Это объясняется, конечно, не выравненностью плодородия земли. Затем, вследствие неровного положения некоторой части поля, невозможно достигнуть выравнивания всех его частей в отношении влажности почвы, пользования теплотой, повреждения морозами и т.д.» (Стебут И.А., 1957).
Основоположник отечественной агрохимии, академик Д.Н. Прянишников в 1946 году писал: «Определение содержания в почвах подвижных форм азота, фосфора и калия может быть использовано для дифференцировки доз и соотношений азотистых, фосфорнокислых и калийных удобрений, вносимых под одну и ту же культуру, в одном и том же поле севооборота, но на участках поля, различающимся по почвенным условиям… Отсюда большое значение приобретают разнообразные способы учета этих изменяющихся во времени и пространстве свойств почвы в целях наиболее эффективного применения удобрений» (Прянишников Д.Н., 1965).
На сегодняшний день существует множество работ по выявлению почвенной пестроты плодородия, каждое исследование проводится в своем масштабе и при различном уровне точности, которое зависит от трудоемкости и приборного обеспечения (картирование урожайности, определение индекса NDVI, проведение агрохимического обследования почвы и т.д.). Пространственная изменчивость свойств почвы в пределах весьма малой площади оказывается существенной. Коэффициент вариации снижается при усреднении площади, однако изменчивость никуда не исчезает и может быть причиной недобора урожая при вполне благоприятных средних значениях. Способ квантования пространственных карт (размеры и форма ячеек) может оказывать влияние при оценке степени взаимосвязи между урожайностью и почвенными свойствами (Самсонова В.П., 2010; Железова С.В., 2014).
Обработав данные основных агрохимических показателей (рНKCl, содержание гумуса, подвижных форм фосфора и калия) В.В Медведев, А.И. Мельник в 2010 году при построении 2-D и 3-D – диаграмм, а также методами математической статистики установили характеристики неоднородности в пространстве поля и во времени при повторении через 4 года. По их мнению, данная конфигурация отдельных делянок поля с однотипичными свойствами и их площади может быть использовано в точном земледелии при внесении удобрений (Медведев В.В., Мельник А.И., 2010).
Методика исследований и схема опыта
По многолетним данным за три декады в среднем выпадает 63 мм, а в 2013 году лишь 34,1 мм, что в 1,8 раза меньше. Температурный режим атмосферного воздуха в июне находился выше многолетних наблюдений, среднемесячная была на уровне 17,3 С, отклонение от нормы + 0,2 С, при этом ГТК составил 0,67, что соответствует слабой засухе.
Температурный режим в июле складывался на уровне многолетних показаний, только в третьей декаде температура воздуха была выше на 2,8 градуса. Норма среднемесячной температуры июля 18,8 С, фактическая температура месяца по данным наблюдений 19,2 С, отклонение составляло + 0,4 С от среднего значения.
В первой декаде июля выпало в 3 раза меньше осадков по сравнению с многолетними данными, вторая декада была неординарной и превысила норму на 43 %, всего выпало 98,3 мм осадков. В третью декаду выпало 21,0 мм, при этом ГТК месяца составил 2,12, что говорит о избыточном переувлажнении.
Средняя многолетняя сумма осадков в августе 60,0 мм, в 2013 году выпало осадков 37,6 мм, что составляет 63 % от нормы, ГТК – 0,71. Выпадение осадков в первой декаде августа не наблюдалось, что способствало раннему созреванию яровой пшеницы. Уборка проходила в оптимальных погодных условиях. Среднемесячная температура августа 15,8 С, фактическая температура месяца по данным наблюдений 17,1 С отклонение от нормы +1,3 С.
Таким образом, 2013 год характеризовался, как благоприятный для возделывания сельскохозяйственных культур, в среднем за период вегетации ГТК составил 1,71, что свидетельствует о достаточном увлажнении.
2014 год. За период вегетации сумма эффективных температур (выше 5 С) составляла в среднем 1910,9 С, этот период продолжался 123 дня. Сумма осадков за этот период 246,6 мм, что на 3,6 мм выше по сравнению с многолетними данными. В первой декаде мая была жаркая погода, температура воздуха составляла – 11,4 С и с большим количеством осадков (18,9 мм), что на 9,9 мм выше среднемноголетних, тем самым способствовало прогреванию почвы и аккумуляции в ней влаги. Во второй декаде температура воздуха повышалась на 5,2 С относительно первой декады, но с наименьшим количеством осадков – 6,5 мм. Посев яровой пшеницы проводили 16-17 мая, после посева яровой пшеницы до 20-го числа выпало 3,5 мм. Прорастание яровой пшеницы проходило в прохладную и влажную погоду. Так, температура воздуха была 10,8 С, что на 2,7 С ниже среднемноголетних, сумма осадков на данный период составила 35,5 мм, что в 2,5 раза выше средних значений.
Май был тёплым, температура воздуха составила 12,9 С, сумма осадков составила 60,9 мм, ГТК – 1,97, что свидетельствует об избыточном переувлажнении. Для прорастания семян яровой пшеницы вполне достаточно выпавших осадков, которые превышали норму.
В июне среднемесячная температура воздуха с каждой декадой увеличивалась на 2 С, в первой декаде была 14,2 С, во второй и третьей 16,7 и 18,9 С, при этом наблюдалось незначительное отклонение от нормы.
В среднем в каждую декаду выпало по 8,5 мм осадков, что ниже на 45-50 % нормы. Умеренно жаркая погода (14-18 С) с недостатком осадков (8-9 мм) продолжалась в течении месяца, т.е. в момент появления всходов яровой пшеницы ГТК месяца составил 0,62 – засуха была средней интенсивности.
В первой декаде июля осадков выпало в 6 раз меньше нормы – 4,1 мм, при среднедекадной температуре 18,5 С, это погода способствовало ускорению цветения яровой пшеницы. Во второй и третьей декаде выпадает обильное количество осадков относительно среднемноголетних значений при температуре воздуха во второй декаде 12,5 С, в третьей 13,1 С, данное явление вызвало массовое появление всходов семян пшеницы, не взошедших при посеве, а также засоренности посевов. Июль был с избытком осадков, ГТК – 2,87, что на 79 % выше среднемноголетних показателей. В первую декаду выпало 4,1 мм осадков, что составляло 17 % от нормы, во вторую и третью декаду превышало на 48,8 и 9,5 мм соответственно. Многолетняя среднемесячная температура июля 18,8 С, фактическая температура месяца в 2014 году по данным наблюдения 14,6 С, отклонение от нормы составило 4,2 С.
В первую декаду августа выпало осадков 26 % от среднедекадных значений, а температура воздуха была на 2,5 С ниже среднемноголетней. Во вторую декаду августа температура снизилась до 18,3 С, при этом наблюдалось выпадение осадков. В третью декаду осадки были на уровне среднемноголетних значений, а температура воздуха чуть ниже.
Гидротермический коэффициент августа составлял 0,68, что на 42 % меньше среднемноголетних данных. Такие условия несколько увеличили период вегетации яровой пшеницы и повысили содержание клейковины в зерне. Уборка проходила в первой декаде сентября, в жестких погодных условиях.
Таким образом, период проведения исследований характеризовался разнообразными погодными условиями, типичными для Западной Сибири. Наиболее благоприятными годами для выращивания яровой пшеницы были 2013 и 2014 гг. С мая по август влагообеспеченность была благоприятна – 247-262 мм, сумма эффективных температур удовлетворяла потребности яровой пшеницы в тепле. Менее благоприятный год 2012, так как была атмосферная засуха и недостаточное количество выпавших осадков – всего 106 мм.
В основе дифференцированного внесения минеральных удобрений лежит оцифровка границ полей с уточнением площади и присвоения индивидуального номера и разбивка на элементарные участки. Следующий этап – проведение агрохимического обследования полей сельскохозяйственного назначения, который включает в себя определенную последовательность: камеральный период – наложение сетки с элементарными участками в программе Google Earth (MapInfo) и экспорт её в БНК (Бортовой Навигационный Комплекс); полевой – автоматизированный отбор почвенных образцов (ПАП-40 конструкции ГАУ Северного Зауралья, г. Тюмень); камеральный – проведение анализов и создание электронных карт по содержанию основных элементов питания в почве. На основании картограмм рассчитывали нормы внесения лимитирующего элемента питания, и создавали карту задания на основе сетки по элементарным участкам. В заключительном этапе устанавливали дополнительное оборудование на посевной комплекс, в частности на редуктор высевающего аппарата – линейный электроактуатор, и БНК «Агронавигатор» в кабину трактора. БНК позволяет вести параллельное движение агрегата по полю и одновременно определяет местоположение агрегата на поле. Бортовой навигационный комплекс подаёт сигнал на исполняющий механизм для перевода рычага редуктора на заданную норму внесения минеральных удобрений в данном квадрате (программное обеспечение БНК позволяет вносить до 4-х элементов питания, если конструкция посевного комплекса имеет данную возможность).
Тканевая диагностика и расчет подкормки
При этом вариабельность содержания N-NO3 в листьях яровой пшеницы в 2012 году была наименьшей на варианте дифференцированного внесения аммиачной селитры на планируемую урожайность 4,0 т/га – 14,2 % и при традиционном способе использования минеральных удобрений – 14,8 % (приложение 4).
При дифференцированном внесении аммиачной селитры на планируемую урожайность 3,0 и 4,0 т/га вариабельность содержания нитратного азота в листьях по элементарным участкам увеличивалась на 8,2 и 8,8 % соответственно. В 2014 году содержание N-NO3 в листьях по элементарным участкам поля менялось в противоположном направлении. Наименьшая вариабельность содержания нитратного азота в листьях по элементарным участкам отмечалась при дифференцированном внесении азотных удобрений с использованием спутниковых навигационных систем на вариантах с планируемой урожайностью 3,0 и 4,0 т/га – 13,2 и 11,2 % соответственно.
Таким образом, даже при слабой вариабельности содержания азота в почве по элементарным участкам поля № 1 повторное использование дифференцированного внесения аммиачной селитры приводит к положительному влиянию оптимизации азотного питания яровой пшеницы. Сильная зависимость между содержанием неорганического азота в слое почвы 0-40 см и его содержанием в листьях яровой пшеницы выявлена на вариантах с дифференцированным внесением аммиачной селитры на планируемую урожайность 4,0 т/га. Корреляция между этими параметрами в 2012 году составляла 0,9, а в 2014 году – 1,0 при значительной пестроте признака по элементарным участкам поля – 76,4 и 88,8 % соответственно.
В среднем же за 2012, 2014 гг. по полю № 1 вариабельность содержания N-NO3 в листьях яровой пшеницы не имела больших различий и составляла 17,4-20,9 % (приложение 4). Это было связано с низким варьированием содержания нитратного азота в слое 0-40 см чернозёма выщелоченного. Как было отмечено выше вариабельность содержания N-NO3 в почве перед посевом яровой пшеницы 4,4-11,0 %, в фазу кущения – 9,3-21,3 %, а в 2014 году 13,6-28,1 и 10,7-25,1 % соответственно. Положительная динамика формирования однородности плодородия почвы по элементарным участкам установлена на поле № 2 при дифференцированном внесении минеральных удобрений с использованием спутниковой навигационной системы. В первый год внесения аммиачной селитры в режиме off-line коэффициент вариации содержания N-NO3 в почве по элементарным участкам в период от посева до кущения сохраняется на одном уровне 36,0 %, а к уборке яровой пшеницы снизился до 21,7 %. Второй год использования дифференцированного внесения аммиачной селитры, также приводило к снижению коэффициента вариации содержания азота в почве по указанным периодам на 12,6; 16,8 и 17,6 % относительно традиционного способа внесения азотного удобрения.
Данная закономерность обеспечения культурных растений азотной пищей в зависимости от способа внесения удобрений подтверждается листовой диагностикой содержания N-NO3. Тканевая диагностика в фазу кущения яровой пшеницы показала, что содержание нитратного азота в листьях варьировало от 18,1 до 36,1 мг/% на контроле. На варианте с традиционным способом внесения удобрений от 24,8 до 32,5 мг/%, а при дифференцированном способе внесении аммиачной селитры по элементарным участкам на планируемую урожайность яровой пшеницы 4,0 и 4,0 т/га с подкормкой – 22,5-25,4 и 22,5-29,0 мг/% соответственно (рис. 26).
Дифференцированное внесение азотных удобрений на планируемую урожайность 3,0 т/га с использованием спутниковой навигационной системы обеспечивало идеальные условия для оптимизации азотного питания яровой пшеницы. В 2013 году среднее содержание N-NO3 в листьях составило 25,1 мг/% и не имело существенных различий по элементарным участкам поля. Пространственная пестрота признака достигла лишь 0,5 %. На вариантах дифференцированного внесения аммиачной селитры с планируемой урожайностью яровой пшеницы 3,0 и 4,0 т/га различия в содержании нитратного азота в листьях-индикаторах составляли 0,3-6,5 мг/% (приложение 5). Рис. 26 – Содержание нитратного азота в листьях яровой пшеницы в фазу кущения, мг/%
Внесение аммиачной селитры 150 кг/га по элементарным участкам поля увеличивало разницу в содержании N-NO3 в фазу кущения яровой пшеницы до 7,7 мг/%, а на варианте без применения минеральных удобрений – до 14,7 мг/%.
Аналогичные результаты исследований получены в 2014 году. Внесение азотных удобрений с учетом содержания N-NO3 в почве по элементарным участкам поля и потребности культурных растений в азоте на планируемую урожайность яровой пшеницы 3,0 т/га способствовало оптимизации минерального питания в агроценозе. На данном варианте второго поля было наименьшее расхождение по элементарным участкам содержания нитратного азота 6,1 мг/% в листьях яровой пшеницы.
Формирование однородности почвенного плодородия при дифференцированном внесении азотных удобрений подтверждает и наименьшая пространственная вариабельность содержания N-NO3 13,6 % в листьях яровой пшеницы в фазу кущения. Традиционное внесение минеральных удобрений только усиливало контрастность в содержании N-NO3 в листьях от 15,8 до 53,2 мг/% по элементарным участкам варианта. Вариабельность содержания азота в листьях-индикаторах яровой пшеницы в фазу кущения достигала 52,7 % (приложение 5).
Следует отметить, что повышенные нормы минеральных удобрений на планируемую урожайность яровой пшеницы 4,0 т/га увеличивали вариабельность содержания N-NO3 в листьях в среднем за 2013-2014 гг. до 12,4-13,4 %. Данный факт свидетельствует о том, что при высоких нормах азотных удобрений включаются другие факторы формирования продуктивности агроценозов – влага, засоренность, болезни, вредители и т. п. Математический расчет показал слабую связь r=0,1-0,2 и даже обратную r=-0,4 между содержанием нитратного азота в слое почвы 0-40 см и содержанием его в листьях яровой пшеницы в фазу кущения на вариантах дифференцированного внесения минеральных удобрений на планируемую урожайность 4,0 т/га. Дифференцированное внесение аммиачной селитры с использованием навигационной системы на планируемую урожайность 3,0 т/га обеспечивало среднюю связь r=0,5; 0,6 между отмеченным содержанием азота в почве и листьях яровой пшеницы. На контрольном варианте корреляционная зависимость между содержанием N-NO3 в почве и в растениях была средней r=0,6 при определении азота в почве перед посевом и слабой r=0,2 – в фазу кущения яровой пшеницы. Это вполне объяснимо уровнем обеспеченности культурных растений нитратным азотом в начальный период их вегетации. Нитрификационные процессы в условиях Тюменской области не способны обеспечить азотом для формирования высокой продуктивности агроценозов.
Качество зерна яровой пшеницы
Минеральные удобрения по совокупным энергозатратам в расчете на 1 кг д.в. оцениваются следующим количеством энергии, МДж: азотные – 86,6; фосфорные – 12,6; калийные – 8,3, т.е. наиболее энергоемкое производство азотных удобрений, что является причиной более низкой их эффективности в сравнении с фосфорными и калийными удобрениями. Расход энергии на применение средств химизации колеблется в широких пределах и зависит от подготовки к внесению, способа внесения, дозы или нормы внесения, а также используемой сельскохозяйственной техники (Минеев В.Г., 2006).
Биоэнергетическая оценка позволяет количественно оценить энергетическую стоимость полученной сельскохозяйственной продукции и является условным показателем энергетической рентабельности производства. Расчет энергетической эффективности применения удобрений проводился по следующей методике (Минеев В.Г., 2006). Энергетическую эффективность минеральных удобрений определяли по энергоотдаче или по биоэнергетическому КПД их применения. Для его определения использовали и вычисляли следующие показатели: – приходную часть – количество энергии, накопленной в надземной массе от применения минеральных удобрений; – расходную часть – энергетические затраты на применение минеральных удобрений.
Количество энергии (Vf0, МДж/га), накопленной в основной продукции, полученной от применения минеральных удобрений, определяется по формуле:
Рассчитанный по этому методу энергетический КПД (энергоотдача) показывает соотношение между количеством энергии, полученной с дополнительной сельскохозяйственной продукцией, и энергетическими затратами, идущими для получения прибавки урожая. Применительно к нашим исследованиям этот показатель позволяет сравнить количество энергии, накопленной урожаем, и затраты энергии на получение этого урожая по стабильным энергетическим показателям.
В полевых опытах 2012-2014 гг. установлено, что применение азотных удобрений дифференцированным способом дало достоверные прибавки урожайности яровой пшеницы во все годы исследований. В связи с этим необходим расчет биоэнергетической эффективности применения данных доз удобрений под яровую пшеницу.
Как показали наши исследования, в северной лесостепи Тюменской области при внесении удобрений на единицу энергетических затрат получено 1944-11163 единиц энергии, содержащейся в прибавке урожая от минеральных удобрений.
Биоэнергетический КПД на поле № 1 в среднем за два года исследований с дифференцированным внесением аммиачной селитры на планируемую урожайность яровой пшеницы 3,0 т/га составлял 3,4, что на 10 % выше традиционного способа внесения. Данное повышение коэффициента происходит за счет снижения нормы азотных удобрений до 47,0 кг/га в д.в. и снижения энергетических затрат на 9,5 % относительно традиционного способа их внесения. На варианте с дифференцированным внесением минеральных удобрений на планируемую урожайность 4,0 т/га, а также с внесением подкормки яровой пшеницы в фазу кущения КПД не превышал – 1,5. Дифференцированное внесение с подкормкой яровой пшеницы увеличивали энергозатраты при средней норме азотных удобрений 108,9-121,1 кг/га в д.в. до 9453-10507 МДЖ/га.
В неблагоприятных погодных условиях, с недостаточным количеством осадков (2012 г.) при дифференцированном внесении минеральных удобрений на планируемую урожайность 3,0 т/га было накоплено энергии в основной продукции 10464 МДж/га, что выше других вариантов на 43,0-85,0 %, а биоэнергетический КПД при данной технологии внесения составил 2,5 (рис. 27).
В условиях 2014 года биоэнергетический КПД при традиционном и дифференцированном на планируемую урожайность 3,0 т/га способах внесения был 4,5 и 4,2 соответственно. Дифференцированное внесение на планируемую урожайность 4,0 т/га, а также с внесением подкормки – 2,2 и 2,1 при энергетических затратах на применение минеральных удобрений 9227 и 10503 МДЖ/га соответственно.
Максимальный КПД в условиях 2013 года на поле № 2 получен при дифференцированном внесении азотных удобрений на планируемую урожайность яровой пшеницы 3,0 т/га – 2,9 и превышал другие варианты внесения минеральных удобрений в 1,3-5,0 раза. На данном варианте норма азотных удобрений снижена на 22,4 кг/га в д.в. с энергетическими затратами на их применение 1944 МДж/га.
В 2014 году при внесении подкормки в фазу кущения КПД был минимальный – 1,7 при максимальных энергетических затратах на применение минеральных удобрений 11162 МДж/га. Биоэнергетический КПД при внесении 150 кг/га в данный период исследований был максимальный 6,3, снижение прибавки и количество энергии накопленной в ней снизилось на 36 % при дифференцированном внесении на планируемую урожайность 3,0 т/га, а КПД составил – 5,0.
Расчет биоэнергетического КПД на вариантах с традиционной технологией внесения аммиачной селитры с нормой 150 кг/га и в режиме offline при дифференцированном внесении в среднем за 2012-2014 гг. слабо различался и составил 3,7-3,6. Однако при традиционном способе внесения потрачено энергетических затрат на применение минеральных удобрений составляло 4462 МДж/га, что на 23,0 % больше дифференцированного способа внесения азотных удобрений на планируемую урожайность яровой пшеницы 3,0 т/га (табл. 18).