Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературных источников 9
1.1. Роль азота в питании озимой пшеницы 9
1.2. Динамика форм минерального азота в почве 18
1.3. Влияние азотных подкормок на урожайность и качество зерна озимой пшеницы 25
2. Место, условия и методики проведения опытов 42
2.1. Почвенно-климатические условия места проведения опыта 42
2.1.1. Агрохимическая характеристика почв 42
2.1.2. Климат 43
2.2,Объекты исследования и схема опыта 44
2.3. Методы, методики полевых и лабораторных исследований 49
2.4. Погодные условия в годы проведения исследований 49
2.5. Основные агротехнические приёмы при возделывании озимой пшеницы в опыте 59
3. Влияние азотных удобрений на динамику запасов продуктивной влаги в посевах озимой пшеницы 60
4. Агрохимические свойства чернозема выщелоченного в связи с применением азотных удобрений 67
4.1. Реакция почвенной среды 67
4.2. Динамика содержания форм минерального азота в почве 70
4.3. Динамика содержания подвижного фосфора в почве 82
4.4. Динамика содержания обменного калия в почве 86
5. Влияние форм азотных удобрений на ростовые процессы и химический состав растений озимой пшеницы 90
5.1. Динамика накопления сухого вещества и линейного роста растений озимой пшеницы 90
5.2. Влияние подкормок различными формами азотных удобрений на потребление основных элементов питания и их содержание в урожае з
5.3. Формирование структуры урожайности озимой пшеницы 117
6. Влияние азотных подкормок различными формами удобрений на урожайность озимой пшеницы 123
7. Влияние ранневесенних азотных подкормок на качество зерна озимой пшеницы 128
8. Экономическая эффективность применения различных форм азотных удобрений в ранневесеннюю подкормку озимой пшеницы 132
Выводы 135
Предложения производству 138
Библиографический список
- Динамика форм минерального азота в почве
- Агрохимическая характеристика почв
- Динамика содержания форм минерального азота в почве
- Влияние подкормок различными формами азотных удобрений на потребление основных элементов питания и их содержание в урожае
Динамика форм минерального азота в почве
Пахотный слой большинства окультуренных почв содержит от 0,02 % до 0,4 % азота. Содержание этого важного биогенного элемента в каждой конкретной почве определяется влиянием климата и контролируемым им типом растительности, который изменяется в зависимости от рельефа, материнских пород и деятельности человека, а также от длительности воздействия этих факторов (В.Т. Куркаев; 2000; В.М. Назарюк , 2002; А.Х. Шеуджен, 2003; FJ. Stevenson, 1982).
По данным В.В. Агеева (2001), содержание общего азота в почвах Ставрополья находится в пределах 0,15-0,30 %. Преобладающая часть азота почвы представлена органическими соединениям. В гумусных горизонтах сосредоточено 93-99 % всего этого элемента. В более глубоких горизонтах доля органического азота падает до 30-60 % (А.Х. Шеуджен, 2006).
Однако, запасы общего азота и его органических форм служат лишь признаком потенциального плодородия почв. Определяющим фактором эффективного плодородия является- те формы азота, которые непосредственно потребляются растениями или могут быть использованы в течение вегетации культуры после превращения их в доступную форму.
Еще в 1945г. Д.Н. Прянишников писал: «Усвояемый азот почвы, если не принимать особых мер, увеличивающих его содержание, является на земле главным ограничивающим фактором жизни. Увеличение на нашей планете массы живого вещества (а, следовательно, и жизненных ресурсов для человечества) прежде всего сводится к повышению количества находящегося в связанном состоянии азота».
К таковым относятся минеральные формы почвенного азота: соли азотистой, азотной кислоты и аммония. Но поскольку нитриты являются нестойкой промежуточной формой, не говоря уже о других, не накапливающихся в почве, главное место в питании сельскохозяйственных культур занимают нитраты и аммоний. (В.В. Агеев, А.И. Подколзин, 2001; А.Х. Шеуджен, 2006).
Многочисленными исследованиями подтверждается, что количество NO3 и NH/ в почве, которое может поглотиться корневой системой, определяется: нетто — освобождением азота из органического вещества при минерализации; нитрификацией NH4+ до N03 , денитрификацией NO3-; потерями NO3 при вымывании из почвы; газообразными потерями при улетучивании NH4+; скоростью поглощения азота корнями культурных растений; внесением азота с удобрениями; поступлением азота с осадками; жизнедеятельностью свободноживущих азотфиксаторов; фиксацией азота в органические формы микроорганизмами (Д.Н. Прянишников, 1952; В.Ф. Турчин, 1972; Т.К. Литвинова и др., 1973; Н.А. Сапожников, 1973; Л.Б. Сирота, 1973; И.А. Лаврова, 1976; А.В. Петербургский, 1981; Г.П. Гамзиков, 1985; С.С. Медведев, 1988; Д.А. Кореньков, 1976, 1990, 1999; В.В. Агеев, 1999, 2000; В.М. Назарюк, 2002; А.Х. Шеуджен, 2003, 2006).
Очевидно, основным фактором, определяющим уровень обеспеченности растений азотом, является скорость минерализации органических азотистых веществ. Этот процесс осуществляется в две стадии: 1) аммонификация: CH2NH2COOH + 02 = НСООН + С02 + NH3 CH2NH2COOH + Н20 = СНзОН + С02 + NH3 CH2NH2COOH + Н2 = СНзСООН + NH3 В сильнокислых и сильнощелочных этот этап протекает менее интенсивно, чем в нейтральных почвах (С.С. Медведев, 1988; В.В. Агеев, 1999).
Количество накапливающегося аммиака зависит от соотношения в почве углерод- и азотсодержащих соединений. В среде, богатой углеводами, микроорганизмы потребляют азот, появляющийся при минерализации, и включают его в состав своих тел. При соотношении C:N в разлагающем субстрате 1:20 и выше, свободный ион аммония или образует соли с органическими и минеральными кислотами: 2NH3 + Н2С03 = (NH4)2C03 или поглощаются почвенными коллоидами (С.С. Медведев, 1988; А.Х. Шеуджен, 2003).
По данным Г.П. Гамзикова (1981) существенное влияние на процесс аммонификации оказывает температурный фактор. По мере повышения температуры в течение вегетационного периода происходит уменьшение содержания обменно-поглощенного аммония, и наоборот, при ее снижении -наблюдается повышение концентрации аммонийного азота почвы. 2) нитрификация: 2NH3 + 302 = 2HN02 + 2Н20 2HN02 + 02 = 2HN03, в завершении которой в почве накапливается от десятых долей до тонны и более азотной кислоты (В.В. Агеев, 1999).
Наиболее интенсивно нитрификация протекает при доступе воздуха, влажности почвы 60-70 % капиллярной влагоемкости, температуре 25-32 С и рН 6,2-6,8. На скорость окисления аммиака до нитратов влияет также обработка почвы, известкование и удобрения (С.С. Медведев, 1988; А.Х. Шеуджен, 2003).
На накопление и поведение минеральных форм азота существенное влияние оказывают биологическая и физико-химическая или обменная поглотительная способность почвы.
Через посредство биологической поглотительной способности почвы в плазме микроорганизмов накапливается около 125 кг/га азота. Из образовавшегося в почве NCb- закрепляется в органической форме 10—20 %, из аммиачной формы — 20 — 40 % азота (Н.А. Сапожников, 1973; В.В. Агеев, 1999).
Агрохимическая характеристика почв
Агрометеорологические условия развития озимых культур в весенне-летний период складывались благоприятно и удовлетворительно. Возобновление вегетации озимой пшеницы наблюдалось 2-10 марта, что раньше многолетних сроков на 20-30 дней. Хорошее состояние культуры после перезимовки и более чем достаточные запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы (170-180 мм) обусловили высокую отзывчивость культуры на проведение ранневесеннеи азотной подкормки. До конца марта у растений продолжалось кущение. Активное нарастание температуры в марте-апреле (средние температуры воздуха превышали климатические нормы на 2,2-5,7 С) происходило при относительно невысоком дефиците влаги (3 8%), что способствовало сокращению межфазного периода кущение-выход в трубку. Прохладная с достаточным количеством осадков погода мая была благоприятной для прохождения фазы колошения озимой пшеницы. Среднесуточные температуры воздуха в мае были ниже климатической нормы на 0,3-2,4 С, а дефицит влаги составил лишь 18%. Сумма осадков, выпавших за весенний период вегетации, составила 163 мм, что ниже климатической нормы на 24 %.
Налив зерна проходил в первой половине июня при благоприятных условиях. Первая декада июня была преимущественно прохладной - средние температуры воздуха изменялись от 15,3 до 21,3 С, что на 1,3 ниже нормы. На вторую декаду месяца пришлось выпадение большей доли месячной нормы осадков. Жаркая погода третьей декады июня (максимальные температуры воздуха повышались до 32-36С), сумма выпавших за месяц осадков, составившая 51 % от климатической нормы, ускорили созревание озимой пшеницы на 2-4 дня. Интенсивные осадки, выпавшие в первой декаде июля и составившие 83 % от месячной нормы, пришлись на момент уборки урожая. Это привело к процессу «стекания» зерна, что стало причиной получения невысокого по качеству урожая с довольно низким содержанием клейковины.
Таким образом, несмотря на то, что в целом за 2007-2008 год выпало 87 % осадков от среднемноголетней нормы, распределение же их по вегетации было равномерным и достаточным для формирования высокой продуктивности растений озимой пшеницы. Несмотря на умеренный температурный фон во время формирования и налива зерна, осадки, выпавшие перед уборкой, способствовали существенному снижению качества полученного урожая.
Агрометеорологические условия для формирования урожая озимых культур в 2008/09 сельскохозяйственном году сложились менее благоприятно, чем в предыдущем году, оказав существенное влияние на продуктивность озимой пшеницы. В целом, за период вегетации озимой пшеницы выпало 375 мм, что составило 95% от среднемноголетней нормы (рис. 1)
В сентябре 2009 годы выпало 51 мм осадков (118 % нормы), а температурный режим уступал среднемноголетнему значению на 2 С, что обеспечивало накопление достаточного количества влаги к моменту сева культуры в пахотном слое и позволило получить дружные всходы. Зимний период 2008-2009 года характеризовалась повышенным температурным режимом, лишь в начале февраля отмечались значительные понижения температур, когда установилась холодная погода, создавалась угроза повреждения. Минимальные температуры в воздухе понижались до -19, однако наличие 10-15 см-ого снежного покрова в этот период не привели к существенному повреждению растений.
Максимальные температуры в воздухе за зимний период повышались до 8-16 тепла, что способствовало снижению степени закалки растений. Снежный покров в течение зимних месяцев преимущественно отсутствовал, температура почвы на глубине залегания жизненно важных органов растений не понижалась ниже 0 и опасности для растений не представляли, почва в зимний период была талой. Повышенный температурный режим наблюдался также и на всем последующем протяжении вегетации озимой пшеницы, а в целом среднегодовая температура воздуха превышала норму на 1,64 С. Осадки, сумма которых за зимний период составляла 85 % от нормы, преимущественно выпадали в виде дождя и мокрого снега.
В целом, мягкие осенне-зимние погодные условия 2008-2009гг. благоприятствовал развитию озимой пшеницы, а достаточные запасы продуктивной влаги к моменту возобновления весенней вегетации, составившие 135-140 мм в метровом слое почвы под озимой пшеницей, создавали предпосылки к прогнозированию получения урожая выше среднего уровня на 35-45%.
Однако сложившиеся погодные условия весенне-летнего сезона, характеризующиеся как неординарные, в отдельных случаях - аномальные для места проведения исследований, привели к существенному недобору урожая.
Устойчивый переход среднесуточной температуры через границу +5 С наблюдался 25-30 марта, что соответствовало средне-позднему возобновлению вегетации. Вслед за проведением ранневесенней подкормки были зафиксированы ночные заморозки необычной интенсивности - от минус 1 до - 8 С в воздухе и на поверхности почвы до - 11 С (9-10 апреля), которые держались в течение недели. В то же время наблюдались низкие среднесуточные температуры воздуха (не выше +5 - +8С), сильный ветер и осадки, в том числе и снегового характера.
Начиная с 19.04.2009 г. наблюдалось повышение дневных температур воздуха, при этом ночные температуры не превышали 0 С. Однако в ночь с 22 на 23 апреля вновь были зафиксированы заморозки до -3 - -7С, а накануне прошли осадки в виде дождя и снега. В целом отрицательные температуры в ночное время суток продержались более 20 дней, отмечалось перерастание сорняков, а растения озимой пшеницы уже начинали выходить в трубку.
Динамика содержания форм минерального азота в почве
Условия тепло и влагообеспеченности посевов оказывали наибольшее влияние на динамику анализируемого показателя в течение вегетации озимой пшеницы. Так, в 2010 году на контрольном варианте в фазу выхода в трубку содержание нитратов в пахотном слое почвы было ниже по сравнению с аналогичным периодом 2008 года на 30,9 %, что связано в первую очередь с быстрым иссушением верхнего слоя почвы на фоне низкого уровня выпадения осадков в апреле этого года (37% от нормы). Помимо отсутствия достаточных запасов влаги в почве негативное влияние на процесс нитрификации оказывает и недостаток тепла. Ввиду этого, наименьшее содержание нитратов в почве в анализируемую фазу развития отмечалось в 2009 году, и разница по отношению к первому году наблюдений увеличивалась до 40,4%. Вероятно, низкие запасы влаги к моменту ВВВВ пшеницы, а затем острый дефицит осадков в апреле месяце при наблюдающихся заморозках и в целом пониженном температурном фоне (ниже нормы на 2,2 С) не способствовали процессу образованию нитратов в почве.
К фазе колошения разница между годами исследований нивелировалась, однако преимущество 2008 года сохранялось, в котором содержание нитратов в среднем по всем вариантам опыта было выше, чем в 2009 и 2010 годах на 18,3 и 10,1 % соответственно.
Резкое снижение микробиологической деятельности в почве наблюдается также и при повышенных температурах. Именно поэтому, острый дефицит влаги в июне 2010 на фоне продолжительной атмосферной засухи приводил к значительному сокращению запасов нитратного азота в почве, так что к фазе полной спелости в этот год в пахотном слое отмечались только следы нитратов.
На удобренных вариантах ход изменения содержания нитратов в межфазные периоды выхода в трубку-колошение-полная спелость не отличался от агрохимического фона на контроле, но отмечалось более резкое в сравнении с фоном снижение концентрации нитратного азота. Так, к фазе колошения средняя разница (в мг/кг почвы) по отношению к исходным показателям (фаза трубкования) составляла 12,6; а к фазе полной спелости -20,3. В то же время на естественном агрохимическом фоне эти величины составляли 10,5 и 17,0 мг/кг соответственно, что объясняется более высоким выносом элемента растениями озимой пшеницы на вариантах с проведением ранневесенней подкормки.
В фазу выхода в трубку все изучаемые в опыте формы азотных удобрений способствовали увеличению содержания нитратного азота в почве, и разница с контролем в зависимости от варианта опыта составляла 0,9-4,3 мг/кг почвы. Дисперсионный анализ данных, представленных в таблице 5 и приложении 6, показал, что в вышеуказанную фазу развития все формы, за исключением КАС, оказывали существенное влияние на содержание нитратного азота в пахотном слое.
Применение КАС, очевидно из-за поверхностного способа внесения, не способствовало достоверному изменению анализируемого показателя по отношению к фону. На данном варианте, процесс поглощения нитратов в определенной степени мог компенсироваться смывом осадками с поверхности листьев не поглощенного ими раствора удобрения. Вероятно, что интенсивность этого процесса во многом определялась состоянием посевов после перезимовки, поскольку при изреженности посевов и небольшом габитусе растений большая часть раствора КАС попадает на поверхность почвы, нежели листа озимой пшеницы.
В фазу выхода в трубку наибольшее содержание нитратного азота наблюдалось на вариантах с применением удобрений с нитратно-аммонийной формой азота: Naa, Nnac и №аф. При достаточной увлажненности почвы и наличии нитратной формы азота в составе этих форм удобрений, увеличение содержания нитратов в почвенном растворе происходит вслед за их внесением, тогда как для образования нитратов из аммидных соединений мочевины необходимы время и определенные условия.
Максимальное содержание нитратного азота в эту фазу, превышающее фон на 17,0 %, обеспечивало внесение известково-аммиачной селитры, что также существенно и по отношению к другим вариантам с подкормкой. Стоит полагать, что входящие в ее состав добавки, способствующие нейтрализации физиологической кислотности селитры, в целом при нейтральной реакции почвенного раствора, обеспечивали, с одной стороны преимущественное поглощение растениями пшеницы аммонийных форм азота, а с другой — стимулирование процесса нитрификации. Очевидно, что действие фосфогипса в составе Иааф было диаметрально противоположным, в связи с чем, содержание нитратного азота на данном варианте было выше контроля лишь на 12,9 %. Эта разница достоверно уступала варианту с аммиачной селитрой и несущественно отличалось от вариантов с применением NM и NM+ryM.
К фазе колошения содержание нитратного азота на вариантах с азотными подкормками превышало контроль на 0,4-2,2 мг/кг в зависимости от формы изучаемых удобрений. При этом достоверное увеличение анализируемого показателя отмечалось только при применении в подкормку Nnac и NM и NM+ryM.. На варианте с применением Naa и Ыааф содержание нитратов соответствовало контролю.
Влияние подкормок различными формами азотных удобрений на потребление основных элементов питания и их содержание в урожае
На фоне азотных подкормок складывалась та же тенденция, но уже более интенсивно. Так, если к фазе колошения на контрольном варианте значения концентрации фосфора в растениях были ниже по сравнению с предыдущим сроком отбора проб на 1,69 %, а к фазе молочной спелости — на 0,53 %, то на вариантах с подкормками - на 1,75-1,78 и 0,54-0,58 % в соответствующие фазы развития.
Согласно дисперсионному двухфакторному анализу, результаты которого представлены в таблице 13, все изучаемые формы азотных удобрений, в целом не изменяя направленности динамики калия на контроле, способствовали снижению содержания элемента в растениях озимой пшеницы. Разница между фоном и удобренным вариантами составляла: 0,01-0,15% в фазу выхода в трубку; 0,01-0,04 % в фазу колошения и 0,03-0,10% в молочную спелость.
При этом, в фазу выхода в трубку достоверное снижение анализируемого показателя обеспечивали только вносимые с подкормкой мочевины, а наименьшее содержание элемента в растениях отмечалось на варианте с применением мочевины с добавкой лигногумата. С определенной долей вероятности можно предположить, что более высокое, чем на других вариантах опыта, содержание аммония в почве, наблюдающееся вслед за внесением данных удобрений, могло оказывать негативное влияние на процесс поглощения калия растениями озимой пшеницы. Поскольку оба этих иона усваиваются по одному механизму - через одни и те же ионные каналы, то избыток аммония мог уменьшать поступление калия по конкурентному механизму.
Примечательно, что в фазе колошения концентрация элемента между различными вариантами опыта выравнивалось, но на вариантах с применением мочевины с добавкой лигногумата и известково-аммиачной селитры содержание калия было существенно ниже аналогичного показателя на контроле. Очевидно, это обусловлено формированием более высокой биомассы растений на последних вариантах, где эффект «разбавления» элемента мог быть выражен сильнее. На остальных вариантах с подкормкой имеющиеся разницы по отношению к фону были в пределах ошибки опыта и в большей степени обусловлены, по видимому, действием случайных факторов.
К фазе молочно-восковой спелости все изучаемые формы азотных удобрений, за исключением КАС, способствовали достоверному снижению содержания калия в растениях. Наименьшая концентрация элемента, уступающая контролю на 0,10 %, отмечалась в растениях, выращенных на вариантах с подкормкой мочевиной с добавкой лигногумата. При этом, существенное уменьшение содержания калия отмечается не только по отношению к контролю, но и к вариантам NM) N j, и КАС. На существенное снижение калия в растениях по отношению к контролю указывают и усредненные данные по А. Причем, самое низкое его содержание отмечается на варианте с применением мочевины с добавкой лигногумата.
Таким образом, содержание калия в растениях озимой пшеницы при максимальных значениях в фазу выхода в трубку снижалось в последующем к фазе молочно-восковой спелости. Наиболее существенное снижение концентрации элемента отмечается в межфазный период выход в трубку-колошение. Достоверной разницы между различными годами исследования в содержании калия в растениях не выявлено, очевидно, вследствие высокой обеспеченности почвы этим элементом питания.
Все изучаемые формы азотных удобрений, в целом не изменяя направленности динамики калия на контроле, способствовали снижению содержания элемента в растениях озимой пшеницы, и разница между фоном и удобренным вариантами составляла: 0,01-0,15; 0,01-0,04 и 0,03-0,10% соответственно в фазы выхода в трубку, колошения молочной спелости. При этом существенному изменению анализируемого показателя способствовало применение NM и NM+ryM. в подкормку, а наименьшая концентрация элемента, достоверно уступающая фону, на протяжении всей вегетации озимой пшеницы отмечалась на вариантах с применением мочевины с добавкой лигногумата.
Химический состав растений при уборке
Учитывая положительную динамику в содержании азота на вариантах с подкормками и отсутствие достоверного влияние большинства изучаемых форм азотных удобрений на концентрацию фосфора и калия в течение вегетации культуры, при химическом анализе основной и побочной продукции наиболее целесообразным было определение содержания азота.
Доля этого элемента в зерне озимой пшеницы определялось в большей степени складывающимися в момент формирования и налива зерна погодными условиями (рис. 8 и прил. 15). Так, в среднем по всем вариантам опыта, концентрация азота в 2009 году превышала аналогичные показатели в 2008 и 2010 годах на 0,33 и 0,11 % соответственно. Таким образом, несмотря на более высокое содержание азота в растениях озимой пшеницы в течение весенне-летнего периода вегетации озимой пшеницы 2008 года, содержание элемента в зерне было наименьшим по сравнению с другими годами наблюдений. Во многом это объясняется обильными осадками, пришедшимися в этот год на момент уборки урожая, которые привели к «стеканию» зерна.
Все изучаемые в опыте формы азотных удобрений способствовали увеличению содержания азота в зерне озимой пшеницы, и разница по отношению к фону составляла 0,03-0,12%. В течение всего периода наблюдений наибольшая концентрация элемента в зерне озимой пшеницы отмечалась на варианте с применением мочевины с добавкой лигногумата. Содержание азота на данном варианте превышали аналогичные показатели в зерне растений, выращенных на фоновом варианте, на 0,15; 0,14 и 0,07 % соответственно по годам наблюдений. При этом, указанные разницы, достоверно превышая контроль, несущественно отличались от вариантов, где применялась известково-аммиачная селитра и традиционная мочевина.
Применение КАС и аммиачной селитры с добавкой фосфогипса в среднем за три года исследований не способствовало достоверному изменению концентрация азота в зерне пшеницы, и разница по отношению к контролю, составившая 0,04 и 0,03%, находилась в пределах ошибки опыта.
Изменяющие гидротермические условия различных лет наблюдений оказывали существенное влияние и на содержание азота в соломе озимой пшеницы (рис. 10 и прил. 15). Благоприятные условия увлажнения в межфазный период колошение-молочная спелость в 2008 году способствовали наибольшему оттоку элемента в репродуктивную часть растений, что существенно снижало его содержание в соломе озимой пшеницы. В связи с чем, в этот год в среднем по всем вариантам опыта, значения анализируемого показателя уступало аналогичным в 2009 и 2010 году на 0,03 и 0,05 % соответственно.
