Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 9
1.1 Биологические особенности ярового ячменя 9
1.2 Влияние минеральных удобрений на урожайность и качество ячменя 12
1.3 Действие биопрепаратов на урожайность и качество зерна ячменя 20
Глава 2. Условия проведения опыта и методика исследований 35
2.1 Агрохимические свойства почвы и характеристика погодных условий 35
2.2 Методика проведения исследований 40
2.3 Полевые и лабораторные методы исследований 43
Глава 3. Развитие растений ячменя при использовании биопрепарата бисолбифит в качестве модификатора удобрений 47
3.1 Динамика формирования листовой поверхности и фотосинтетическая деятельность растений при применении биопрепарата и минеральных удобрений .48
3.2 Динамика нарастания надземной фитомассы растений ярового ячменя по фазам развития 55
3.3 Динамика накопления азота, фосфора, калия в растениях ярового ячменя в период вегетации 58
Глава 4. Влияние минеральных удобрений и биомодификатора на формирование урожайности ярового ячменя 69
4.1 Действие минеральных удобрений и биопрепарата на элементы структуры урожая ярового ячменя 69
4.2 Урожайность зерна ярового ячменя при использовании биомодифицированных минеральных удобрений 76
4.3 Действие минеральных удобрений и биопрепарата на показатели качества зерна ячменя 85
Глава 5. Накопление основных элементов питания в урожае ячменя 90
5.1 Вынос азота, фосфора и калия урожаем ячменя 90
5.2 Эффективность использования азота, фосфора и калия на формирование зерна ячменя 96
5.3 Коэффициенты использования растениями азота, фосфора и калия из удобрений и почвы 98
5.4 Баланс основных питательных элементов 102
5.5 Затраты элементов питания на формирование 1 тонны зерна с соответствующим количеством побочной продукции 107
Глава 6. Оценка эффективности применения сложных биомодифицированных минеральных удобрений под ячмень в производственном опыте 109
6.1 Формирование урожайности ярового ячменя при применении минеральных удобрений и биопрепарата 109
6.2 Агрономическая эффективность использования модифицированных удобрений при выращивании ярового ячменя 113
Выводы 117
Список использованной литературы 119
Приложения 148
- Влияние минеральных удобрений на урожайность и качество ячменя
- Динамика накопления азота, фосфора, калия в растениях ярового ячменя в период вегетации
- Действие минеральных удобрений и биопрепарата на показатели качества зерна ячменя
- Агрономическая эффективность использования модифицированных удобрений при выращивании ярового ячменя
Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы уменьшились объмы применения минеральных удобрений. В земледелии России их применяют около 2,5 млн. т или 39 кг д.в./га посевов, в Смоленской области - 0,007 млн. т или 18 кг д.в./га. При этом растения используют только часть питательных веществ, поступающих в почву с минеральными удобрениями. Повышение эффективности использования растениями элементов питания из минеральных удобрений имеет большое значение для сельского хозяйства. В соответствии со Стратегией научно - технологического развития Российской Федерации в ближайшие 10 - 15 лет предполагается переход к высокопродуктивному и экологически чистому агрохозяйству. Одним из путей реализации настоящей Стратегии может быть применение микробных препаратов, обладающих комплексом таких свойств, как: стимуляция роста растений, фунгицидная и бактерицидная активность, антистрессовое действие, фиксация молекулярного азота, фосфатмобилизующая активность (Завалин А.А., 2015, 2017; Тихонович И.А., 2016).
Эффективные микробные препараты на основе бактерий родов Bacillus и Pseudomonas рассматривались лишь как альтернатива химическим фунгицидам. В ряде стран ЕС (Швейцария, Австрия, Чехия, Финляндия) биопрепараты служат дополнительными компонентами органического земледелия, внедрение которых обосновывалось ожиданием высокого спроса на экологически безопасную продукцию и заботой о состоянии окружающей среды. В последнее время появились фундаментальные знания, позволяющие предложить принципиально новые подходы к оптимизации растительно - микробного взаимодействия (Чеботарь В.К. и др., 2014; Завалин А.А., 2015).
Проделанная работа является инновационной, так как впервые при выращи
вании ячменя проведена оценка эффективности биомодификации сложных
минеральных удобрений биопрепаратом БисолбиФит на основе споровых
ризосферных азотфиксирующих бактерий Bacillus subtilis штамма Ч-13, обла
дающих ростостимулирующим действием. Применение микробных биопрепара
тов в агротехнологиях является дополнительным примом повышения урожайно
сти сельскохозяйственных культур. Однако, актуальность подобной проблемы не
исчезнет даже при достаточном потреблении и доступности
товаропроизводителям агрохимикатов. Более того, оптимальное использование химических средств возможно лишь при их рациональном сочетании с комплексом биологических препаратов.
Цель и задачи исследований
Цель исследований - дать научное обоснование эффективности применения биоминеральных удобрений при нанесении биопрепарата на гранулы, для усовершенствования элементов технологии возделывания ярового ячменя с целью повышения урожайности и качества зерна.
Задачи исследований:
-
Изучить влияние минеральных удобрений и биопрепарата на фотосинтетическую деятельность растений ячменя и нарастание его надземной фитомассы.
-
Установить влияние минеральных удобрений и биопрепарата на динамику накопления азота, фосфора и калия растениями ячменя.
-
Выявить влияние минеральных удобрений и биопрепарата на элементы структуры урожая ячменя.
-
Оценить влияние биопрепарата, нанеснного на гранулы минеральных удобрений, на урожайность и качество зерна ярового ячменя.
-
Определить вынос и коэффициенты использования элементов минерального питания ячменем из биомодифицированных удобрений.
6. Определить агрономическую эффективность применения минеральных
удобрений и биопрепарата при возделывании ярового ячменя.
Научная новизна. Впервые при выращивании ярового ячменя на дерново -подзолистой легкосуглинистой почве Центрального района Нечерноземной зоны России определена эффективность биомодифицированных сложных минеральных удобрений, обработанных сухой формой микробного препарата БисолбиФит на основе Bacillus subtilis Ч – 13, на двух фонах с различной обеспеченностью почв подвижным фосфором. Установлено положительное влияние биомодифициро-ванных удобрений на площадь листовой поверхности растений, фотосинтетический потенциал и синтез хлорофиллов (a+b) в растениях ярового ячменя. При этом на почве с низкой обеспеченностью подвижным фосфором эффективность биомодификации выше. Применение биопрепарата способствовало лучшему накоплению биомассы растений и усилению поступления в них основных элементов питания из минеральных удобрений и почвы, что обеспечило более высокую продуктивную кустистость, увеличило длину колоса и его озерннность и, в конечном итоге, урожайность зерна ячменя на обоих фосфатных фонах почвы. Биомодификация обеспечивала лучшее использование растениями ярового ячменя азота и фосфора из минеральных удобрений и почвы, а также повышала окупаемость вносимых удобрений прибавкой урожая зерна ячменя.
Практическая значимость работы. Определение параметров формирования урожайности ярового ячменя, его величины и качества зерна позволили оценить эффективность нанесения биопрепарата БисолбиФит на гранулы сложных минеральных удобрений (азофоски, аммофоса и диаммофоски). Полученные результаты являются научной основой для использования ризосферных бактерий Bacillus subtilis Ч - 13 в качестве эффективного штамма для расширения ассортимента минеральных удобрений путм создания биоминеральных (биомодифици-рованных) удобрений, их регистрации и последующего использования в технологии выращивания ярового ячменя.
Положения, выносимые на защиту:
-
Фотосинтетическая деятельность растений ярового ячменя при использовании биомодифицированных удобрений.
-
Высокий эффект применения биопрепарата БисолбиФит при формировании элементов структуры урожая и качества зерна ярового ячменя сорта Гонар.
3. Повышение урожайности зерна ячменя на низко- и высокообеспеченной
подвижным фосфором почве при применении биомодифицированных удобрений.
4. Показатели агрономической эффективности применения биопрепарата
БисолбиФит в технологиях возделывания ярового ячменя.
Личный вклад автора. Автор диссертационной работы проводила полевой мелкоделяночный и производственный опыты, отбирала и осуществляла лабораторные исследования растительных и почвенных образцов, обработку экспериментальных данных. Подготовлены публикации по основным положениям работы, доля е участия не менее 90%.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю Завалину А.А., заведующему лабораторией и Черновой Л.С., кандидату сельскохозяйственных наук, ведущему научному сотруднику лаборатории агрохимии минерального и биологического азота ФГБНУ «ВНИИ агрохимии», а также старшим научным сотрудникам лаборатории комплексного применения агрохимических средств ФГБНУ Смоленский НИИСХ Коновой А.М. и Понкратен-ковой И.В. за оказанную помощь и содействие в выполнении исследований, составивших содержание диссертации.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы доложены на 47-, 49-, 50-ой Международной научной конференции молодых ученых, специалистов - агрохимиков и экологов «Перспективы применения средств химизации в ресурсосберегающих агротехнологиях» (Москва, ФГБНУ «ВНИИ агрохимии», 2013, 2015, 2016 гг.); Международной молоджной научной конференции, посвящнной памяти академиков Н.И. Вавилова и А.В. Квасницко-го «Новые времена: новые Вавиловы, новые Квасницкие» (Полтава, 2013 г.); Международной научно - практической конференции «Инновации как фактор развития АПК и сельских территорий» (Смоленск, ФГБОУ ВПО «Смоленская ГСХА», 2013 г.).
По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикаций результатов исследований соискателями ученых степеней. Соискатель является соавтором двух монографий (на русском и английском языках) по примам использования биомоди-фицированных минеральных удобрений и руководства по оптимальным агротех-нологиям возделывания полевых культур и сохранению почвенного плодородия.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методического раздела, 4 глав экспериментальной части, выводов. Список литературы включает 274 наименования, в том числе 51 на иностранных языках. Работа изложена на 156 страницах машинописного текста, включает 54 таблицы, 7 рисунков и 8 таблиц приложений.
Влияние минеральных удобрений на урожайность и качество ячменя
Одним из главных средств улучшения питания растений и повышения урожая ярового ячменя при возделывании в условиях Нечернозёмной зоны является применение минеральных удобрений. При внесении удобрений урожай надземной части возрастает, а вес корней заметно уменьшается. Доля участия минеральных удобрений в формировании урожая колеблется от 40 до 75% [63, 115, 128, 146, 244].
За счет внесения минеральных удобрений на дерново - подзолистых почвах формируется от 18,5 до 50% полученного урожая. Рядом исследователей [35, 70, 162, 214] установлено, что уровень урожайности, при применении удобрений, в подавляющем числе опытов составлял 30 - 40 ц/га, в то время как без удобрений – 15 - 20 ц/га. Ячмень также хорошо использует минеральные удобрения, внесённые под предшественник (сахарную свёклу, кукурузу), повышая урожайность на 0,74 - 0,80 т/га или 22 - 26% [6].
В получении высокого урожая и хорошего качеств зерна ярового ячменя на дерново - подзолистых почвах решающая роль принадлежит азотным удобрениям. С увеличением обеспеченности растений азотом улучшается развитие вегетативной массы, возрастает кустистость, повышается белковость зерна [37, 48, 111, 218, 241]. Прибавки от этого элемента на дерново - подзолистых почвах Нечерноземной зоны Российской Федерации достигают 5,0 - 17,0 ц/га, тогда как от фосфорно - калийных удобрений урожайность возрастает только на 1,0 - 4,7 ц/га [179, 224, 259].
На дерново - подзолистых почвах Центрального района при внесении азота в дозе 40 - 60 кг/га урожай ячменя увеличивался в среднем на 25 - 30% [98, 223]. Похожие результаты получены и в трудах зарубежных исследователей. Так, D.T. Westone с соавторами (1993) показали, что в условиях Среднего Запада США для получения максимально возможного урожая достаточно внесения азотных удобрений в дозе N50. Основное внесение азота в дозах более 60 кг/га может вызвать полегание посевов, что ведёт к ухудшению технологических качеств зерна [73, 235]. Биологические потери урожая за счёт раннего полегания составляют от 18 до 37%.
На бедных гумусом дерново - подзолистых почвах Центрального района Нечернозёмной зоны наиболее эффективными дозами азота оказались 60 и 90 кг/га, обеспечивающие получение сбора зерна на уровне 4 - 5 т/га [36, 175]. Аналогичных результатов добились и зарубежные исследователи A.D. Halvorson и C.A. Reule (1994).
В исследованиях J.A. Clancy с соавторами (1991) изучалось влияние минерального азота на продуктивность сортов пивоваренного ячменя, возделываемого по нулевой системе обработки (no - till). Установлено, что при внесении 90 кг азота урожай ячменя, в среднем по сортам, возрастал на 5 - 17%. Однако увеличение азотного питания до N150-200 снижало количество зёрен в колосе главного стебля [233, 234].
Значительно повышается эффективность использования азотных удобрений при приближении срока их внесения к периоду максимального потребления [37, 67, 252]. В частности, внесение под яровой ячмень N60 в подкормку в фазу кущения ячменя способствует получению более высокого урожая, чем применение полной дозы N120 под предпосевную культивацию [19, 31, 224, 260]. А внесение азота в период колошения ячменя повышает его озерненность, что положительно сказывается на урожае зерна.
Однако, Н. Маковски и Г. Клаас (2000) при выращивании пивоваренного ячменя не рекомендуют дробного внесения азотных удобрений. К таким же выводам пришли учёные В.В. Лапа (1992) и О.В. Тимофеев (2001). Ими было установлено, что максимальная продуктивность сортов пивоваренного ячменя достигается внесением азотных удобрений в дозе N45 и их дальнейшее увеличение не эффективно.
При выращивании пивоваренных сортов ячменя большое влияние оказывает фосфор. Многочисленные опытные данные свидетельствуют о том, что в системе применения NРК должны превалировать фосфорные удобрения, так как они способствуют образованию крупного колоса, повышают содержание крахмала в зерне и его экстрактивность [5, 170, 240, 253].
Дозы фосфорных удобрений варьируют в широких пределах от 30 - 45 до 90 - 120 кг/га и зависят от обеспеченности почвы подвижными соединениями фосфора [122]. Наиболее бедны фосфором дерново - подзолистые почвы. При низком и среднем содержании подвижного фосфора в дерново - подзолистых почвах повышение дозы фосфорных удобрений до 100 - 120 кг/га д.в. обеспечивает прибавку зерна ячменя 6,0 - 8,0 ц/га; при повышенном и высоком - достоверная прибавка не получена [119]. К аналогичным выводам пришли исследователи И.А. Иванов, А.И. Иванова (1991) и В.Д. Судаков с соавторами (1992). В полевых севооборотах на почвах с повышенным и высоким содержанием подвижного фосфора они рекомендуют без ущерба для урожая в течение трёх лет подряд применять только азотные удобрения. Высокую эффективность азотных удобрений на таких почвах также доказывают исследования Д.А. Зимина (2001) и Р.А. Уразалиева с соавторами (2003).
Вносить фосфорные удобрения лучше всего осенью под зябь [65, 80, 262].
Влияние калийных удобрений на урожай ячменя зависит от механического состава почв и содержания обменного калия. На песчаных почвах и на лёгких суглинках в зависимости от содержания обменного калия в почве оптимальные нормы калийных удобрений составляют 90 - 120 кг/га, на более тяжёлых – 60 - 90 кг/га. Максимальная эффективность калийных удобрений отмечается при низком содержании обменного калия в почве. Комплексное применение азотно - калийных удобрений способствует энергичному нарастанию сухого вещества, формированию зерна с высоким содержанием белка и по своей эффективности приближается к полному минеральному питанию [268]. Данные, полученные немецкими учёными, установили прямую зависимость действия калийных удобрений от азота: чем выше доза азота, тем эффективнее доза калия. Для получения высококачественного пивоваренного зерна ячменя необходимо помнить, что уровень калийного питания должен преобладать над азотным в 1,5 - 2,0 раза. Исследования Nadia и M. Badran (2006) показали, что применение калийных удобрений улучшает рост и развитие растений ячменя в условиях засоления. Но использование калийных удобрений не всегда и не на всех почвах повышает урожай зерна ячменя. Отмечаемое в отдельных опытах снижение урожайности возможно объясняется тем, что калий задерживает поступление азота в растения.
Наибольший эффект на дерново - подзолистых почвах обеспечивается при применении полного минерального удобрения. Так, при их внесении колебание урожайности по годам в зависимости от погодных условий снижается на 5 - 20% [1, 71, 76, 258]. Исследованиями Н.С. Алметова (1994) и А.М. Коновой (2010) было установлено, что на дерново - слабоподзолистых среднесуглинистых почвах в годы с благоприятными метеорологическими условиями применение фосфорно -калийных удобрений повышало урожайность ячменя на 11%, а при добавлении азотных продуктивность увеличивалась на 48%.
В опытах с яровым ячменём, заложенных на полях Всероссийского НИИ зерновых культур, высокий эффект получен от внесения полного минерального удобрения в дозе N40Р60К40 - 5,31 т/га, N20Р30К20 - 5,09 т/га и N40Р60 - 5,03 т/га, что на 29, 24 и 22% соответственно выше контроля [207].
Результаты исследований, полученные Н.С. Алметовым, Л.С. Черновой и А.А. Завалиным (2012) показали, что при возделывании ячменя на среднесугли-нистых почвах наиболее эффективными дозами минеральных удобрений являются N60Р90К60, на легкосуглинистых - N60-90Р90К60 и на супесчаных N60Р90К60-90.
Также в улучшении питания и развития растений ярового ячменя немаловажное значение имеет применение микроудобрений, так как они входят в состав ферментов, витаминов и других физиологически активных соединений [27]. Особенно в микроудобрениях нуждаются дерново - подзолистые почвы Нечерноземья, так как в них наблюдается недостаток меди, цинка, молибдена, кобальта и бора [131]. Исследованиями Н.И. Мазуниной (2007) установлено, что предпосевная обработка семян ячменя минеральными соединениями вышеуказанных микроэлементов и их смесью способствовала повышению урожайности зерна на 12 -20%. Применение минеральных удобрений в правильных дозах и соотношениях не только повышает урожайность ярового ячменя, но и улучшает качество зерна [64, 126]. Важнейшие показатели качества зерна ячменя, на основании которых дается заключение о его пригодности для пивоварения, регламентируются ГОСТ 5060-86 (1986) [59]. Для производства высококачественного пива используют пивоваренные сорта двурядного ярового ячменя, имеющего крупное, выровненное зерно с низким содержанием белка 9 - 12%, пониженной плёнчатостью (8 - 9%), высокими показателями крахмалистости (не менее 65%), прорастаемости (на 5-й день – не менее 90 - 95%), экстрактивности (79 - 82%), натуры (не менее 610 г/л) [38, 39, 152, 197, 208].
На важнейшее качество ячменя - белковость зерна - наибольшее влияние оказывает азотное удобрение [15, 28, 123]. При низкой обеспеченности растений азотом внесение малых доз азотного удобрения увеличивает урожайность зерна, не изменяя в нем содержание белка. Увеличение дозы азота повышает его концентрацию в вегетативных органах, что ведет к повышению белковости зерна [97, 200]. Исследования, проведённые в условиях Центрального района Нечерноземной зоны, показывают, что без азотных удобрений содержание белка в зерне колебалось в диапазоне 8,0 - 12,2%. Увеличение дозы азота с N60 до N90-120 способствовало повышению изучаемого показателя с 12 до 14% [103, 128, 167, 201]. Чтобы избежать увеличения концентрации белка в зерне ячменя пивоваренных сортов азотные удобрения следует вносить весной под предпосевную обработку почвы [4, 222].
Динамика накопления азота, фосфора, калия в растениях ярового ячменя в период вегетации
Накопление в урожае (надземных органах растений) азота, фосфора и калия определялось, главным образом, количеством надземной фитомассы и их концентрацией в растениях ярового ячменя. При этом накопление в урожае элементов минерального питания было существенно больше при выращивании ячменя на почве с высоким содержанием подвижного фосфора, поскольку на ней формировалась более высокая надземная фитомасса с повышенным содержанием в растениях азота, фосфора и калия, по сравнению с низкообеспеченной фосфором почвой. Установлено, что общее потребление элементов питания растениями ячменя определялось фазой онтогенеза. Их потребление растениями возрастало по мере прохождения фаз развития. Минимальное количество элементов поступало в начальные фазы роста растений, максимальное количество посевы ячменя потребляли к фазе налива семян.
Как в отдельные годы, так и в среднем за три года исследований, накопление азота растениями ячменя в фазу кущения было минимальным (табл. 3.3.1). Применение минеральных удобрений повышало исследуемый показатель на 52 -82% на низком фосфатном фоне и на 21 - 46% – на высоком. Биомодификация удобрений способствовала дальнейшему увеличению потребления растениями азота на 13 - 28%.
В период от кущения до трубкования потребление азота ячменем существенно возросло вследствие интенсивного формирования надземной фитомассы. За счёт минеральных удобрений накопление азота увеличилось на 1,12 - 1,78 г/м2 на почве с низкой и на 0,66 - 1,33 г/м2 – на почве с высокой обеспеченностью подвижным фосфором. Обработка удобрений биопрепаратом дополнительно повышала содержание азота в растениях ячменя на 10 - 26%.
К фазе цветения - колошения растения ячменя накопили за счёт применения минеральных удобрений и биопрепарата до 80 - 85% азота, потребляемого за весь вегетационный период. Оценивая роль каждого фактора в отдельности, установлено, что удобрения повышали накопление азота растениями на 21 - 77%, биопрепарат – на 13 - 33%.
Максимальное накопление фосфора растениями ячменя в фазу кущения было наибольшим в 2013 году, в фазы трубкования и цветения - колошения – в 2012 году (табл. 3.3.2). В среднем за годы исследований минеральные удобрения повышали анализируемый показатель в фазу кущения на 39 - 56% и на 22 - 46% на низко- и высокообеспеченной подвижным фосфором почве, соответственно. Обработка удобрений биопрепаратом дополнительно увеличивала накопление фосфора на 9 - 32% на почве с низким и на 13 - 23% – на почве с высоким содержанием элемента.
К фазе трубкования растения ячменя накопили около 40 - 45% фосфора, потребляемого за весь период вегетации. Увеличение накопления фосфора происходило в большей степени за счёт применения минеральных удобрений – на 22 -69% в зависимости от фосфатного фона. При использовании биомодифицирован-ных удобрений исследуемый показатель повышался в 1,7 - 2,0 раза по сравнению с контролем.
Накопление фосфора к фазе цветения - колошения за счёт минеральных удобрений составило 2,92 - 3,58 г/м2 на почве с низким и 3,16 - 3,73 г/м2 – на почве с высоким содержанием подвижного фосфора. Эффективность биомодификации была на уровне 19 - 22%.
Количество калия, накопленного растениями во все фазы вегетации в 2012 году, превысило его объёмы накопления в остальные годы (табл. 3.3.3). В среднем за три года исследований эффективность минеральных удобрений в фазу кущения составила 39 - 81% на фоне с низкой обеспеченностью подвижным фосфором и 28 - 68% – на фоне с высокой. Биомодификация повышала накопление калия растениями ячменя на 0,14 - 0,43 г/м2 (11 - 34%) и была наиболее эффективной на I фосфатном фоне.
Установлено, что к фазе трубкования растения ячменя накопили около 60 -65% калия, потребляемого за весь период вегетации. Вклад минеральных удобрений в повышение этого показателя составил 38 - 81% на почве с низким и 27 -69% – на почве с высоким содержанием подвижного фосфора. Биопрепарат дополнительно увеличивал потребление калия на 11 - 28% на I фосфатном фоне и на 8 - 17% – на II фоне.
К фазе цветения - колошения растения без удобрений накопили 3,00 г/м2 калия на низком фосфатном уровне и 3,68 г/м2 - на высоком. Применение удобрений повышало анализируемый показатель на 1,20 - 2,43 г/м2 (40 - 81%) на низкообеспеченной подвижным фосфором почве и на 1,07 - 2,53 г/м2 (29 - 69%) – на высокообеспеченной. Эффективность биомодификации составила 16 - 36%.
В результате использования под ячмень минеральных удобрений и биопрепарата БисолбиФит изменялось содержание элементов питания в основной и побочной продукции.
Применение минеральных удобрений в 2011 году повышало содержание азота (N) в зерне и соломе (на 0,16 - 0,45% и 0,06 - 0,19% соответственно) на низком фосфатном фоне, и не влияло на его концентрацию на высоком (табл. 3.3.4). Содержание фосфора (P2О5) в основной и побочной продукции не изменялось или снижалось при внесении удобрений, а содержание калия (К2О) увеличивалось только в соломе во всех вариантах опыта (кроме аммофоса) на 0,15 - 0,55%.
Обработка удобрений биопрепаратом дополнительно повышала количество азота в соломе на почве с низким содержанием подвижного фосфора на 0,05 -0,24% и в зерне на 0,07 - 0,24% – на почве с высоким его содержанием. Биомодификация минеральных удобрений не повлияла на изменение содержания фосфора в зерне и соломе и содержания калия в зерне, но значительно повышала содержание калия в соломе (на 0,15 - 0,57% по сравнению с контролем).
Применение минеральных удобрений в 2012 году повышало количество азота и фосфора в основной продукции на 0,06 - 0,25% и 0,05 - 0,13%, соответственно, и не изменяло или уменьшало их содержание в побочной (табл. 3.3.5). Удобрения не повлияли на изменение содержания калия в зерне ячменя, но способствовали его увеличению в соломе с 0,87% до 1,14%.
Биомодификация удобрений повышала содержание азота в зерне на 0,04 -0,16% на низкообеспеченной подвижным фосфором почве и в соломе на 0,04 -0,12% – на высокообеспеченной фосфором почве. Обработка удобрений биопрепаратом улучшала фосфорное и калийное питание растений, увеличивая содержание этих элементов в зерне на 0,04 - 0,13% и в соломе на 0,05 - 0,19%.
Внесение минеральных удобрений в 2013 году повышало количество азота в зерне на 0,07 - 0,11% только на почве с высоким содержанием подвижного фосфора, а в соломе – на 0,08 - 0,13% – только на низкообеспеченной фосфором почве (табл. 3.3.6).
Удобрения не влияли на улучшение фосфорного питания растений, а также на содержание калия в зерне, но повышали его количество в соломе на 0,10 -0,21%. Дальнейшая обработка удобрений биопрепаратом давала положительный результат практически во всех вариантах опыта. Так, увеличивалось содержание в соломе: азота – на 0,03 - 0,13%, фосфора – на 0,03 - 0,19% и калия – на 0,06 -0,25%. Биомодификация повышала количество в зерне: азота – на 0,04 - 0,27%, фосфора – на 0,07 - 0,12% только на высоком фосфатном фоне. Содержание калия в зерне не изменялось.
Минеральные удобрения в среднем за три года исследований оказывали неоднозначное действие на содержание основных элементов питания в зерне и соломе. В частности, при внесении исследуемых удобрений содержание азота в зерне ячменя возрастало на 0,08 - 0,14% на почве с низким содержанием подвижного фосфора (табл. 3.3.7).
Действие минеральных удобрений и биопрепарата на показатели качества зерна ячменя
Качество зерна определяется совокупностью многих факторов, в том числе сортовыми особенностями, уровнем плодородия почвы, агротехникой возделывания, применением удобрений. Зерно ячменя сорта Гонар относится к типу пивоваренного и ценного по качеству [35, 123, 135, 156].
Зерно, поставляемое для пивоварения, это специальное сырье с четко фиксированными показателями качества. Важнейшие показатели качества зерна ячменя, на основании которых дается заключение его пригодности для пивоварения регламентируются ГОСТ 5060 - 86 [59]. Наиболее существенными признаками пивоваренного ячменя являются: масса 1000 зёрен, содержание белка и экстрак-тивность.
Показатель массы 1000 зёрен характеризует степень спелости зерна, плотность его тканей и количество содержащегося в зерне эндосперма, от чего во многом зависят посевные и товарные качества зерна [67, 100].
Опыт, проведённый в условиях Смоленского района в 2011 году, установил, что минимальная масса 1000 зёрен ячменя получена на контроле и составила 30,7 г на почве с низкой и 42,2 г на почве с высокой обеспеченностью подвижным фосфором (табл. 4.3.1). Применение минеральных удобрений увеличивало этот показатель на 16 - 32% на низком фосфатном фоне и на 3 - 5% – на высоком. Обработка удобрений биопрепаратом дополнительно давала 1,3 - 5,9 г зерна ячменя на обоих фосфатных фонах.
В 2012 году все формы минеральных удобрений оказывали положительное действие на массу 1000 зёрен. Их эффективность составила 2 - 9%. Дополнительная обработка удобрений биопрепаратом не повлияла на увеличение исследуемо го показателя. Максимальная масса 1000 зёрен в 2013 году была получена на уровне 40,5 -42,8 г на обоих фосфатных фонах. Применение биопрепарата способствовало дальнейшему повышению массы 1000 зёрен на 2 - 5%.
В среднем за годы исследований, без применения минеральных удобрений и биопрепарата масса 1000 зёрен составила 35,0 г на почве с низкой и 40,8 г на почве с высокой обеспеченностью подвижным фосфором. Внесение удобрений положительно влияло на исследуемый показатель, повышая его значения на 1,8 - 5,6 г или 4 - 16%. Нанесение биопрепарата на гранулы удобрений способствовало дальнейшему росту массы 1000 зёрен, дополнительно увеличивая её на 2 - 5% на почве с низким и на 2 - 3% на почве с высоким содержанием фосфора.
Согласно ГОСТу 5060 - 86, зерно ячменя, поставляемое для пивоварения должно содержать не более 12% белка. Высокорентабельным является зерно с содержанием белка 9 - 12%, но не менее 8%, так как определенный минимум белковых веществ необходим для питания дрожжей, образования стойкой пены, создания вкуса и букета пива [38].
Во все годы исследований содержание белка в зерне ячменя соответствовало требованиям ГОСТ для пивоваренных ячменей и не превышало 12%. В 2011 году этот показатель изменялся от 8,7% на почве с низким и до 11,2% на почве с высоким содержанием подвижного фосфора (табл. 4.3.2). Содержание белка при применении минеральных удобрений увеличилось на низком фосфатном фоне и уменьшилось - на высоком фоне. Применение биопрепарата способствовало повышению белка на обоих фосфатных фонах (по сравнению с необработанным биопрепаратом удобрением).
В 2012 году минеральные удобрения способствовали повышению содержания белка в зерне ячменя только на низкообеспеченной подвижным фосфором почве. Биомодификация оказалась эффективным приёмом также только на почве с низким содержанием подвижного фосфора (0,4 - 0,9%).
В 2013 году содержание белка в зерне изучаемой культуры во всех вариантах опыта было в пределах нормы. Обработка удобрений биопрепаратом незначи 88 тельно повышала данный показатель: в среднем на 0,1 - 0,9% на почве с низкой и на 0,2 - 1,5% на почве с высокой обеспеченностью подвижным фосфором.
В среднем, за три года исследований, содержание белка в зерне ячменя при применении удобрений достоверно возросло только на почве с низким содержанием подвижного фосфора с 9,0 до 9,8%. Применение БисолбиФита повышало содержание белка в зерна ячменя на 0,2 - 0,7%.
Результирующим показателем характеристики пивоваренного зерна является его экстрактивность. Чем выше экстрактивность зерна, тем бльший получается выход пива. Лучшие пивоваренные сорта ячменя имеют экстрактивность 80 -82%, что соответствует Европейскому стандарту [135, 156].
Расчёт показателя экстрактивности производили по формуле Бишопа (4.1) [127]:
Э = К – 0,85 Б + 0,15 А, (4.1)
где: К - константа, равная 83 для двурядных ячменей;
Б - содержание сырого белка в зерне, %; А - масса 1000 зёрен, г.
В среднем за три года и отдельно по годам экстрактивность зерна ячменя сорта Гонар не зависела от применения минеральных удобрений и биопрепарата и колебалась в пределах 80 - 81%, что соответствует Европейскому стандарту для лучших пивоваренных сортов ячменя (табл. 4.3.3).
Применение минеральных удобрений и биопрепарата способствовало получению товарной продукции с показателями качества, соответствующими ГОСТу 5060 - 86 предъявляемому для пивоваренных ячменей.
Агрономическая эффективность использования модифицированных удобрений при выращивании ярового ячменя
Агрономическая эффективность использования минеральных удобрений и биомодификации удобрений биопрепаратом на основе ризосферных азотфикси-рующих бактерий Bacillus subtilis Ч - 13 отражает действие изучаемых факторов на величину урожайности ярового ячменя и его качество. Комплексная оценка может быть дана только при установлении экономической целесообразности используемых агрономических приёмов при возделывании культуры. Важным параметром, определяющим эффективность использования удобрений, служит окупаемость 1 кг NРK прибавкой урожая зерна, чем больше получено кг зерна на 1 кг действующего вещества удобрений, тем эффективнее используемая технология.
Окупаемость минеральных удобрений прибавкой урожая зерна рассчитывали по формуле (6.2.1):
Оф = Уп : Н, (6.2.1)
где: Оф - фактическая окупаемость 1 кг д.в. удобрений, кг/кг,
Уп - прибавка урожая от минерального удобрения с 1 га, кг,
Н - фактическая доза удобрения, кг д.в./га.
Определение окупаемости минеральных удобрений прибавкой урожая зерна ярового ячменя свидетельствовало об их высокой агрономической эффективности в производственном опыте. При внесении удобрений окупаемость колебалась в диапазоне 8,4 - 11,8 кг зерна ячменя на 1 кг д.в. удобрений (табл. 6.2.1). Биомодификация минеральных удобрений дополнительно повышала анализируемый показатель на 2,4 - 6,8 кг/кг (по сравнению с необработанным биопрепаратом вариантом).
Окупаемость минеральных удобрений в полевом мелкоделяночном опыте приведена в таблице 6.2.2. Обработка минеральных удобрений биопрепаратом дополнительно повышала окупаемость на 2,6 - 4,2 кг/кг на обоих фосфатных фонах (по сравнению с необработанным биопрепаратом вариантом). Причём окупаемость на почве с низким содержанием подвижного фосфора была несколько выше, чем на почве с высоким его содержанием.
С учетом стоимости прибавки урожая зерна ячменя за счёт модификации удобрений, дополнительных затрат на модификацию и уборку дополнительного урожая, цены на биопрепарат, рассчитана прибыль от модификации минеральных удобрений и окупаемость дополнительных затрат на модификацию удобрений (табл. 6.2.3).
Окупаемость дополнительных затрат на использование биомодифицирован-ных минеральных удобрений, в зависимости от формы удобрений, составила 3,2 -14,2 руб. Это означает, что каждый 1 рубль, вложенный в биологическую модификацию удобрений при возделывании ярового ячменя, дает 3,2 - 14,2 руб. чистой прибыли.
Таким образом, биоминеральные удобрения являются одним из самых эффективных факторов интенсификации сельскохозяйственного производства. Использование биомодифицированных удобрений, как и любых других инноваций, требует дополнительных затрат (в нашем случае от 250,4 до 789,8 руб./га). Однако эти дополнительные затраты дают такой эффект (в нашем случае от 2510,3 до 3549,7 руб./га), который в 3,2 - 14,2 раза превышает данные затраты.