Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современное состояние изученности вопроса (обзор литературы) 12
1.1 Народнохозяйственное значение ячменя 12
1.2 Ботанические и биологические особенности ячменя 13
1.3 Особенности питания и удобрения ячменя в современных технологиях возделывания 17
1.4 Влияние микроэлементного питания на урожайность и качество зерна ячменя 22
1 .5 Проблемы накопления нитратов в продукции растениеводства 27
Глава 2 Объекты, условия и методика проведения исследований 30
2.1 Почвенно-экологическая характеристика опытного участка 30
2.2 Метеорологические условия в годы проведения исследований 33
2.3 Условия проведения опытов и объекты исследований 38
2.4 Характеристика комплексного микроэлементного удобрения хелатного типа «Аквадон-Микро» и ярового ячменя сорта Эльф» 39
2.5 Схема и методика проведения исследований 42
Глава 3 Влияние разных видов и доз удобрений на основные показатели качества ячменя 45
3.1 Лабораторный опыт «Влияние микроудобрения на посевные качества зерна ячменя» 45
3.2 Фенологические наблюдения 46
3.3 Изменения структурных показателей при обработке микроудобрением 48
3.4 Действие микроудобрения «Аквадон-Микро» на формирование урожая зерна ячменя 52
Глава 4 Влияние различных удобрений и доз на динамику основных агрохимических показателей 58
4.1 Влияние микроудобренияи различных фонов питания на содержание нитратного азота в зеленой массе ячменя 58
4.2 Влияние микроудобрения «Аквадон-Микро» на химический состав зерна и соломы 60
4.3 Влияние микроудобрения «Аквадон-Микро» на вынос элементов питания урожаем ячменя и коэффициенты использования питательных веществ из минеральных удобрений 62
4.4 Влияние «Аквадона-Микро» на содержание микроэлементов в растениях ячменя 63
Глава 5 Проверка результатов исследований по эффективности микроудобрения «Аквадон-Микро» в производственных условиях 65
Глава 6 Экономическая эффективность производства зерна ячменя в зависимости от применения «Аквадона-Микро» и разных доз минеральных удобрений 68
Предложения производству 73
Перспективы дальнейшей разработки темы 74
Список литературы 75
Приложения 99
- Особенности питания и удобрения ячменя в современных технологиях возделывания
- Действие микроудобрения «Аквадон-Микро» на формирование урожая зерна ячменя
- Влияние микроудобренияи различных фонов питания на содержание нитратного азота в зеленой массе ячменя
- Экономическая эффективность производства зерна ячменя в зависимости от применения «Аквадона-Микро» и разных доз минеральных удобрений
Особенности питания и удобрения ячменя в современных технологиях возделывания
Важнейшая задача агрохимии — совершенствование воздействия на ход формирования урожая, регулируя процессы корневого питания, это один из доступных факторов регулирования жизнедеятельности растений.
Повышение эффективности внесения удобрений связано с обеспечением оптимального соотношения в почве макро- и микроэлементов (Пейве, 1961, 1980; Белоус, 1987, 1988; Randhawa, 1965; Safaya, 1976; Sakal, 1985), это влияет на рост урожайности и повышения качества продукции растениеводства. Новые высокопродуктивные сорта имеют интенсивный обмен веществ, что предполагает обеспеченность всеми элементами питания.
Кидин В.В. (2011) пишет о том, что наряду с климатическими и погодными условиями положительное влияние удобрений во многом определяется агрохимическими свойствами почвы, например, уровнем содержания питательных веществ, доступных растениям: азота, фосфора и калия. Для ячменя дозы минеральных удобрений рассчитываются исходя из выноса питательных веществ к планируемому урожаю, содержания подвижных питательных веществ в почве, наличия в почве питательных веществ и удобрений для растений (РГАУ, особенности...).
Химический состав различных видов растений различен, он зависит от количества, форм и способов внесения минеральных, органических и микроудобрений, наличия в почве питательных веществ. По мнению многих авторов (Бобко, 1963; Державин, 1992; Дудина, 1991; Иванов, 2008; Петербург, 1959), на 1 тонну зерна с соответствующим количеством соломы ячменя выносится -20 -28 кг азота,7 - 12 кг фосфора и 11-24 кг калия (Онищенко, 2015).
Сроки, способы и дозы внесения азотных удобрений зависят от климатических условий, планируемой урожайности, типа почвы и ее гранулометрического состава. Растения усваивают питательные вещества неравномерно, половина общей потребности в азоте ячмень потребляет к фазе выхода в трубку, а фаза колошения поглощения азота почти завершена. (Сычев, 2003; Savithri, 1980; Tan, 1971; Wallace, 1982). Например, на участках с избыточной влажностью и легкими супесями удобрение почвы азотом в начале выхода в трубку может дать положительные результаты, также фракционное внесение азотных удобрений может дать больший прирост урожайности, чем использование всей дозы перед посевом, но при этом необходимо учитывать стоимость внесения фракционных удобрений. На дерново-подзолистых и серых лесных почвах практикуют однократное и дробное внесение азотных удобрений под ячмень, сообщает В.В. Кидин (2009). В условиях достаточного увлажнения на суглинистых почвах их внесение эффективно в фазы кущения или начала выхода в трубку в дозах 80-90 кг/га и выше, на песчаных и песчаных почвах - в дозах выше 60 кг/га.
На качество зерна и урожайность ячменя влияет уровень фосфорного питания, при полном удовлетворении растений фосфором повышается урожайность и устойчивость к полеганию и болезням. По данным Сдобниковой (1977), при низком содержании фосфора в почве урожайность при внесении только азотных и калийных удобрений редко достигает 18-20 ц/га, значительно снижается и задерживается процесс формирования и созревания репродуктивных органов. Изучению влияния фосфора на урожайность сельскохозяйственных культур посвящены работы Хмелина, 1984; Соколова, 1950; Переверзева, 1992; Колянды, 1971; Гамзикова, 1977; Nayak, 1995; Moragha, 1994 и др., они показывают, что первые 10-20 дней являются критическим периодом в питании растений. Рядковое внесение фосфорных удобрений в норме 10-20 кг/га Р205 способствует росту корневой системы, образованию большого колоса, ускоряет созревание растений, способствует лучшему усвоению растениями азота и калия, повышает урожайность ячменя на 2-4 т/га. По сравнению с азотными удобрениями, фосфорные удобрения дают меньший прирост урожайности, но усвояемость азота и калия при их недостатке снижается. Применение очень высоких доз фосфорных удобрений с их резервным внесением, не обеспечивает ожидаемого повышения урожайности, а, наоборот, приводит к дефициту урожая.
Калий в растениях не образует нерастворимых соединений и легко вымывается из растительных остатков, содержащийся в почвенных минералах калий мало доступен растениям, но после их разрушения, освободившийся в ионной форме (К+), он легко ими используется. По данным В.У. Пчелкина (1966), в зависимости от гранулометрического состава почвы и климатических условий ежегодно высвобождается из минералов 15-30 кг/га калия (Особенности питания...).
С точки зрения питания растений важное значение имеют доступные формы калия, включающие калий почвенного раствора и обменнопоглощенный калий, доля которых в супесчаных почвах составляет 0,5-1,0% в суглинистых -1-2 % от валового его содержания в почве. В зависимости от биологических особенностей сельскохозяйственных культур, гранулометрического состава почвы и содержания в ней обменного калия коэффициенты его использования могут колебаться в пределах 5-30%. Многие авторы (Минеев, 2004; Чириков, 1953; Чумаченко, 2003; Прокошев,1976, 1988, 2000; Пухальская, 2009; Ни-китишен, 2002) пришли к выводу о том, что наибольшее количество калия растения поглощают в первые периоды роста, к фазе колошения в них уже содержится весь необходимый калий. Калийные удобрения наиболее эффективны на торфяно-болотных, минеральных песчаных и супесчаных почвах, а также в условиях известкования кислых почв и при низком содержании подвижных форм калия в почве (Особенности питания...).
Ячмень широко используется как в кормовых целях, так и в пивоварении, требования к качеству зерна зависят от его назначения. При использовании ячменя в кормовых и пищевых целях содержание белка должно быть высоким, а клетчатки - низким. Качество пивоваренного ячменя, наоборот, определяется, главным образом, содержанием крахмала и выходом экстракта, этому способствует хорошее фосфорно-калийное питание. Ефимовым В. Н. (2003) и другими исследователями установлено, что при использовании в пивоваренных целях содержание белка в зерне ячменя не должно превышать 12%, содержание крахмала должно быть 56-70, а экстрактивность - 72-83%. Согласно географической сети полевых опытов с ячменем, проведенных региональными проектно-исследовательскими станциями химизации, применение азотных удобрений в дозах N60-120 на фоне Р60К60 увеличило содержание белка в зерне на 1,2-2,5% (Кидин, 2011) и выявило взаимосвязь - чем больше крахмала, тем меньше белка.
В последние годы в производстве выращиваются новые сорта ячменя, которые используют большое количество питательных веществ для формирования высоких урожаев (Белоус, 2010). На нейтральных почвах с высоким содержанием подвижного фосфора и обменного калия азотные удобрения оказывают определяющее влияние на урожайность и качество зерна ячменя. Повышение качества зерна имеет важное значение, поэтому должна быть предусмотрена технология оптимального использования азотных удобрений с учетом форм, доз, сроков и методов их внесения. На дерново-подзолистых и серых лесных почвах внесение азота в дозе 40-60 кг/га увеличивает урожайность зерна на 10-15 кг/га, но практически не увеличивает содержание белка в ячмене. Значительно повысить содержание белка в зерне при достаточно высокой урожайности возможно только при использовании высоких доз азотных удобрений. Результаты многочисленных полевых экспериментов показали, что дозы азотных удобрений следует дифференцировать с учетом плодородия почв, климатических и погодных условий, предшественников и сортовых особенностей.
Ячмень хорошо растет на удобренных почвах с реакцией среды близкой к нейтральной, с рН 6,0-7,3, реагирует на известкование и применение удобрений. В ходе многочисленных экспериментов (Аканова, 2000; Шильников, 1981, 1984, 1987, 2006; Шедеров, 1970, 1973; Ярусов 1941, 1948) было установлено, что внесение извести оказывает как прямое, так и косвенное воздействие на растения. Прямой положительный эффект известкования заключается в устранении избытка ионов водорода и алюминия, его косвенный эффект многогранен и обусловлен улучшением агрофизических свойств почвы, изменением доступности питательных веществ для растений, усилением биологической активности почвы, а также увеличением действия минеральных удобрений. Известь медленно растворяется и взаимодействует с почвой, действие ее проявляется постепенно, поэтому эффект от известкования достигает максимума на второй или третий год, при внесении полной дозы положительное влияние на урожай продолжается в течение 8-10 лет. Известкование на кислых дерново-подзолистых почвах повышает урожайность ячменя на 2-5 ц / га.
В сельскохозяйственной практике навоз и другие органические удобрения не применяются непосредственно к ячменю, так как в хозяйстве всегда есть культуры, которые более отзывчивы к навозу, но хорошо используют их последействие. По мнению многих авторов (Авдонин, 1963, 1972; Белоус, 1996, Ягодин, 2003; Аканова, 2001; Аристархов, 2000; Кулаковская, 1990) ячмень обычно возделывается в полевых севооборотах, где используется последействие органических удобрений, внесенных под предыдущие пропашные культуры. Установлено, что последействие высоких доз фосфорно-калийных и умеренных доз (около 20 т/га) органических удобрений повышает урожайность ячменя на 5-10 ц/га, но не влияет на содержание белка в зерне.
Действие микроудобрения «Аквадон-Микро» на формирование урожая зерна ячменя
В среднем за годы исследований урожайность зерна на контрольном варианте была 22,5 ц/га (таблица 7).
При внесении полной дозы минеральных удобрений (N4oP6oK9o) прибавка урожая составила 7,3 ц/га, при окупаемости 1 кг NPK прибавкой урожая, равной 3,9 кг зерна ячменя. Применение «Аквадона-Микро» увеличило прибавку урожая до 9,8 ц/га, а окупаемость до 5,2 кг зерна. В варианте с дозой внесения N2gP4oK6o прибавка урожая была 9,9 ц/га, и окупаемость 1 кг д.в. при этом увеличилась до 7,8 килограммов основной продукции.
По варианту с половинной дозой внесения (N20P30K45) минеральных удобрений прибавка была несколько ниже, однако окупаемость 1 кг д.в. возросла 7,0 - 10,0 кг зерна ячменя (дисперсионный анализ урожайности представлен в приложении И).
Применение микроэлементного удобрения позволило повысить окупаемость 1 кг NPK прибавкой урожая с 5,2 до 7,8 - 10,0 кг зерна. При этом наибольшая окупаемость была получена при внесении дозы N20P30K45 (урожайность по годам исследования представлена в приложении К).
Для выявления характера воздействия исследуемых факторов на урожайность нами были сформированы математические модели. В них отражены функциональные зависимости урожайности от внесения различных доз минеральных удобрений, микроэлементного удобрения «Аквадон-Микро» и извести. Все представленные модели информационно способны, т. к. коэффициент детерминации параметров достаточно велик, полученные данные имеют достоверные значения 100%. Представленные модели значимы, т. к. существует статистически значимое отношение между переменными.
Принимая во внимание математические уравнения (приложение Л), а также значение коэффициентов, можно отметить, что величина урожайности зерна ячменя зависит не только от внесения минеральных удобрений, но и от применения микроэлементного удобрения «Аквадон-Микро».
Зависимость урожайности от различных доз минеральных удобрений, внесения извести и обработки микроудобрением «Аквадон-Микро» можно представить уравнением регрессии:
Q = 22,5+4,98333 хі+3,3 х2-1,55 хз-1,43334 хі Х2+0,6 хі хз-0,4 х2 хз 0,849997 х1л2+3,3 х2л2-1,55 х3л2, где Q - величина урожая.
На рисунке 10 представлена поверхность отклика величины урожая в зависимости от внесения минеральных удобрений и обработки микроудобрением.
Исследуя полученную модель, можно отметить, что существует зависимость урожайности от доз внесенных минеральных удобрений и обработки микроудобрением. Как видно на рисунке 10, с увеличением дозы внесения удобрений отмечался и рост урожайности. Однако наиболее эффективным было совместное действие микроэлементного и минеральных удобрений в полной (N40P60K90) И СНИЖеННОЙ ДОЗЫ ДО N28P40K6O
Анализируя поверхность регрессии на рисунке 11, можно отметить, что урожайность больше зависела от дозы внесения удобрений. Внесение извести в этом отношении было менее эффективно.
Рассматривая зависимость величины урожая от внесения извести и обработки микроудобрением «Аквадон-Микро» (рисунок 12), можно сделать вывод о том, что рост урожайности в большей степени зависел от обработки микроэлементами, чем от последействия извести.
Положительного действия извести на урожайность ячменя отмечено не было, это связано, на наш взгляд, с тем, что на данном участке подстилающей породой является известковая плита, залегающая на глубине 90-120 см, и в процессе вегетации происходит дополнительная подпитка растений ионами кальция.
Наибольший эффект в опыте достигался при комплексном внесении минеральных удобрений и обработке микроудобрением «Аквадон-Микро». Положительное действие микроудобрений в опыте может быть связано, прежде всего, с крайне низким содержанием в почве микроэлементов в доступной для растений форме, с их ролью в поглощении основных элементов питания из почвы и удобрений, а также с повышением адаптивных способностей самих растений. Таким образом, применение микроэлементного удобрения «Аквадон-Микро» позволяет снизить дозу минеральных удобрений до N2gP4oK6o без снижения урожайности, что в связи с их высокой стоимостью имеет большое значение.
Влияние микроудобренияи различных фонов питания на содержание нитратного азота в зеленой массе ячменя
Интенсификация сельскохозяйственного производства и увеличение доз азотных удобрений создают очень серьезную проблему избыточного накопления нитратной формы азота в растениеводстве (Назарюк, 2002). В связи с этим перспективными являются исследования систем, которые позволят снизить количество минеральных удобрений.
ПДК нитратов в зеленой массе ячменя - 5000 мг/кг сухого вещества. Пониженная температура воздуха и недостаточное количество солнечной радиации нередко приводят к избыточному накоплению нитратного азота в растениях (Церлинг, 1988). В сложившихся условиях по всем вариантам, в которых минеральное удобрение и навоз вносились в полной дозе, содержание нитратного азота было очень высоким.
В таблице 8 представлены результаты анализа растений ячменя на содержание нитратного азота в фазы выхода в трубку и начала колошения.
В вариантах без применения микроудобрений количество нитратов было 729,4 - 1763,5 мг/кг сухого вещества, что способствовало значительному нарастанию вегетативной массы.
Растения, вегетативная масса которых поражена вредителями или болезнями, накапливают нитратов больше, чем непораженные (Завалин, 2000; Федотова и др., 2018)9. В фазе кущения и начала выхода в трубку значительное поражение посевов тлей и вспышка гельминтоспориоза, понижение температуры воздуха и повышенная влажность также привели к повышению содержания нитратов в зеленой массе ячменя. Применение микроэлементного удобрения «Аквадон-Микро» несколько оптимизировало содержание нитратного азота в зеленой массе ячменя, так как микроэлементы, входящие в его состав усиливают биохимические процессы, способствуют быстрому переходу азота в органическую форму и препятствуют его избыточному накоплению.
Под влиянием микроэлементов содержание нитратов уменьшилось до 228,7 - 1190,5 мг/кг сухого вещества в зависимости от применяемых удобрений (навоз, известь, минеральные удобрения), что в дальнейшем положительно сказалось на росте и развитии растений, повышении его устойчивости к стрессовым ситуациям. Это наблюдалось на всех фонах удобренности. В фазе колошения потребность в азоте сокращается, а, следовательно, и содержание нитратного азота было значительно ниже, но такая закономерность в основном сохранялась (Федотова, 2015).
Таким образом, микроэлементное удобрение «Аквадон-Микро» стабилизирует содержание нитратного азота в растениях ячменя, за счет лучшего усвоения азота из минеральных удобрений возможно сокращение их дозы.
В ходе многолетних исследований, описанных В.В. Церлингом, были выявлены закономерности распределения нитратов по органам внутри растения. Установлено, что содержание нитратов полностью исчезает в молодых органах. В меристематических тканях точек роста и семенах нитратов нет. Они отсутствуют также в колосках, пыльце, в зерне и его зародыше. В этих тканях идет активный синтез белковых молекул и требуются восстановленные формы азота, непосредственно участвующие в этом синтезе.
Экономическая эффективность производства зерна ячменя в зависимости от применения «Аквадона-Микро» и разных доз минеральных удобрений
Минеральные и органические удобрения при возделывании ячменя применяются повсеместно, однако в последние годы они являются весьма дорогостоящими. Рыночная стоимость, затраты на перевозку, хранение, подготовка и внесение - все это затраты на внесение удобрений. Одним из путей их уменьшения является использование современных микроэлементных удобрений хе-латного типа, увеличивающих эффективность минеральных удобрений за счет лучшей усвояемости питательных веществ.
Эффективность применения удобрений оценивается по прибавке урожая зерна (т/га) или окупаемостью единицы (кг) вносимых удобрений продукцией, выраженной в кг натуральной продукции или в зерновых единицах. Окупаемость удобрений прибавкой урожая определяется в производственных и полевых опытах в типичных для данной зоны условиях. Наибольшая эффективность достигается при научно обоснованном сочетании доз минеральных удобрений, применения микроэлементных препаратов и других средств химизации (Федотова и др., 2018)15.
Применение препарата «Аквадон-Микро» на посевах ячменя показало высокую экономическую эффективность (таблица 14). При полной дозе удобрений (N4oP6oK9o) с обработкой «Аквадоном-Микро» урожайность ячменя повышалась на 6,7 ц/га, или на 20,4%. При снижении дозы минеральных удобрений до 2/3 (М28Р4оК6о)эффект от применения «Аквадона-Микро» был еще выше - прирост урожайности составил 11,0 ц/га, или 39,4%.
В расчете на 1000 руб. затрат на удобрения и микроэлементы прирост урожайности ячменя при полной дозе удобрений составил 2,90 ц, в том числе за счет удобрений 2,75 ц/га, микроэлементов - 3,24 ц/га.
При сниженной до 2/3 дозе удобрений общий прирост урожайности составил 3,49 ц/га, в том числе за счет удобрений 2,42 ц/га, микроэлементов - 5,19 ц/га. Рост урожайности ячменя дает значительный экономический эффект в виде снижения затрат на единицу продукции. Так, при внесении удобрений в полной дозе себестоимость производства 1 ц ячменя снижается на 150,74 руб., или на 23,3%, а при сниженной до 2/3 - на 177,03 руб., или на 27,7% (Федотова и др., 2017)16.
Приведенные расчеты показывают высокую экономическую эффективность применения микроэлементного удобрения «Аквадон-Микро» в большей степени при сниженной до 2/3 дозы внесения минеральных удобрений. При возможной цене реализации ячменя 13,0 руб/ц, окупаемость дополнительных затрат при полной дозе внесения удобрений составила 3,77 руб, в том числе затрат на удобрения - 3,58 руб, на микроэлементы - 4,21 руб. При снижении дозы NPK до 2/3, окупаемость дополнительных затрат составила 4,54 руб., в том числе затрат на удобрения - 3,14 руб, затрат на микроэлементы - 6,75 руб.
Использование удобрений в сочетании с микроудобрением «Аквадон-Микро» повышало прибыль с гектара посевов на 31 745 руб. и на 803,7 руб. в расчете на 1 ц ячменя при полной дозе внесения удобрений. Рентабельность продаж при этом повышалась по сравнению с контролем на 61,0% и составляла 161,9%. При снижении дозы удобрений до 2/3 прибыль с гектара посевов повышалась на 32 286 руб. и на 830,0 руб. в расчете на 1 ц ячменя. Рентабельность продаж при этом повышалась на 75,7% и составляла 176,6%(Федотова и др., 2017).
Таким образом, с экономической точки зрения наиболее целесообразно применение удобрений на посевах ячменя в сниженной до 2/3 дозы внесения удобрений в сочетании с микроэлементным удобрением «Аквадон-Микро».
Наши данные подтверждаются результатами, которые были получены в ходе производственных испытаний по эффективности микроудобрения «Аквадон-Микро»(Федотова и др., 2017).