Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературы 11
1.1. История урожаев и удобрения 11
1.2. Развитие взглядов о применении удобрений 15
1.3. Влияние азота на урожайность и качество озимой пшеницы 24
1.4. Баланс элементов питания при выращивании озимой пшеницы 42
Глава II. Условия и методика исследований 46
2.1. Опытное поле Кильского университета (Германия) 46
2.2. Опыты в Калининградской области (Россия) 53
Глава III. Результаты опытов 63
3.1. Результаты исследований на опытном поле Кильского университета 63
3.2. Результаты исследований на опытных полях Калининградского государственного технического университета 90
3.3. Результаты производственных опытов 95
Глава IV. Анализ полученных данных 98
4.1. Влияние азотных удобрений на урожайность и её структуру 98
4.2. Содержание протеина в зерне при различных дозах азотных подкормок 102
4.3. Динамика содержание нитратов в клеточном соке пшеницы 104
4.4. Баланс элементов питания 107
4.5. Эффективность применения азотных подкормок 112
Выводы 116
Предложения производству 118
Список литературы 119
Приложения 133
- Развитие взглядов о применении удобрений
- Опыты в Калининградской области (Россия)
- Результаты исследований на опытных полях Калининградского государственного технического университета
- Содержание протеина в зерне при различных дозах азотных подкормок
Введение к работе
Актуальность темы Население планеты растёт в геометрической прогрессии. Если в 1950 году на планете было 2,5 млд. человек, то в 1990 - 5,3 млд. Эксперты прогнозируют дальнейший рост населения до 8,9 млд в 2030 году. Уже сейчас хронически недоедают 17 % населения планеты, а к 2030 году их количество возрастет минимум в полтора раза, причём половина из них будет на грани выживания. Обеспечить продовольствием всех нуждающихся очень важно не только в стратегическом и этическом плане, но и экономически. Последние годы наметилась тенденция сокращения общемировых запасов зерна, а как следствие и его удорожание (Экономика сельского хозяйства России 2002. №10. с. 42; Экономика сельского хозяйства России 2003. №2. с. 42; Шпаар Д., 1997). По мнению некоторых экспертов, она сохранится и может привести к удвоению цен на зерно уже в 2010 году. А это сулит немалую выгоду экспортёрам (Шершнев Е.С., 1999).
Увеличить сбор урожая можно либо экстенсивным путём (увеличение обрабатываемой площади), либо интенсивным (увеличивая урожайность уже существующих угодий). В настоящее время первый путь вряд ли возможен, так - как в мире наблюдается тенденция сокращения земель сельскохозяйственного назначения из-за водной и ветровой эрозии (в США к середине 90-х было выведено из оборота и законсервировано, т.е. засажено лесом и залужено 14 млн. га, в странах западной Европы 4 млн. га), засоления и заболачивания (уже в начале 90-х 10 % искусственно орошаемых площадей были засолены на столько, что возможность их дальнейшего использования находится под вопросом), строительства дорог, домов и заводов. Расширение промышленного производства Японии, Южной Кореи и Тайваня привело к сокращению посевов зерновых в этих странах на 35-52 % - из их сельскохозяйственного оборота было изъято 4 млн. га. В Китае в последнее время ежегодно изымается
из оборота около 1 млн. га таких земель (за 1990—1994 гг. изъято 2,4 млн. га, т. е. 10 % площади пахотных земель страны). В США посевные площади в 1994г. были на 40 млн. га меньше, чем десять лет назад, в Индии — на 5 млн. га. Этот процесс рельефно проявляется и в других странах. За 1990-1993 года посевные площади зерновых в мире сократились на 6 % (до 695 млн. га) (Шершнев Е.С., 1999). Остаётся путь интенсификации производства сельскохозяйственной продукции. Из всей сельскохозяйственной продукции зерно имеет самую низкую себестоимость единицы энергии, легко транспортируется, хранится и перерабатывается, поэтому играет стратегическую роль. Этим объясняется то, что большая часть пашни во всем мире находится под зерновыми культурами (Машкевич Н.И., 1974).
За счет хлебопродуктов человек получает 20 % суточной потребности в белке и до 40 % (а для значительной части населения в еще большей степени) удовлетворяется его потребность в калориях (Зерновой проблеме первоочередное значение. Экономика сельского хозяйства России 2001. №6. С. 38). В год на человека, для обеспечения его нормального питания хлебопродуктами и продуктами животноводства, требуется производить 0,7-1 т продовольственного и фуражного зерна (Прянишников Д.Н., 1965; Дуданов И.И., 1998). Если в США этот показатель достигал в 1990 г 1160 кг/человека, Дании в 1993 г 1581 кг/человека, Канаде в 1993 г 1784 кг/человека (Шпаар Д., 1997), то в нашей стране он упал с 769 кг в 1970 году (Степанов А. И. 1978), до 330 кг в 1998 году (Растениеводство России в 2002 году. Экономика сельского хозяйства России 2003. №5. С. 17). В 2002 году этот показатель хоть и вырос до 597 кг/человека, но при экспорте в 18,7 млн. тонн зерна (Лебедев Е., 2003) фактически составил 468 кг/человека, что не покрывает внутренних потребностей страны в продовольствии.
По мнению некоторых авторов, (Шершнев Е.С., 1999) уже в первой половине 90-х годов нужды России в продуктах питания стали на 30 % удовлетворятся за счёт импорта, а потребности больших городов на 70-80 %. Кроме
того, импорт отличается низким качеством: «за 2000-2002 года было забраковано 64 % масложировой продукции, 58 % импортного мяса, 44 % ввозимого чая и 70 % ликероводочных изделий» (Некачественный импорт продовольствия. Экономика сельского хозяйства России 2002. №5. с. 2).
Пшеница занимает первое место в мире, России и в Калининградской области, среди зерновых культур по площади возделывания и валовому сбору зерна (Степанов А.И., 1978; Госкомстат; Орманджи К.С., 1988). На земном шаре пшеница обеспечивает почти 30 % мирового производства зерна и потребности в питании более половины земного населения (Кондратенко Б.П., 2001; Дорофеев В.Ф., 1987). Мягкая пшеница используется в основном для хлебопечения. В её зерне в зависимости от сорта и условий произрастания содержится от 11 до 24 % и более высококачественного белка. Хлеб из пшеничной муки отличается наивысшим вкусом, питательностью и усвояемостью (Машкевич Н.И., 1974).
На количество и качество урожая влияет масса факторов: система удобрения (Остапенко А.П., 2002; Картамышев Н.И., 2002; Шпаков А.С., 2002), химическая защита растений (Раскин М.С., 2001; Силаев А.И., 2001; Орлинский П.Д., 2002; Застеженко Н.Н., 2002; Лухменев В.П., 2003), в том числе и протравливание семян (Гаврилов А.А., 2001; Безуглов В.Г., 2002; Рудаков О.Л., 2001; Попов П.Ф., 2003), система обработки почвы (Бурченко П.Н., 2001; Матвеев В.В., 2003; Макаров И.П., 2002; Баранова В.В., 2003; Бо-рин А.А., 2003; Пыхтим И.Г., 2002; Саленков С.Н., 2001; Безуглов В.Г., 2002; Сабитов М.М., 2002), выбор предшественников (Безуглов В.Г., 2002; Карпова Л.В., 2003; Постников П.А., 2002; Козачков A.M., 2002; Остапенко А.П., 2002), подбор сортов (Рыбалкин П.Н., 2001; Лопачев Н.А., 2003; Бякин В.М., 2003, Сандухадзе Б.И., 2002; Алабушев А.В., 2001), сев качественными семенами (Орманджи К.С., 1988) и другие факторы. Однако, по мнению Мосолова И.В., Степанова А.И. и других исследователей самую большую прибавку урожайности можно получить от применения удобрений (Мосолов И.В.,
1979; Степанов А.И., 1978). Конечно, низкий уровень земледелия нельзя возместить даже самыми высокими дозами удобрений, но, грамотно применяя туки, на фоне сбалансированности остальных факторов можно получить прибавку урожая в 50 % (Прянишников Д.Н., 1965; Левченко В.А., 2002). Особенно хорошо это проявляется на Нечернозёмных почвах из-за меньшей их обеспеченности элементами питания по сравнению с чернозёмами. Причём прибавка урожайности от азотных удобрений максимальна (Мосолов И.В., 1979; Малхасян А.Б., 2002; Клевке В.А., 1963).
Проблема повышения урожайности и качества зерна озимой пшеницы для Калининградской области весьма актуальна. Эта культура занимает максимальные площади и даёт наибольший валовой сбор продовольственного зерна в нашей области. Хотя её урожайность остаётся очень низкой: 1990 г-3,00, 1998 г- 1,53, 2005 г- 3,54 т/га. Хотя в соседних странах, имеющих сходные почвенно-климатические условия, урожайность зерновых составляет: в Нидерландах за 1985-2000 гг. колебалась в пределах 5,87-8,09 т/га, во Франции 5,71...7,22, в Великобритании— 5,50...7,09, в Германии— 5,30...6,39, в Швеции -3,34...4,89 и в Венгрии— 3,11-5,04 (Лебедев В.Б., 2004). В Германии, земле Шлесвих-Хольштайн (Schleswig-Holstein), климатически наиболее похожей на Калининградскую область, урожайность озимой пшеницы в 1997 году составила 9,07 т/га (Matthey J., 1997). Для получения сравнимых показателей необходимы высокоурожайные интенсивные сорта зерновых, прежде всего озимой пшеницы. Технология их возделывания в нашем регионе ещё не отработана. Имеющиеся литературные источники либо ориентируются на гораздо меньшую урожайность, либо дословно переводят зарубежные рекомендации без учёта местных особенностей.
Цель исследования. Изучить влияние различных норм и доз внесения азотных удобрений на фосфорно-калийном фоне, на урожайность зерна озимой пшеницы, его качество и элементы структуры урожая.
Задачи исследования. Выявить закономерности в динамике урожайности озимой пшеницы интенсивных сортов при различных вариантах азотных подкормок.
Установить, за счет каких составляющих урожайности формируется максимальный урожай и как на них влияют различные дозы и сроки внесения азотных удобрений.
Найти оптимальный вариант азотных подкормок озимой пшеницы интенсивных сортов в условиях Калининградской области.
Выявить зависимость между содержанием сырого протеина в зерне и различными сроками и дозами внесения азотных подкормок.
Рассчитать зависимость между окупаемостью азотных удобрений, дозами и сроками их внесения.
Найти зависимость между прибылью, рентабельностью применения азотных подкормок и сочетанием доз азота на озимой пшенице интенсивных сортов.
Научная новизна диссертационной работы. Впервые в Калининградской области проводятся исследования по применению азотных удобрений в столь широком объёме (48 вариантов) с тремя сроками внесения в зависимости от фаз развития озимой пшеницы. Развитие пшеницы отслеживается с большой точностью, по единой шкале с градацией в 100 фаз, что помогает вносить удобрения более точно, приблизив их внесение к максимальному периоду потребления.
Впервые в Калининградской области применён экспресс анализ содержания нитратов в клеточном соке растений, с получением числовых значений и высокой точностью.
Достоверность научных положений и выводов. Результаты исследований включают 8 полей опытов в земле Шлесвих - Хольштейн (Германия) и 8 в Калининградской области. Все опыты были заложены в трёх-, четырёх кратных повторностях. Полученные данные были обработаны дисперсионным анализом.
Защищаемые положения. В Калининградской области возможно получение урожайности озимой пшеницы в несколько раз выше сложившейся. Сочетание различных доз и сроков подкормок озимой пшеницы азотными удобрениями может обеспечить урожайность в 4-10 т качественного зерна.
Вносить азотные удобрения необходимо в фазы наибольшего потребления азота растением.
Сочетание различных доз и сроков внесения азотных удобрений в зависимости от фаз развития озимой пшеницы влияет на элементы структуры урожая.
Прибавка урожайности, окупаемость азотных удобрений, рентабельность их применения сильно зависит от уровня окультуренности почвы, в том числе и запасов доступных форм питательных веществ в пахотном слое.
Практическая значимость. Данные, полученные в результате исследований, позволяют экономить азотные удобрения, разбивая всю норму на дозы и вносить их во время наибольшего потребления растениями. При этом дату внесения определяют не календарными сроками, а фазами развития пшеницы с высокой точностью. Внесённый азот удобрений в этом случае быстрее используется, сокращаются его потери.
Внедрение лучших вариантов опыта, опробованных в хозяйствах области, в производство, позволяет получать до 4759 руб./га прибыли от применения азотных удобрений (среднее за четыре опыта). При этом рентабельность внесения азотных удобрений составляет 226 %. Прибыль от применения азотных удобрений и рентабельность их внесения возрастают с применением интенсивной защиты растений, с увеличением окультуренности почвы.
Большое количество опытного материала позволяет прогнозировать урожайность на разных по плодородию почвах, подбирая оптимальную структуру подкормок и добиваться максимальной окупаемости удобрений.
В представленном материале кроме актуального для области уровня плодородия почв и возможной при нём урожайности, рассмотрен более высокий уровень плодородия и урожайности на примере опытного поля Киль-ского университета. Это позволяет оценить достижимую окупаемость удобрений, показывает перспективы развития и необходимость окультуривания почвы.
Апробация работы и публикации. По результатам исследований были скорректированы дозы внесения азотных подкормок на площади более 2000 га в хозяйствах Калининградской области. За два года проведения хозяйственных опытов было проведено два полевых и два аудиторных семинара, на которых присутствовали как сельхозпроизводители, так и студенты сельскохозяйственных специальностей различных учебных заведений. По теме работы было опубликовано четыре статьи.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 143 страницах машинописного текста, содержит 36 таблицы, 10 рисунков и состоит из введения, четырёх глав, выводов, предложений производству, списка использованной литературы, включающего 136 источников, в том числе 15 иностранных, 12 приложений.
Развитие взглядов о применении удобрений
По данным археологических исследований, возделывание растений началось примерно 10-12 тыс. лет назад. С появлением земледелия жизнь человека изменилась коренным образом. От кочевого образа жизни и собирательства многие перешли к оседлости и накопительству. Оседлость привела к образованию долговременных поселений, а в дальнейшем к возникновению государственности и цивилизации. Древнейшие центры земледелия появились в долинах великих рек: Нил, Тигр, Евфрат, Амударья, Инд. В восточном Китае уже 4000 лет до н. э. был накоплен обширный опыт по возделыванию сельскохозяйственных культур. Ежегодно правительством назначались сроки проведения сева и вспашки, опиравшиеся на ежегодные наблюдения за ходом работ (Трисвятский Л.А., 1985).
Первые сохранившиеся письменные источники, в которых говориться о возделывании растений, принадлежат древним грекам, например сочинения Аристотеля. Много письменных трудов оставили после себя римляне. В первом веке нашей эры наступает рассвет античной науки, Гай Секунда Плиний Старший оставил энциклопедию в 37 томах, изложив в ней все имеющиеся знания, в том числе и по сельскому хозяйству. Луций Юний Мозерат Колу-мелла оставил сочинение «О сельском хозяйстве» в 12 томах (Минеев В.Г., 2004). К такому уровню развития европейская наука подошла лишь через 1500-1700 лет.
К осознанию роли минеральных веществ, удобрений на жизнь и продуктивность растений человечество пришло не сразу. Был пройден извилистый путь заблуждений, догадок и экспериментов. Древние авторы оставили практические советы по возделыванию культур и ведению хозяйства. При этом они в единую систему сведены не были. Не было и теории, объясняющей те или иные приёмы.
Средневековые авторы, конечно, ничего конструктивного в науку не принесли. Из всех подобных сочинений резко выдаётся сочинение Бернара Палисси (Bernard Palissy), вышедшего в 1563 году. В нём он прямо указывает на соль, являющуюся основой жизни и роста всех растений. А также говорит, что та же соль является действующим началом навоза и золы и что со временем используемые земли истощаются именно из-за уменьшения в них соли. Эти предположения остались неизвестны широкой публике и были доказаны лишь 300 лет спустя.
В начале 17-го века Ф. Бэкон (F. Bekon) выдвинул положение о необходимости перехода от чистых умозаключений к эксперименту, как основе научного знания. Вскоре (около 1650 года) Глаубер (J. R. Glauber) выдвинул теорию о первостепенной роли селитры в росте и развитии растений. Действие навоза он также связывал с содержащейся в ней селитрой. Выводы были сделаны на основании опытов. Эта теория также осталась незамеченной. В то время активно муссировались теории о «жире почвы» и «теплоте» навоза, как главных факторах плодородия почвы. Усложнялась исследовательская работа в то время представлением о взаимопревращении химических элементов. Так в 1766 году Упсальский профессор Валлериус (Vallerius) утверждал, что зольные части растений, полученные им при химическом анализе, не тождественны тем, которые содержит почва, а следовательно, приготовляются растением из воды и воздуха. Первостепенное значение плодородию почвы Валлериус приписывает «жиру почвы», считалось что «жир» является действующим началом навоза. Солям почвы, в частности селитре, отводилась лишь роль растворителя «жира почвы».
Но были в то время и прогрессивные идеи. В 1789 году Рюккерт (Ru-kert) выдвинул теорию истощения почвы растениями, указывал на закон минимума. Хотя автор провёл колоссальный труд, исследовав состав золы 43 растений, его доводы остались не услышанными современниками.
Хотя примерно в тоже время, в 1795 году, в Англии Дендональд доказывал необходимость для растения фосфорнокислых солей, а ещё раньше, в 1756 году, Гом пришёл к выводу о необходимости солей калия для успешного развития растений на основе опытов с растениями в сосудах.
Правильные представления о роли минеральных веществ в жизни растений к 1800 году полностью теряются, так как на вопрос «о происхождении зольных частей растений», заданный в этом году Берлинской академией Шрадер в своих сочинениях отвечает, что растения сами синтезируют свои зольные вещества, а потому не нуждаются в их доставке извне.
Несколько позже Соссюр провёл ряд экспериментов по анализу золы растений, выращивании растений в беззольной среде. Он пришёл к выводу, что фосфорнокислая известь содержится во всех растениях и абсолютно им необходима, а растения, выращенные в дистиллированной воде, содержат ровно столько золы, сколько было в семенах.
При уходе от чистого эксперимента к пространственным теориям исследователи попадают в тупик, который замечать совершенно не желают. Например, Дэви в 1813 году утверждал, что зола служит хорошим удобрением только потому, что содержит много угля, и даже пытался узнать, не поступает ли в корни растений тонко измельчённый уголь. Когда же он получил отрицательный эффект, объяснил это тем, что углерод поступает в корни лишь в растворённом виде. Это произошло после работ Лавуазье (1775), показавших сущность процессов окисления, горения, дыхания, а так же При-стлейя (1772) заметившего, что растения исправляют воздух, испорченный животными и открывшего кислород. В 1779 г Ингенгуз установил связь углекислого газа воздуха зелёным листом с выделением кислорода. Вышеупомянутый Дэви объяснял удобрительное действие углекислого аммиака наличием в нём четырёх химических элементов. Соли он считал необходимыми лишь для предания крепости растению, подобно веществу костей у животных.
Ещё одно, широко распространенное заблуждение пропагандировал Тэер (1752-1828), основатель первой высшей сельскохозяйственной школы. Пропагандист упразднения трёхполья, перехода к плодосменному хозяйству, он, тем не менее, придерживался гумусовой теории питания растения. Хоть Тэер всегда настаивал на важности естественнонаучных основ сельского хозяйства, но утверждал: «Плодородие почвы зависит собственно целиком от гумуса, так как, кроме воды, он представляет единственное вещество почвы, могущее служить пищей растениям» (Прянишников Д.Н., 1965).
Опыты в Калининградской области (Россия)
Калининградская область расположена на западной окраине восточноевропейской равнины. Территория области представляет собой холмистую равнину, расчленённую реками, озёрами, болотами. Почвы области образовались после схода последнего ледника, на мощных глиняных и песчаных отложениях. Область находится на окончании таёжно-лесной зоны, поэтому первоначально доминировавший почвообразовательный процесс - подзолистый. После изреживания лесов доминировать стал процесс накопления гумуса. В западинах меж холмами и в низинах встречаются торфяно-болотные почвы. На климат в Калининградской области влияют воздушные массы с Атлантики, Евразийского континента, Антарктики. Преобладают Атлантические воздушные массы, которые определяют зимой оттепели, обильные осадки, летом - пасмурные, дождливые, прохладные дни. При влиянии континентальных воздушных масс наступает сухая погода, зимой и ранней весной наступают морозы и заморозки, летом - жаркая погода. Количество дней со среднесуточной температурой больше О С - 260-270. Начало ранних осенних заморозков 26 сентября, возвратные весенние заморозки до 25 апреля, безморозный период (дней) 182, время устойчивого потепления весной до 5 С и выше с 8 апреля, время устойчивого потепления весной до 10 С и выше с 3 мая. Вегетационный период 195-205, период активной вегетации (t=10C) 150-155 дней. Высокая влажность воздуха (70 % летом, 85-90 % зимой) обуславливает малую продолжительность солнечного сияния (60 % летом, 26 % зимой от возможной). Осадков выпадает 600-805 мм в год, с колебаниями по годам. В дождливый год может выпасть в два раза больше осадков, чем в засушливый. Наибольшее количество осадков выпадает летом, по 80-100 мм в месяц, меньше всего весной. Во второй половине весны и начале лета возможны кратковременные засухи. На апрель-октябрь приходится 65 54 75 % осадков. Относительная влажность воздуха равна 80 %. Сумма активных температур (свыше 10 С) 2204-2200 С. (Агроклиматаческие ресурсы Литовской ССР и Калининградской области РСФСР. 1972; Амелина М.А., 2000).
В Калининградская область В Шлесвих- Хольштайн Рис. 3. Средняя по Калининградской области и земле Шлесвих - Хольштайн (Германия) урожайность озимой пшеницы за 1990 - 2005 годы, ц/га Урожайность, в Калининградской области начиная с 1998 года, постепенно возрастает. Особенно большое увеличение наблюдается последние годы, что связано, в том числе, с использованием западных технологий её возделывания.
Сорт Ріко немецкой селекции, в Государственный реестр РФ внесён в 2001 году. Имеет пирамидальный колос, средней плотности, масса тысячи зёрен 36-44 г. Сорт среднепоздний, вегетационный период 291-329 дней, созревает на 5-6 дней поздней Московской низкостебельной, зимостойкость средняя. Высота растений 76-86 см, устойчив к полеганию. Его хлебопекарные качества на уровне ценных пшениц (хлебопекарных, группа В по немецкой классификации). Выше среднего устойчив к корневым гнилям, средне устойчив к болезням листа, восприимчив к твёрдой головне и септориозу. Сорт Astron также немецкой селекции, в Государственный реестр РФ внесён в 2001 году. Имеет пирамидальный, рыхлый колос, масса тысячи зёрен 38-46 г. Среднепоздний, вегетационный период 290-326 дней, созревает на 4-6 дней позднее Московской низкостебельной, зимостойкость низкая. Высота растений этого сорта 83-91 см, устойчив к полеганию. Его хлебопекарные качества на уровне ценных пшениц (хлебопекарных, группа В по немецкой классификации). Устойчив к болезням, поражается болезнями листа на уровне Московской низкостебельной.
На опытном поле Калининградского государственного технического университета в 1999-2003 годах проводились опыты с применением различных доз и сроков азотных подкормок на озимой пшенице. Опыты проводили с сортом Ріко, годы уборки урожая 2000, 2001, 2003. Почвы на опытном поле дерново-слабоподзолистые, легкосуглинистые, среднемощные 22 см. Содержание гумуса 2,0 %. Подвижные фосфаты, обменный калий, рН солевой вытяжки определяли ежегодно перед закладкой опыта. Отбирали тростьевид-ным буром средний образец. Эти показатели составили следующие значения: 2000 год Р205 - 248 мг/кг почвы, К20 - 235, рНКСі 6,2; 2001 год Р205 - 236 мг/кг почвы, К20 - 242, рНКСі 6,1; 2003 год Р205 - 237 мг/кг почвы, К20 243, рН 6,2. Средние показатели по трём годам составили: Р205 - 240 мг/кг почвы, К20 - 240, рНксі 6,2. На одном гектаре в пахотном слое содержится 686 кг подвижного фосфора и 686 кг обменного калия (приложение 3).
Основное удобрение, суперфосфат и хлористый калий, вносили под вспашку в количестве Р205 30 кг д.в./га, К20 60 д.в./га (фон). Подкормки осуществлялись аммиачной селитрой по фону. Вносили азотные удобрения на поверхность почвы, вручную разбрасывая отмеренную навеску. Нормы внесения азотных удобрений варьировались от 0 до 140 кг азота, дозы 0, 30, 60, 90 кг д.в./га в первую подкормку и 0, 50 кг д.в./га во вторую. Первая подкормка вносилась в фазу развития 21 (появление боковых побегов и вторичных стеблей), или 23 (кроме главного побега есть 4-5 вторичных). Вторая подкормка вносилась либо в фазу 32 (в срезе стебля первый узел отошёл от узла кущения более чем на 1, второй отошёл от первого более чем на 2, третий от второго более чем на 2 см), либо в фазу 39 (флаговый лист полностью развит).
Для изучения и уточнения данных, полученных на поле Кильского университета, по влиянию азотных удобрений на урожайность и качество озимой пшеницы в условиях Калининградской области, в 2003-2004 годах был заложен и проведён опыт с озимой пшеницей по схеме, принятой на опытном поле Кильского университета. Опыт был проведён в хозяйстве ООО «Родники», Гурьевского района Калининградской области. Были выбраны наиболее типичные для Калининградской области почвы. Почвы на опытном поле дерново-слабоподзолистые, глееватые, легкосуглинистые. Окультурен-ность средняя. Содержание гумуса 1,85 %, подвижных фосфатов 135 мг/кг почвы, обменного калия 150 мг/кг почвы, рНксі - 5,8, Нг - 1,01 мг-экв./100 г, S - 23,00 мг-экв/100 г. На одном гектаре в пахотном слое (20 см) содержалось 351 кг подвижных фосфатов и 390 кг обменного калия (приложение 3).
Результаты исследований на опытных полях Калининградского государственного технического университета
На опытном поле КГТУ влияние подкормок азотными удобрениями на урожайность и качество озимой пшеницы исследовали в полевом опыте, заложенном по другой схеме. Были получены следующие результаты (табл. 28, 29). Максимальная урожайность зерна в 2000 году была получена при подкормке в варианте 90+50 кг/га (23-я и 32-я ст.раз.) и составила 5,1 т/га, в 2001 году 3,42 т/га, в варианте 60+50 кг/га (23-я и 32-я ст. раз.). В 2003 году большая урожайность была получена при подкормке в 90+50 кг/га (21-я и 39-я ст. раз.) и составила 5,66 т/га. Данные по прибавке урожайности и окупаемости азотных удобрений в среднем за 2000-2003 годы представлены в табл. 29. По средним данным за три года, урожайность на контроле составила 2,29 т/га, максимальная урожайность 4,54 т/га на варианте с подкормками 90+50 кг/га (23-я и 32-я ст. раз.). Подкормки азотом обеспечили прибавку до 2,25 т/га, что составило 50 % урожайности (98 % прибавки к контролю). Наибольшую окупаемость (32,3 кг зерна/кг азота) обеспечила подкормка минимальной дозой в 30 кг/га в самом начале весенней вегетации. Наименьшую окупаемость (7,4 кг зерна/кг азота) продемонстрировала подкормка в 50 кг азота/га, внесённая в начале выхода колоса. Данные по структуре урожайности представлены в табл. 30. Количество колосьев на квадратном метре увеличивалось с возраста нием дозы первой подкормки. Вторая подкормка, при малых дозах первой, также увеличивала количество продуктивных стеблей. Количество зёрен в колосе возрастало при наличии второй подкормки, хотя не всегда прибавка была достоверна. Увеличение дозы в первом внесении положительно влияло на озернённость колоса.
При наличии второй подкормки масса 1000 зёрен значительно увеличивалась, достигая максимума в 55,0 г на варианте с дозами азота 60 кг/га (23-я ст. раз.) + 50 (32-я ст. раз.). Более позднее внесение азотных удобрений (вторая подкормка) в меньшей степени увеличивало массу 1000 зёрен. Повышение дозы первой подкормки также увеличивало этот показатель. Так как схемы опытов в Киле и Калининграде во многом отличаются, для корректного сравнения имеющихся данных был проведён опыт в ООО «Родники», Гурьевского района, Калининградской области по схеме, принятой на опытном поле Кильского университета. Полученные данные представлены в табл. 31. Урожайность озимой пшеницы на контроле 2,31 т/га. Максимальная урожайность в 3,55 т зерна/га была получена при проведении подкормок в три срока, в дозах 80-40-80 кг/га. Высокую урожайность пшеница сформировала на делянках с умеренным внесением азота в первую и вторую подкорм ки, и средним или высоким в третью. С увеличением нормы азотных удобрений, урожайность возрастала лишь до уровня в 160 кг азота/га, далее урожайность снижалась. В большей норме внесения аммиачная селитра начинала действовать угнетающе. Аналогичная ситуация наблюдалась и в немецком опыте, но оптимальная норма азота в нём составила 240 кг/га.
Начиная с 2004 года, в различных хозяйствах области проводятся производственные опыты, в которых изучают влияние азотных удобрений и различных систем защиты растений на урожайность, структуру и качество урожая озимой пшеницы. Опыт состоит из вариантов азотных удобрений, ранее опробованных на опытных полях Киля и Калининграда. Уборка проводилась комбайном. Ниже приведены средние урожайные данные, полученные при уборке четырёх опытных полей за два года (табл. 32). В производстве применялся сорт немецкой селекции Astron, внесённый в государственный реестр РФ, и повсеместно возделываемый в Калининградской области.
Максимальная окупаемость азотных удобрений зафиксирована на варианте 120-80-0 кг д.в./га и составила 9,4 кг зерна/кг азота. Наименьшая окупаемость - у варианта 40-40-40 (7,3 кг зерна/кг азота). Окупаемость возрастала при увеличении первой и второй подкормок, уменьшалась при увеличении третьей.
Урожайность на контроле составил 4,53 т/га. Максимальная (6,55 т зерна/га) сформировалась в варианте подкормки аммиачной селитрой в дозе 120-80-40 кг азота/га. Прибавка на этом варианте составила 2,02 т/га (31 % урожая, 45 % прибавки к контролю), и как следствие, максимальная прибыль и рентабельность от применения азотных удобрений. Структура урожая на примере опыта в пос. Залесье представлена в табл. 33. , Из приведённых данных (табл. 33) видно, что наибольшая урожайность озимой пшеницы сформировалась в вариантах с нормой внесения в 200 кг азота/га. Если норма была разбита на 1-ю и 2-ю подкормки (120-80-0), то урожайность сформировалась за счёт большого количества стеблей на еди нице площади. При внесении этой дозы в 3 срока (80-40-80), формируется максимальная масса 1000 зёрен (50,2 г). Масса 1000 зёрен тем меньше, чем меньше норма внесения азота. Коэффициент корреляции между двумя этими показателями равен 0,69, зависимость достоверна, что подтверждает ранее полученные данные. Между другими составляющими урожайности и внесе ні ниєм азотных удобрений, в производственном опыте, достоверной корреля ции не выявлено.
Содержание протеина в зерне при различных дозах азотных подкормок
При возделывании озимой пшеницы необходимо учитывать и качество зерна. Это понятие объединяет массу показателей (масса тысячи зёрен, стек-ловидность, число падения, содержание клейковины, витаминов, белка, его аминокислотный состав и многое другое), самым важным из которых, пожалуй, является содержание белка (Трисвятский Л.А., 1985; Ефимов В.Н., 2002; Бякин В.М., 2004). На практике для быстрого определения качества зерна определяют так называемый сырой протеин, условно предполагая что весь азот, имеющийся в зерне, включён в белок. Хотя не следует забывать, что чистого белка в зерне всегда меньше, чем сырого протеина. Отношение сырого протеина к азоту, содержащемуся в зерне равно 6,25 (Пустовой И.В., 1995). Содержание протеина в зерне измерялось спектрометром (метод спектроскопии в ближней инфракрасной области).
Увеличение нормы подкормки положительно влияет на содержание протеина в зерне пшеницы. Содержание сырого протеина в зерне в наибольшей степени коррелирует с нормой азотных подкормок (г =0,88 в Германии, г =0,75 в России). Если рассматривать подкормки в отдельности, то содержание протеина в зерне в большей степени зависит от третьей (г =0,76 в Германии, г =0,62 в России), в меньшей степени от второй (г =0,51 в Германии, г =0,57 в России). Первая подкормка меньше всего влияет на содержание протеина в зерне (г =0,33 в Германии, в России корреляционная связь не существенна). В опытах Кильского университета и КГТУ наблюдается одинаковая зависимость влияния азотных удобрений на содержание протеина в зерне. Максимальное содержание сырого протеина в немецком опыте составляет 14,6 % на варианте 120-120-80, на поле ООО «Родники» 14,3 %, вариант 80-120-80 кг азота/га.
При использовании аммиачной селитры, половину азота растение поглощает в нитратной форме. Но включается азот в белковую молекулу в виде аммиака. Процесс восстановления азота протекает в несколько этапов и катализируется разными ферментами. Восстанавливает нитраты до нитритов фермент нитратредуктаза, содержащий молибден. Нитритредуктаза восстанавливает нитриты до гипонитрита. Гипонитритредуктаза создаёт из гипо-нитрита при присоединении двух атомов водорода гидроксиламин. Для проведения двух этих реакций необходимы медь, железо, магний. Гидроксила-миноредуктаза восстанавливает последнее вещество до аммиака, содержит марганец и магний (Мосолов И.В., 1979; Куперман Ф.М., 1997; Панасин В.И., 1999). Восстановление поглощённых нитратов наиболее активно протекает при достаточном количестве ассимилянтов, т. е. при интенсивном фотосинтезе, днём. Максимальное количество нитратов скапливается в соке растения за ночь. Поэтому определять концентрацию нитратного азота в соке растений, а следовательно, и обеспеченность азотным питанием следует в рассветные часы, до восхода солнца. По данным отечественных исследователей (Семененко Н.Н., Денисова А.З., Корзун А.Г., и другие) для оценки обеспеченности азотного питания пшеницы в разные фазы развития, следует применять различные показатели и методы, используя разные части растений. В фазах кущения - начала выхода в трубку тестируется содержание общего азота в растении и его нитратной формы. При этом используют часть стебля длинной 5-7 см над первым от земли узлом. В фазу стеблевания -часть стебля над вторым узлом и в фазу флагового листа - над последним узлом. В фазу флагового листа более достоверные данные получаются при определении общего азота в листьях. Применяют и листовую диагностику. В первый срок отбирают третий и четвёртый листья снизу, во второй и третий сроки - второй и третий листья сверху. В фазу колошения - первый и второй листья сверху (Вильдфлуш И.Р., 2001; Мухаметов Э.М., 1997). Гридасов И.И. предлагает определять содержание азота в флаговом листе в период начала колошения (Гридасов И.И., 1997).
Концентрацию нитратов можно определить, используя ионометриче-ский или фотометрический методы. Точность их высока, нижний предел определения 6 и 1,5 мг/кг соответственно. Недостаток - довольно большие затраты труда и времени. Выполняются анализы, как правило, в лаборатории, хотя есть и переносные приборы, например «Диагностика» (Ягодин Б.А., 1988). Для определения обеспеченности растений азотом непосредственно в поле применяют индикаторную бумагу «Индам» либо дефиниламин. Окраску индикатора сравнивают с цветной шкалой и находят соответствующий показатель обеспеченности. Недостатком этого метода является невысокая точность.
В 2005 году на двух опытных полях измерялась концентрация нитратов в соке растений. Сок выдавливался из нижней части (от узла кущения до первого узла) главного стебля. С делянки отбиралось 10 растений рано утром, до восхода солнца или сразу после. В полученном соке смачивалась тестовая бумажка. Ровно через минуту определялась степень окрашиваемо-сти индикатора прибором «Nitro-chek». Концентрация измерялась в ррт, и выдавалось числовое значение показателя.
Динамика минерального азота в клеточном соке растений свидетельствует о недостаточной обеспеченности им растений на вариантах с малыми дозами азотных удобрений (0-0-0, 40-40-40). Постоянное наличие минерального азота в клеточном соке (120-80-40), очевидно, способствовало формированию высоких урожаев качественного зерна. Содержание нитратов в пределах 0,01-0,04 % в стадию выхода в трубку и 0,007-0,012 % в стадии цветения-налива зерна позволяет получить высокий урожай качественного зерна. Опробованная нами методика анализа содержания нитратов позволяет оперативно дать рекомендации по корректировке технологии выращивания пшеницы, что особенно важно в интенсивном земледелии.
