Содержание к диссертации
Введение
Обзор литературы
2.1. Роль азота в жизни растений 9
2.2. Источники азота в агроценозах 11
2.3. Требования к обеспеченности сельскохозяйственных культур азотом 16
2.4. Метаболизм азота в системе удобрение-почва-растение 22
2.5. Методы почвенно-растительной диагностики 24
Условия, объекты и методы исследований
3.1. Почвенно-климатическая характеристика региона исследований 39
3.2. Почвенные условия проводимых экспериментов 42
3.3. Агрометеорологические условия в годы проведения исследований 46
3.4. Биологические особенности возделываемых культур 51
3.5. Методы проведения исследований *" 53
3.6. Рекогносцировочный посев викоовсяной смеси 59
Результаты исследований
4.1. Урожайность культур звена севооборота 62
4.2. Биохимический состав растений 77
4.3. Влияние азотных удобрений на показатели стеблевой диагностики культур звена севооборота 92
4.4. Содержание хлорофилла в листьях растений 102
4.5. Влияние азотных удобрений на показатели фотометрических приборов 112
4.6. Энергетическая и экономическая оценка эффективности применения азотных удобрений 138
Выводы 147
Список литературы 150
Приложения 176
- Источники азота в агроценозах
- Метаболизм азота в системе удобрение-почва-растение
- Агрометеорологические условия в годы проведения исследований
- Биохимический состав растений
Введение к работе
Экспресс - диагностика азотного питания растений является важной составной частью современных агротехнологий возделывания многих сельскохозяйственных культур, прежде всего озимых и яровых зерновых, овощей и картофеля. Она позволяет своевременно выявлять потребность веге-тирующих растений в азоте, поскольку другими методами это определить практически невозможно. От своевременной диагностики зависит не только продуктивность агроценозов, но и экология среды, так как избыток азота, возможный при внесении удобрений в подкормку «на глазок», является дестабилизирующим фактором метаболизма в растениях, вызывая их израста-ние или полегание растений, нитратно-нитритные токсикозы, загрязнение почв, продукции и грунтовых вод нитратами и нитритами, канцерогенными нитрозоаминами. У переудобренных азотом растений, что не редко наблюдается на практике, снижается иммунитет, и они больше повреждаются грибными заболеваниями и всевозможными вредителями. С другой стороны, недостаток азотного питания негативно сказывается на урожайности культур, а так же качестве продукции, прежде всего обеспеченности ее белком, незаменимыми аминокислотами, многими витаминами, другими биологически активными веществами (каротиноидами, флавоноидами, ферментами), избытком труднопереваримой клетчатки (в кормах).
Важное значение имеет и экономическая сторона применения азотных удобрений, поскольку и минеральные удобрения, и азотсодержащие органические удобрения по стоимости их приобретения, транспортировки и внесения в настоящее время занимают до 30-50% в себестоимости продукции растениеводства. Кроме того, качество получаемой сельскохозяйственной продукции, как правило, также является важным экономическим показателем при ее продаже. Таким образом, точное диагностическое азотного статуса
растений с экономической точки зрения является приоритетным технологическим приемом.
Актуальность темы В последние годы во многих странах с развитым сельским хозяйством большое внимание уделяется рациональному использованию азотных удобрений на основе физических методов диагностики в отличие от ранее применяемых химических методов стеблевой (тканевой) и листовой диагностики, требующей мокрого озоления растительного материала и определения в нем общего азота (Церлинг, 1990). Химические методы имеют ряд существенных недостатков, связанных с использованием сильных кислот и щелочей, значительными затратами времени на отбор проб и их анализ, необходимостью лабораторных условий для аналитических работ.
В зарубежной практике в последние 10-15 лет преобладающим методом диагностики азотного статуса растений служит фотометрия, основанная на косвенном определении обеспеченности их азотом по взаимодействию света с хлорофиллом листовых пластинок (Scharf et ah, 1996). Этот метод применяется в различных устройствах, портативных и мобильных, с пассивным или активным влиянием световой энергии на растения и регистрацией ответной реакции облученных растений или их листьев в отраженном или проникающем свете.
В нашей стране до сих пор физические методы не нашли широкого применения ввиду высокой, по отечественным меркам, стоимости зарубежных приборов, с одной стороны, и отсутствия более дешевых отечественных аналогов, с другой. Однако возрастающие требования к оптимизации азотного питания основных сельскохозяйственных культур, обусловленные экономическими и экологическими факторами, ставят разработку отечественных методов физической диагностики в ряд актуальных вопросов современного земледелия. Разработка научно-методических основ фотометрической
диагностики с учетом районированных сортов сельскохозяйственных культур и соответствующих почвенно-климатических условий позволит создавать отечественные приборы для адекватной оценки азотного статуса растений.
Цель исследований: обоснование нового способа диагностики азотного питания растений на основе фотометрии.
Задачи исследований:
установить влияние азотных удобрений на урожайность культур звена севооборота и химический состав растений;
выявить влияние возрастающих доз азотных удобрений на показатели тканевой (стеблевой) диагностики культур звена севооборота;
определить влияние возрастающих доз азотных удобрений на содержание хлорофилла в листьях растений;
установить зависимость показателей фотометрии от возрастающих доз азотных удобрений и их связь с другими характеристиками биологических объектов;
дать энергетическую и экономическую оценку оптимизации азотного питания растений.
Научная новизна Впервые в условиях Центральных районов Нечерноземной зоны РФ установлена возможность использования фотометрии для диагностики азотного питания озимой пшеницы, ярового ячменя и горчицы белой. Установлено, что показатели используемых фотометрических экспериментальных приборов ВНИИА — Спектролюкс отражают зависимость обеспеченности растений азотом. Показатели диагностических приборов находятся в тесной корреляционной зависимости (г = 0,83 — 0,97) с дозами азота, содержанием нитратов в стеблях растений, определенных полуколичественным методом, содержанием хлорофилла и биопродуктивностью культур.
Практическая значимость Экспериментальные данные по диагностике азотного питания на основе фотометрии могут использоваться для разработки фотометрических методов и приборов для диагностики обеспеченности сельскохозяйственных культур азотом.
Апробация работы Результаты исследований доложены на международных конференциях ВНИИА в г. Москве в 2007, 2008 гг., научно-технической конференции в 2007 г. в г. Москве (ВВЦ).
Автор выражает искреннюю благодарность за научное руководство исследованиями доктору сельскохозяйственных наук, профессору Р.А. Афанасьеву; заведующему Полевой опытной станции РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева Е.А. Березовскому и его коллегам, ведущему научному сотруднику ЦОС ВНИИА, доктору сельскохозяйственных наук А.В. Ваулину за помощь в проведении полевых опытов; заведующей лабораторией агрохимии органических удобрений ВНИИА, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Г.Е. Мерзлой, сотрудникам этой лаборатории и лаборатории агрохимического обеспечения координатного земледелия за содействие в выполнении аналитических работ.
По материалам диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе одна работа в журнале по списку ВАК РФ.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
Афанасьев Р.А. Спектрометрическая диагностика азотного питания растений / Р.А. Афанасьев, И.В. Сопов, Е.В. Пономарева, И.В. Румянцева // Материалы 5-й международной конференции (ВВЦ) «Современное приборное обеспечение и методы анализа почв, кормов, растений и сельскохозяйственного сырья». - М.: ВНИИА, 2007. - С. 58-61.
Сопов И.В. Эффективность дифференцированного применения азотных удобрений в условиях дерново-подзолистой почвы // Материалы 41-й
международной научной конференции (ВНИИА) «Агрохимические приемы рационального применения средств химизации как основа повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур». - М.: ВНИИА, 2007. - С. 144-147.
Афанасьев Р.А. Фотометрическая диагностика азотного питания зерновых культур / Р.А. Афанасьев, И.В. Сопов, Е.В. Березовский, А.В. Мельников, А.В. Сорокин // Материалы Всероссийского совещания «Экологические функции агрохимии в современном земледелии». - М.: ВНИИА, 2008. -С. 32-35.
Сопов И.В. Эффективность дифференцированного внесения азотных удобрений под озимую пшеницу в условиях дерново-подзолистой почвы // Материалы 42-й международной научной конференции (ВНИИА) «Агрохимические технологии, приемы и способы увеличения объемов производства высококачественной сельскохозяйственной продукции». - М.: ВНИИА, 2008.-С. 210-216.
Сопов И.В. Фотометрическая диагностика азотного питания зерновых культур / И.В. Сопов, И.В. Румянцева, Е.В. Пономарева // Материалы 42-й международной научной конференции (ВНИИА) «Агрохимические технологии, приемы и способы увеличения объемов производства высококачественной сельскохозяйственной продукции». - М.: ВНИИА, 2008. - С. 175-180.
Афанасьев Р.А. Принципы и методы дифференцированного применения удобрений с использованием фотометрии / Р.А. Афанасьев, И.В. Сопов, В.В. Галицкий // Плодородие. - 2008. - №6. - С. 14-17.
Источники азота в агроценозах
В обозримом будущем проблема азота была и остается одной из центральных проблем земледелия. На основе анализа развития земледелия в Западной Европе Д.Н. Прянишников (1965а) отмечал, «...что главным условием, определяющим среднюю высоту урожая в разные эпохи, была степень обеспеченности сельскохозяйственных растений азотом».
Известно, что основными источниками азота в питании растений являются: азот почвы, биологический азот, осадки, минеральные и органические удобрения. В разные эпохи отечественного земледелия роль и значимость этих источников в азотном балансе были неоднозначны. Длительное время (с конца XYIII века до 20-х годов XX столетия и затем с 90-х годов по настоящее время) основным источником был и остается азот почвы.
Содержание азота в почвах зависит от содержания в них органического вещества — гумуса. Установлено, что в дерново-подзолистых и серых лесных почвах его содержание обычно не превышает 2- 3%, в черноземах его, конечно, в несколько раз больше - от 3 до 5 % и более. По мнению ряда авторов (Орлов, 1968; Панников, Минеев, 1977; Кирюшин, 1989; Южаков, 1989; Расширенное воспроизводство..., 1993; Кирюшин и др., 1993; Панни
Как видно из вышеприведенных данных, суммарное поступление азота за счет указанных источников далеко не компенсирует выноса азота урожаями и потерь его из почвы в результате вымывания и денитрификации. Поэтому для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур и повышения качества растениеводческой продукции важнейшее значение имеет внесение в почву минеральных азотных удобрений, получаемых путем искусственного синтеза из азота воздуха на химических заводах (Минеев, 1966; Турчин, 1972; Арзыбова, 1973; Минеев, Аникст, 1978; Крупкин, 1982; Кореньков, 1985; Жуков, 1994; Милащенко, 1999; Муравин, 2003; Ли-цуков, 2003; Сычев, 2003).
Азотные удобрения подразделяются на четыре группы: нитратные (селитры), содержащие азот в нитратной форме - NaNCb, Са(ЫОз)2; аммонийные и аммиачные удобрения, содержащие азот соответственно в аммонийной или аммиачной форме - (NHU)2S04 и жидкие азотные удобрения (безводный аммиак и аммиачная вода); аммонийно-нитратные удобрения, содержащие азот в аммонийной и нитратной форме, - NH4NO3; удобрение, содержащее азот в амидной форме - СО (NRt (Справочник ..., 1976; Соколовский, Унанянц, 1977; Унанянц, 1979; Соколовский, Яшке, 1979; Артю-шин, 1984; Смирнов, 1988; Дубиковский, Широков, 1998; Попов и др., 2002).
Наряду с вышеперечисленными односторонними азотными удобрениями, промышленностью выпускаются и находят применение комплексные (твердые и жидкие) азотсодержащие удобрения: аммофос, диаммофос, карбоаммофос, нитрофос, нитрофоска, нитроаммофоска, карбоаммофоска, ЖКУ и другие. Комплексные удобрения, содержащие два питательных вещества — азот и фосфор — обычно применяются на почвах с повышенным содержанием подвижного калия, удобрения с тремя элементами питания -азотом, фосфором и калием - на всех других почвах. Применение комплексных удобрений не только лучше удовлетворяет потребность растений в питательных веществах, но в 1,5 — 2 раза позволяет снизить затраты по сравнению с использованием односторонних удобрений (Унананц, 1972; Грызлов и др., 1976; Ягодин, 1982).
Азотные удобрения усиливают минерализацию почвенного органического вещества и значительно увеличивают усвоение растениями азота из почвы (Шевцова, Сизова, 1974; Аристархов, 2000; Azan et al., 1985). До недавнего времени считалось, что растения используют 70-80% азота удобрений. Коэффициент использования растениями азота удобрений определялся разностным методом — по разнице в выносе азота с урожаем при внесении азота и без внесения, выраженный в процентах от количества внесенного N-удобрения. При этом допускалось, что растения в том и другом случае усваивают одинаковое количество азота из почвы. Применение в агрохимических исследованиях метода меченых атомов позволило установить, что в полевых условиях растения усваивают непосредственно из удобрений лишь 30-50% азота. Однако при внесении азотных удобрений усиливается минерализация почвенного азота и усвоение его, т. е. «экстра-азота», растениями (Сирота, 1973; Кореньков, 1985), хотя данный эффект проявляется, видимо, не всегда (Шарков, 1984; Назарюк, 2002).
Коэффициенты использования азота из различных форм азотных удобрений существенно не различаются, за исключением экстремальных условий их применения. Также, на основании исследований, стало известно, что 10 - 20% азота нитратных и 30 - 40% аммиачных, аммонийных удобрений и мочевины закрепляется в почве в органической форме. Запашка в почву органического вещества с низким содержанием азота (пожнивные растительные остатки, солома злаковых культур, соломистый навоз) способствует превращению азота в органическую форму. При этом азот не теряется, а лишь временно переходит в недоступные растениям соединения. Закрепившийся азот затем постепенно минерализуется и усваивается растениями. В азотном режиме почв соотношение процессов минерализации и новообразования органических азотсодержащих веществ играет важную роль (Блэк, 1973).
Метаболизм азота в системе удобрение-почва-растение
Как уже было сказано выше, в большей степени азот поступает в растения в виде ионов нитрата и аммония, а в меньшей степени - в форме нитрита и других соединений. Передвигаясь в растении от корневых систем к листьям, нитратный азот восстанавливается до аммонийных форм, включаясь, таким образом, в белковый обмен. Уже в корнях происходят первичные превращения поглощенных из почвы соединений азота — синтез аминокислот, амидов, полипептидов, белков и других азотсодержащих веществ. В листьях, в процессе фотосинтеза также осуществляется образование аминокислот с участием нитратного азота. Процесс восстановления нитратредук-тазой нитрата до нитрита является ключевым звеном в этой системе. Многие ученые (Петербургский, 1957; Прянишников, 19656; Токарев, Шумный, 1976; Паточ, 1989; Ниловская, 2001; Осипов, Соколов, 2001; Кидин, 2004; Dalling et al., 1975; Sander, Moline, 1980) указывают в своих работах на то, что наличие нитратного азота в различных органах растений указывает или на незавершенный цикл белкового обмена, или на их присутствие в виде запасного фонда в вакуолях клеток. Также установлено, что распределение нитрата по основным функциональным фондам изменяется в онтогенезе пшеницы и зависит от дозы азота (Булгакова, Ниловская, 2006).
В растениях различают два основных фонда (пула) нитратов - активный (метаболический) и запасной. Есть мнение, что эти фонды неравнозначны в клетках и тканях растений, и переход из одной формы в другую является одним из способов оперативной регуляции азотного обмена (Пек-кер, 1989). Однако данный вопрос является дискуссионным. Использование растениями нитратов запасного пула, аккумулированного в вакуолях клеток, по мнению ряда авторов (Miflin, 1980; Claux et al., 1990), ограничено даже при недостатке азота в среде. Другие исследователи (Дробышева, и др., 1989; Измайлов и др., 1992; Харитонашвили и др., 1993) установили, что растения активно используют нитраты запасного фонда при недостатке азота в питательной среде или почве, пополняя им метаболический, т. е. используя на ростовые процессы. При задержке ростовых процессов, например при засухе, использование нитратов запасного пула снижается. В результате повышенного азотного питания растений в нормальных условиях вегетации запасной фонд пополняется нитратами.
Аммиачный азот не накапливается в свободной форме в значительных количествах в растениях, так как он непосредственно используется на образование амидов, аминокислот и других азотсодержащих соединений (Жур-бицкий, 1963; Кретович, 1972; Ягодин 1982). Еще Д. Н. Прянишников (1965а) доказал, что аммиак является «альфой и омегой» азотистого обмена веществ у высших растений. В.Л. Кретовичем и его сотрудниками (1972) были развиты и продолжены работы основоположника отечественной агрохимии. Их развернутые исследования химизма образования аминокислот в растительных организмах показали, что процесс ассимиляции аммиака происходит путем восстановительного аминирования ряда кетокислот. В результате исследований в вегетационных опытах с меченым азотом (Осипов, Соколов, 2001) было установлено, что при наличии в питательной среде нитратного и аммонийного азота и примерно одинаковом поглощении ионов нитрата и аммония растения в первое время в большей степени используют на синтез органических соединений аммонийную форму азота по сравнению с нитратной. В этих же исследованиях было выявлено, что аммонийный азот больше используется на синтез белков в зерне, тогда как нитратный — на биосинтез органических соединений в вегетативных органах растений.
Наряду с процессами синтеза, распада и реутилизации азотсодержащих веществ, важное значение имеют условия транспорта ассимилятов в растительных тканях (Чиков, 1987; Чиков и др., 1993; Гамалей, 1994). В результате исследований с мечеными атомами установлено, что для успешного фотосинтеза органических веществ и экспорта ассимилятов из листа не обходимо оптимальное кислотно-щелочное равновесие во внеклеточном пространстве — апопласте. Для исследований помещали растение под стеклянный колпак в атмосферу с парами соляной кислоты, в результате фотосинтез снижался, а в апопласте накапливались меченые ассимиляты. И, наоборот, когда лист помещали в атмосферу аммиака, то содержание метки в апопласте снижалось, а фотосинтез стимулировался. Эти данные согласуются с известными фактами о различии действия восстановленной и окисленной форм азота на фотосинтез и транспорт ассимилятов, то есть восстановленный азот обычно благоприятствует образованию Сахаров в ходе фотосинтеза и их транспорту из листа, а нитраты, наоборот, тормозят эти процессы (Курсанов, 1976 1981; Най, Тинкер, 1980; Minchin, McNaughton, 1987).
Особенности метаболизма азота в растениях, выявленные в вышеприведенных экспериментах, позволяют полнее учитывать требования культур при направленном регулировании их азотного питания в целях повышения эффективности продукционных процессов.
Агрометеорологические условия в годы проведения исследований
По данным метеостанции им. В.А. Михельсона (РГАУ-МСХА), агроклиматические условия в годы проведения исследований в целом были типичными для зоны, но различались по количеству осадков и температуре (табл. 2; рис. 4 и 5).
В 2006 году среднее значение температуры было близким к климатической норме, за исключением 1-й декады мая, когда при повышении температуры выпало очень мало осадков. Засушливыми условиями характери зовался, по существу, весь весеннее-летний период вегетации озимой пшеницы. Наоборот, август 2006 года был избыточно увлажненным. Недостаток влаги негативно отразился на развитии озимой пшеницы и формировании урожайности, вызвав, в частности, щуплость зерна в опытах 1 и 2.
В 2007 году наблюдалась также сильная засуха в течение почти всего периода вегетации, о чем свидетельствуют значения гидротермических коэффициентов: ГТК мая - 0,7, июня — 0,5, июля — 1. ГТК периода май — август 2007 года составил 0,8, что соответствует засушливой погоде. Это привело к сокращению межфазных периодов, ускоренному росту и развитию ярового ячменя в опыте 1 и озимой пшеницы в опыте 2. В 2008 году, напротив, в период вегетации осадков выпало значительно больше нормы (ГТК мая — 1,8, июня — 1,4, июля - 2,3), особенно в период созревания семян горчицы белой (на 50,8 мм выше, чем среднемноголетнее значение). ГТК за период май — август 2008 года составил 2,0, что свидетельствует об избыточном увлажнении в период вегетации горчицы белой в опыте 1 и озимой пшеницы в опыте 2. Погодные условия, сложившиеся на ЦОС ВНИИА в 2006-2008 гг., по данным Домодедовской метеостанции, в целом были сходными с результатами метеонаблюдений станции им. В.А. Михельсона (приложение 3). Озимая пшеница (Triticum vulgare Vill.), сорт Московская 39 Патентообладатель: ГНУ Владимирский НИИСХ, ГНУ НИИСХ Центральных районов Нечерноземной зоны, ГУ Рязанский НИПТИ АПК, ООО «АГРОКОМПЛЕКС-Н». Родословная: Обрий х Янтарная 50. Сорт включен в Госреестр по Центральному региону.
Разновидность эритроспермум (Erythrospermum). Куст промежуточный. Соломина полая, средней толщины. Опушение верхнего узла слабое. Восковой налет на верхнем междоузлии от среднего до слабого. Флаговый лист имеет восковой налет на влагалище и нижней стороне листовой пластинки от среднего до сильного. Антоциановая окраска ушек очень слабая. Колос веретеновидный, белый, средней плотности, восковой налет средний. Ости прямые, 5-6 см, белые. Колосковая чешуя овально-яйцевидная, средней длины и ширины, нервация выражена слабо. Зубец заостренный, плечо прямое, средней ширины, киль сильно выражен. Зерно средней крупности, красное, удлиненно-яйцевидной формы, основание зерна голое, хохолок короткий, бороздка средняя. Масса 1000 зерен 34-42 г. Средняя урожайность по Центральному региону - 28,6 ц/га, на 1,0 ц/га ниже среднего стандарта. Максимальная урожайность - 59,4 ц/га - получена в Тульской области. Среднеспелый. Вегетационный период 305-308 дней, на уровне стандарта.
Зимостойкость на уровне стандартного сорта Березина. Высота растений 91-100 см. По устойчивости к полеганию незначительно превышает стандарт. Основное достоинство сорта - высокие хлебопекарные качества. Ценная пшеница. Устойчив к пыльной, твердой головне и септориозу, восприимчив к бурой ржавчине и мучнистой росе. Яровой ячмень (Hordeum sativum L.), сорт Михайловский Сорт создан в МСХА. Авторы Коновалов Ю.Б., Михиельман В.А. и др. Родословная Мамми х Свитязь. Разновидность нутанс. Куст прямостоячий. Высота растения 70-90 см. Соломина прочная. Колос рыхлый, прямостоячий. Зерно крупное, ромбическое. Сорт среднеспелый (72-92 дня), экологически пластичен. Стеблестой выровнен.
Конкурентоспособность обусловлена сбалансированностью хозяйственно-ценных свойств: высокой урожайностью при сравнительно коротком вегетационном периоде, технологичностью, устойчивостью к ряду болезней. Меньше, чем другие сорта снижает урожайность при позднем посеве.
Основное достоинство: сорт технологичен, так как довольно устойчив к полеганию. Его рыхлый колос просыхает, ости хорошо отбиваются. Обладает высокой устойчивостью к твердой головне, среднеустойчив к мучнистой росе и пыльной головне. Внесен в список пивоваренных сортов.
Коммерческая ценность обусловлена высокой урожайностью (48-66 ц/га) и перечисленными выше хозяйственно-ценными свойствами. Сорт молодой, и в настоящее время идет его интенсивное размножение в семеноводческих хозяйствах Новгородской, Ивановской, Тульской, Московской, Вологодской областей и в республике Башкортостан. Горчица белая (Sinapis alba L.), сорт Рапсодия Патентообладатель: ГУ Всероссийский НИПТИ РАПСА. Включен в Госреестр по Российской Федерации для зон возделывания культуры. Дип-лоид. Семядоли средней длины и ширины. Зеленая окраска листа средней интенсивности. На полностью развитом листе среднее число долей. Зубчатость края листа средняя. Лист средней длины и средней ширины. Черешок средней длины. Растение в период цветения средней высоты. Общая длина растения средняя. Интенсивность желтой окраски лепестков средняя. Лепестки средней длины и ширины. Стручок без носика средней длины. Носик стручка длинный. Ширина стручка средняя. Цветоножка стручка короткая.
В стручке среднее число семян. Масса 1000 семян средняя. Урожайность семян 23,1 ц/га. Содержание жира в семенах 30,3%. Урожайность зеленой массы 368 ц/га. Вегетационный период 68-76 дней. По данным заявителя, очень слабо поражался альтернариозом и фузариозом.
Биохимический состав растений
В фазу трубкования озимой пшеницы в 2006 году в опыте 1 были отобраны и проанализированы образцы вегетативной массы культуры (табл. 11). В соответствии с обобщенными данными В.В. Церлинг (1990) оптимальный уровень содержания общего азота в озимой пшенице в фазу трубкования составляет 3,2-4,0%. Содержание 2,5-3,0% считается низким, менее 2% - очень низким. К высокому относится содержание азота в эту фазу более 5 %. Как видно из таблицы 11, содержание азота в озимой пшенице в различных вариантах полевого опыта колебалось в широких границах, что связано, очевидно, с эффектом разбавления.
В частности, в вариантах с оптимальными дозами азота (90 кг/га N) наблюдалось относительное снижение содержания общего азота в растениях до низкого уровня как при осеннем, так и при весеннем внесении удобрений.
Максимальное содержание азота — 5,99% соответствовало варианту с внесением осенью 150 кг/га N под озимую пшеницу. Минимальное содержание азота в вариантах с внесением 180 кг/га азота, составлявшее соответственно 1,8 и 1,96 % сухого вещества при осеннем и весеннем внесении удобрений, может быть объяснено ингибированием переносчиков нитратного азота в растениях избытком нитратов, о механизме которого сообщают А.И. Осипов и О.А. Соколов (2001). Соответственно изменению содержания азота в вегетативной массе озимой пшеницы варьировало и содержание сырого протеина — от 11,25% до 37,44% в вариантах с осенним внесении азотный удобрений и от 12,25% до 31,25% - с весенним внесением (множитель по азоту - 6,25). Содержание фосфора находилось в пределах от 0,16 до 1,07% при осеннем внесении удобрений и от 0,59 до 1,12% при весеннем внесении. При этом экстремально низкое содержание фосфора, отмеченное в одном из вариантов опыта (0,16% в среднем по двум аналитическим пробам), может быть связано с аналитическими погрешностями вследствие появления в испытуемом растворе мешающих ингредиентов, содержащихся в растениях данного варианта. Содержание калия в исследуемой продукции достигло своего максимума при дозе 60 кг/га N, внесенного осенью, а общий интервал, в котором находились определенные результаты, составил 3,1-4,5%.
Для повышения качества зерна важное значение имеет не только увеличение доз азота, вносимого под озимую пшеницу, но и сроки их внесения. Из табл. 12 видно, что одна и та же доза азота (70 кг/га), примененного в разные фазы развития растений, заметно повлияла на хлебопекарные свойства пшеничной муки. При некотором снижении урожайности зерна с переносом азотных подкормок с ранних фаз развития растений на более поздние (коэффициент линейной корреляции г =-0.24) в зерновой продукции наблюдалось повышение ее белковости, качества клейковины (по ИДК-1), упругости теста, объема выпеченного хлеба. Применение повышенной дозы азота (140 кг/га) в три срока - кущение, трубкование и колошение — вызвало дальнейшее увеличение в зерне содержания сырой клейковины и улучшение ее качества.
В 2007 году в результате химического анализа проб зерна ячменя, отобранных при уборке урожая, были получены следующие результаты (табл. 13). Содержание в зерне ячменя общего азота находилось в пределах от 2,02% при дозе в 30 кг/га д.в. азотных удобрений до 2,66% при дозе 150 кг/га N. Аналогичному изменению также было подвержено содержание сырого белка (от 11,62% до 15,30%), определенного путем умножения содержания азота на коэффициент 5,75. Максимальное содержание фосфора -1,07% соответствовало варианту опыта, при котором под ячмень вносили 150 кг/га азота, при этом содержание калия достигло своего максимального значения при дозе 90 кг/га азотных удобрений.
Коэффициент линейной корреляции урожайности ячменя с содержанием общего азота в зерне составил 0,75, фосфора 0,48, калия 0,43. С дозами азота наиболее заметно коррелировало содержание в зерне ячменя фосфора (г = 0,75), незначительно, на уровне тенденции, содержание общего азота (г = 0,26) и еще менее, с отрицательным значением, содержание калия (рис. 23).
Наиболее точно зависимость биохимического состава зерна ячменя от возрастающих доз азотных удобрений описывается криволинейными зависимостями: коэффициенты регрессий квадратичных уравнений составили для общего азота 0,94 (вогнутая кривая аппроксимации), фосфора - 0,77, калия - 0,59.
В 2008 году на опытном участке были отобраны растительные образцы горчицы белой сорта Рапсодия в фазу начала цветения и проведен их химический анализ (табл. 14). Изменение содержания азота в зеленой массе было значительным и варьировало от 1,61% при дозе 30 кг/га д.в. азотных удобрений до 2,66% при дозе 120 кг/га. Соответственно этому варьировало и содержание сырого протеина-от 10,1% до 16,6%. Содержание фосфора находилось в пределах от 1,2% до 1,45 %, а калия от 0,72 до 2,23%. Зависимость химического состава горчицы белой от возрастающих доз азотных удобрений в фазу полного цветения в целом связана с увеличением ее наземной биомассы под влиянием удобрений. По трендам аппроксимации (рис. 24 - 26) видно, что с приближением к средним дозам азота содержание общего азота, фосфора и калия в биомассе растений снижается, а затем снова возрастает. При этом данная тенденция по вариантам опыта проявляется неоднозначно: коэффициенты криволинейной корреляции для общего азота и фосфора не превышают 0,5 - 0,6 и только для калия эта зависимость более значима (г = 0,82).
