Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 6
1.1. Биологические особенности ячменя и отзывчивость его на минеральные удобрения 6
1.2. Биологическая фиксация азота в посевах злаковых культур 17
Глава 2. Условия и методика проведения исследований 35
2.1 .Место проведения и схема опыта 35
2.2. Метеорологические условия в годы проведения опытов 40
2.3. Методы анализа почвы и растений 43
Глава 3. Влияние условий минерального питания на урожайность зерна ячменя 45
3.1. Действие доз и соотношений минеральных удобрений 45
3.2. Влияние биопрепаратов и минеральных удобрений на урожайность зерна ячменя 53
Глава 4. Действие минеральных удобрений и биопрепаратов на качест во зерна ячменя 65
Глава 5. Использование ячменем элементов минерального питания при применении удобрений и биопрепаратов 84
Глава 6. Экономическая эффективность применения под ячмень мине ральных удобрений и биопрепаратов 101
Выводы 106
Практические предложения 108
Литература 109
Приложения 129
- Биологическая фиксация азота в посевах злаковых культур
- Метеорологические условия в годы проведения опытов
- Влияние биопрепаратов и минеральных удобрений на урожайность зерна ячменя
- Действие минеральных удобрений и биопрепаратов на качест во зерна ячменя
Введение к работе
Актуальность. Обеспечение потребностей пищевой и перерабатывающей промышленности, животноводства и птицеводства в кормовом зерне было и остается важнейшей задачей агропромышленного комплекса КБР. Зерно ячменя используется, преимущественно, в комбикормовой промышленности и пивоварении. Получение необходимого количества и качества зерна может быть достигнуто только при освоении сельхозтоваропроизводителями эффективных агротехнологий выращивания зерновых культур.
В агротехнологиях различной интенсификации важнейшим условием
получения урожая зерна служат приемы регулирования питания растений,
которые осуществляются преимущественно за счет использования удобре
ний. В современных условиях использование минеральных удобрений в це
лом по стране не превышает 10-15% от нормы. Выходом из этого тупика яв
ляется всемерная поддержка отечественного производителя путем дотаций с
одной стороны и - введением в практику там, где это возможно, альтерна-
тивных или дополнительных способов обеспечения растений необходимыми u^^jt
элементами питания. 4d^
Это может быть осуществлено за счет использования микробиологиче- рсшл ских препаратов, способных значительно снизить дозы минеральных удобрений, повысить коэффициент их использования. Актуальность этой 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 и технологий.
Цель работы: усовершенствовать элементы системы удобрения ячменя на черноземе обыкновенном с целью получения экономически выгодного урожая, соответствующего пивоваренному и фуражному зерну.
Для этого решали следующие задачи:
Изучить влияние минеральных удобрений и ассоциативных биопрепаратов на урожайность зерна.
Оценить действие биопрепаратов и минеральных удобрений на основные показатели качества зерна.
Определить использование ячменем элементов питания в зависимости от применения минеральных удобрений и биопрепаратов.
Провести экономическую эффективность использования под ячмень минеральных удобрений и биопрепаратов.
Научная новизна. Впервые на черноземе обыкновенном проведена агрономическая оценка использования биопрепаратов комплексного действия на ячмене. Биопрепараты (ризоагрин, флавобактерин и экстрасол 55) увеличивают урожайность зерна ячменя равноценно внесению азотного удобрения в дозе 30 кг/га. На фоне с внесением N30 положительное их действие проявляется только при достаточном количестве атмосферных осадков, при этом более эффективен флавобактерин. Биопрепараты, в отличие от N-удобрения, повышают долю зерна в общебиологическом урожае. Биопрепараты на фоне без N-удобрения, повышая урожайность, обеспечивают получение зерна, соответствующего по содержанию сырого белка пивоваренному ячменю. На фоне N30 от биопрепаратов равноценно внесению N60 формируется зерно с содержанием белка свыше 12%. Обработка семян биопрепаратами повышает оплату минеральных удобрений прибавкой урожая зерна, увеличивает количество зерна, созданное на 1 кг накопленных в урожае элементов питания и коэффициент использования растениями азота из удобрения.
Биопрепараты, равноценно минеральным удобрениям, положительно влияют на показатели качества зерна ячменя, они не изменяют затраты азота для формирования 1 ц зерна с соответствующим количеством соломы на фоне N0, а на фоне N30 норматив приближается к внесению N60.
Практическая значимость работы. Состоит в обосновании роли минеральных удобрений и биопрепаратов в повышении урожайности и регулировании качества зерна ячменя на черноземе обыкновенном Северного Кав-
каза. Уточнены дозы минеральных удобрений и предложены приемы использования биопрепаратов комплексного действия, обеспечивающие получение зерна для пивоварения и фуража. Уточненные параметры затрат элементов питания на получение 1 ц зерна, коэффициенты использования растениями элементов питания из удобрений служат нормативной базой при расчете доз на планируемый урожай в технологиях выращивания ячменя. Обоснована экономическая эффективность использования под ячмень биопрепаратов и минеральных удобрений. Все это служит основой совершенствования системы применения минеральных удобрений и биопрепаратов в агротехнологиях выращивания ячменя на черноземе обыкновенном в КБР.
Биологическая фиксация азота в посевах злаковых культур
Биологическая фиксация азота - одна из кардинальных проблем современного земледелия и растениеводства. Проблема азота в земледелии была и остается проблемой номер один (Трепачев, 1999). Еще К.А.Тимирязев отмечал, что открытие факта возможности питания растения свободным азотом воздуха, открытие удивительных условий, при которых совершается это питание, составляет одно из крупнейших приобретений науки. В свою очередь, Д.Н.Прянишников, придавая огромное значение биологическому азоту в земледелии, одновременно подчеркивал, что этим самым не ставятся какие- то ограничения для возможности дальнейшего роста азотной промышленности и применения азотных удобрений. Теперь, когда производство минеральных удобрений в промышленности достигло довольно высокого уровня, очень важно правильно соразмерить дальнейший рост их производства с возможностями, по выражению Д.Н.Прянишникова «азотирования наших полей» с помощью культуры «азотособирателей».
В естественных биоценозах фиксации атмосферного азота принадлежит исключительная роль в снабжении растений азотом, которая по значимости вполне равноценна процессам фотосинтеза (Брей, 1986). Биологическая фиксация азота - один из самых важных процессов трансформации атмосферного азота в живые составные части биосферы. Считается, что биологическим путем связывается 169 - 269 106 т азота в год [Трепачев, 1999; Ulehlova, 1988]. В балансе азота биологический азот занимает значительное место: до 30% в поступлении и до 45 - 50% в восстановлении плодородия почв (Мишу-стин, Черепков и др., 1978).
Связывание молекулярного азота могут осуществлять только прокари-отные микроорганизмы: бактерии, цианобактерии, актиномицеты. Бактерии условно подразделяются на симбиотические, ассоциативные и свободножи-вущие формы в зависимости от природы взаимодействия с высшими растениями. Согласно современным представлениям, ассоциативные азотфиксато-ры - это микроорганизмы, образующие эндоризосферные ассоциации с корнями небобовых растений (Умаров, 1986; Базилинская, 1988). Считается, что фиксировать азот могут 50 - 80% почвенных микроорганизмов (Умаров, 1986). На долю фиксированного ассоциативными и свободноживущими микроорганизмами азота приходится около 30% от общего количества биологически фиксированного азота.
Процесс фиксации атмосферного азота, осуществляемый комплексом организмов, связанных трофическими и энергетическими взаимодействиями, которые выражаются в протокооперации, составляет содержание ассоциативной азотфиксации (Шумный и др., 1991). Известно, что в данном процессе могут принимать участие различные ассоциации, состоящие из нескольких видов микроорганизмов, микроорганизмов и растения, или микроорганизмов и животного. В азотфиксирующем комплексе микроорганизмов и растения различаются ассоциации на поверхности листьев (филлосфера), стеблей (каулосфера) и корней (ризосфера) (Трепачев, 1999). В последние годы показано, что в фиксации азота принимают участие несколько различных систем. Среди этих систем функционирование в агро-ценозах бобово - ризобиального симбиоза вносит основной вклад в биологический баланс азота в земледелии. Накопленный экспериментальный материал позволяет считать, что около 80% азота, поступающего в почву из атмосферы, обеспечивается благодаря взаимодействию клубеньковых бактерий и бобовых растений (Трепачев, 1999). Несомненно, бобовые культуры являются важнейшим источником обогащения агробиоценозов азотом, фиксированным из воздуха с помощью клубеньковых бактерий. В мире бобовые культуры высеваются на площади в 1,5 млн. квадратных километров. Кроме того, существует большое количество естественных площадей, занятых травами, среди которых около половины составляют бобовые [Werner, 1997]. Третью группу азотфиксирующих растений, занимающих большие площади, составляют азотфиксирующие деревья [Brewbaker, 1990].
Эффективным средством, снабжающим сельскохозяйственные культуры дополнительным количеством азота, является возделывание бобовых, злаковых и других культур (Трепачев, 1999). В посевах с чередованием культур виды, способные к азотфиксации, выращивают между рядов нефикси-рующих видов, для того, чтобы улучшить их азотное питание. С использованием 15N было показано, что количество азота, получаемое совместно возделываемой культурой от азотфиксирующего соседа может достигать 70%, однако, обычно оно составляет 20% и меньше [Peoples and Craswell, 1992]. Это позволяет экономить значительное количество минеральных удобрений. Припосеве бобовых культур (соя и горох) в земледелие КБР вовлекается около 400 т симбиотического азота и более 155 т его остается в почве для использования последующими культурами (Завалин, Кашукоев, 1998).
Метеорологические условия в годы проведения опытов
В годы проведения опыта 1 по изучению эффективности минеральных удобрений по ячмень метеорологические показатели вегетационных периодов приведены в таблице 2.2. В период активной вегетации ячменя, в мае температура воздуха в 1998 г. была близкой к среднемноголетнему значению, в 1997 г. на 2 градуса больше, а в 1999 г. меньше нормы, при количестве осадков меньше нормы на 29-19% во все вегетационные периоды. Июнь, когда наблюдается интенсивный прирост вегетативной массы растений и налив зерна, температура воздуха во все годы была благоприятной для ячменя, количество осадков превышало среднемноголетнее значение. В период формирования зерна (июль) сумма активных температур была благоприятной, однако количество атмосферных осадков в 1998 г. недоставало нормы более чем в 3 раза, что, естественно, отразилось на растениях ячменя в этот год. В другие годы проведения опыта количество осадков превышало климатическую норму. Таким образом, вегетационные периоды 1997 и 1999 гг. по метеорологическим показателям, в основном, соответствовали климатическим нормам и были благоприятными для роста и развития ячменя. В 1998 г. из-за недостаточного количества осадков в основные фазы развития ячменя сформировался минимальный урожай зерна из всех годов исследований. Во время проведения 2 опыта по изучению эффективности биопрепаратов под ячмень среднесуточная температура воздуха и количество атмосферных осадков по вегетационным периодам приведены в таблице 2.3. Во время прорастания семян и формирования ассиммиляционной поверхности температура воздуха в 2002 и 2004 г.г. была близкой (15 и 17С) среднемноголетнему значению (16С), а в 2000 г. на 2С меньше. В первые два года осадков (19 и 17 мм) осадков выпало значительно меньше средне-многолетней нормы (27 мм), в то время как в 2003 г. они превысили ее в 1,8 раза.
В июне месяце, когда происходит активное накопление вегетативной массы и формирование зерна температура воздуха во все годы (19-21 С) в основном соответствовала среднемноголетнему значению (19С). Осадки соответствовали норме (81 мм) только в 2003 г., а в другие годы их выпало ниже нормы. В период созревания семян (июль) температура воздуха во все годы (24-25 С) превышала на 2-3 С климатическую норму (22С). Однако количество атмосферных осадков значительно варьировало по годам и существенно отличалось от многолетнего (62 мм) значения. В 2002 и 2004 г.г. их выпало на 19-26 мм больше нормы, а в 2003 г. лишь только 1/3 нормы.
Погодные условия (достаток влаги при температуре превышающей сред-немноголетнее значение) или их недостаток (2003 г.) существенно отразились на продуктивности зерна. Сбор зерна в 2002 и 2004 г.г. получен несколько больше, чем в год (2003) с недостатком атмосферных осадков. Анализ почвы перед закладкой опыта выполняли следующими методами: рН- в солевой вытяжке хлористого калия потенциометрически, гумус- по Тюрину, легкогидролизуемый азот- по Тюрину-Кононовой, подвижный фосфор- по Мачигину, подвижный калий- по Мачигину. В урожае ячменя учитывали соотношение зерна и соломы по пробному снопу; хозяйственный коэффициент рассчитывали по Павлову А.Н., 1984; массу зерен - по ГОСТ 10842-76. В зерне и соломе ячменя после мокрого озоления концентрированной серной кислотой в присутствии 30% раствора перекиси водорода (в модификации Мещерякова A.M.) определяли азот по Кьельдалю, фосфор - по методу Малюгина и Хреновой, калий на пламенном фотометре. Содержание сырого белка - умножением количества общего азота на коэффициент 5,7, азотный индекс по Климашевскому Э.Л., 1991. Статистическую обработку результатов опыта проводили на персональном компьютере с использованием пакетов статистической обработки данных STAT, EXSEL.
Влияние биопрепаратов и минеральных удобрений на урожайность зерна ячменя
Опыты, проведенные в различных почвенно-климатических условиях (Завалин, Духанина, Ваулин и др., 2003) с различными сортами ячменя (Завалин, Духанина, Хусайнов и др., 2003) показали, что продуктивность ячменя зависела от типа почвы, фона минеральных удобрений и инокуляции семян биопрепаратами. Вышеуказанные исследования ВНИИ агрохимии и другие опыты показали эффективность использования биопрепаратов комплексного действия на урожайность зерна ячменя, однако, на Северном Кавказе подобных исследований не проводилось, поэтому были выполнены полевые опыты, позволившие оценить действие ризоагрина, флавобактерина и экстрасола 55 на урожайность зерна ячменя в условиях Кабардино-Балкарской Республики.
В полевых опытах с ячменем на черноземе предкавказком было установлено, что в среднем за 3 года урожайность зерна составила 28,4 ц/га. Погодные условия оказали существенный вклад в формирование урожая зерна (78,9%). Условия азотного питания растений (минеральные удобрения, главным образом азотные удобрения и биопрепараты) - 15,1%, от взаимодействия вышеназванных факторов урожай зависел на 2,4%. В этой связи, представляет интерес провести анализ действия биопрепаратов на урожайность зерна ячменя по отдельным годам в зависимости от погодных условий вегетационного года.
В первый год опыта, при погодных условиях относительно близким к климатической норме, урожайность зерна ячменя изменялась от 19,8 до 28,2 ц/га (табл. 3.5), прибавки от использования ризоагрина, флавобактерина и экстрасола 55 достигли 3,2-5,4 ц/га или эффективность инокуляции семян составила от 16 до 27%. Максимальной эффективностью обладали препараты флавобактерин и экстрасол 55, от использования которых прибавки достигли 23-27% и которые превышали действие ризоагрина. От использования азотного удобрения в дозе 30 кг/га прибавка была получена 3,6 и/га. Это соответствовало действию ризоагрина и флавобактерина, но уступало экстрасолу 55
Таким образом, при погодных условиях близким к среднемноголетним значениям в период вегетации, все препараты увеличивали урожайность зерна ячменя. При этом ризоагрин и флавобактерин соответствовали азотному удобрению, а экстрасол 55 превышал его.
Инокуляция семян ячменя ризоагрином на фоне внесения N30 увеличила урожайность зерна на 3,8 ц/га, что было эквивалентно использованию только одного азотного удобрения, суммарная же прибавка от этих двух приемов составила 7,4 ц/га или 37% к контролю (фон 1).
Флавобактерин увеличил урожайность зерна ячменя на фоне внесения азотного удобрения в дозе N30 на 8,4 ц/га или на 42%, при этом эффективность только от инокуляции семян биопрепаратом составила 4,8 ц/га (24%). От экстрасола 55 дополнительно получено на фоне внесения N30 3,0 ц/га или прибавка к фону 2 составила 15%. И так, на фоне внесения под ячмень азотного удобрения в дозе 30 кг/га все изучаемые биопрепараты обеспечили увеличение урожайности зерна ячменя, при этом действие ризоагрина и экстрасола 55 было равноценно, а эффективность флавобактерина превышала первые два препарата. Инокуляция семян ризоагрином и экстрасолом 55 на фоне применения под ячмень азотного удобрения в дозе 30 кг/га соответствовала допосевному внесению N60, а флавобактерин превосходил внесение этой дозы. Во второй год опыта (2003), когда погодные условия в меньшей степени соответствовали климатической норме, но это не оказало существенного воздействия на урожайность зерна ячменя, которая изменялась от 21,5 до 26,4 ц/га (табл. 3.6). Относительные прибавки от изучаемых в опыте биопрепаратов были меньше, чем в предыдущий год и все они были равноценными 13-15% (2,8-3,3 ц/га). Внесение азотного удобрения положительно сказалось на росте зерновой продуктивности ячменя, прибавка от N30 составила 3,1 ц/га или 14% к фону Р30, действие биопрепаратов соответствовало внесению азотного удобрения. На фоне азотного удобрения прибавка от инокуляции всеми оцениваемыми в опыте биопрепаратами составила 0,8-1,7 ц/га, что не превышало значение НСР = 2,1 ц/га. Вместе с тем, при таких погодных условиях не получено роста урожайности зерна от увеличения допосевного внесения азотного удобрения с 30 до 60 кг/га. Следовательно, при некотором дефиците атмосферных осадков в период вегетации ячменя увеличение доз азотного удобрения не эффективно, не оказывает положительного влияния в этих погодных условиях и инокуляция семян биопрепаратами на фоне азотного удобрения.
В 2004 г. при достаточном количестве атмосферных осадков получена максимальная урожайность зерна ячменя, которая составила от 30,4 до 39,8 и/га, прибавки от биопрепаратов и азотного удобрения к фону РЗО достигли 6,8-9,4 ц/га или 22-31% (табл. 3.7). В результате инокуляции семян ризоагрином, флавобактерином и экстрасолом 55 при благоприятных условиях увлажнения ячменя дополнительно получено от 6,8 до 8,3 ц/га зерна, что соответствует 22-24% или эффективность всех трех биопрепаратов была равноценна. Эффективность азотное удобрение в дозе 30 кг/га в этом году превышала действие ризоагрина и соответствовал флавобактерину и экстрасолу 55. На фоне азотного удобрения от инокуляции семян биопрепаратами не получено прибавок урожая зерна, ровно как не было ее и от увеличения дозы с 30 до 60 кг/га (табл. 3.7).
Действие минеральных удобрений и биопрепаратов на качест во зерна ячменя
Зерно ячменя используется для производства солода, применяемого в пивоваренной промышленности, и для кормовых целей. Поэтому к качеству зерна ячменя предъявляются различные требования. Если для пивоваренного зерна в нем должно содержаться не более 12% сырого белка, то для зерна, используемого для производства корбикормов или непосредственно, после размола, в качестве кормовой добавки животным, зерно должно содержать больше сырого белка. Содержание сырого белка в зерне зависит, прежде всего, от обеспеченности растений азотом (Павлов, 1984), чем больше дозы азотного удобрения, тем больше накапливается в зерне сырого белка. Наши исследования показали, что содержание в зерне ячменя сырого белка зависело от погодных условий вегетационного периода и фона используемых минеральных удобрений (табл. 4.1). Максимальное содержание сырого белка зерно накопило при погодных условиях, когда испытывался слабый дефицит атмосферных осадков, меньше накапливалось сырого белка при достаточном их количестве. Однако, более важное значение оказали условия минерального питания растений, и в первую очередь, внесение под культуры азотного удобрения. Минимальное содержание сырого белка в зерне во все годы получено на варианте без внесения азотного удобрения (10,2-11,4%). В среднем за три года это составило 10,8%. Во все годы проведения опыта, независимо от погодных условий вегетационного периода, применение фосфорного удобрения слабо отразилось на накоплении в зерне сырого белка, даже, наоборот, происходило его снижение (1999 г.). Это связано с некоторым увеличением урожая зерна, выразившееся в недостаточном снабжении растений азотом для формирования белкового комплекса зерновки (Павлов, 1984). Применение под ячмень азотного удобрения в дозе 30 кг/га, наряду с увеличением урожайности зерна, способствовало повышению его белковости на 0,5-1,0% или в среднем за три года абсолютное увеличение этого показателя достигло 0,5 %. При сочетании азотного и фосфорного удобрения (N30P30) произошло увеличение накопления белка в зерне по сравнению с контролем без удобрений, но оно было равноценным внесению одного азотного удобрения в той же дозе. Внесение под ячмень азотного, фосфорного и калийного удобрений положительно не отразилось на накоплении белка в зерне по сравнению с использованием одного азотного или азотно-калийного удобрений.
Таким образом, использование под ячмень азотного удобрения в дозе 30 кг/га обеспечивает увеличение содержания сырого белка в зерне на 0,5-1,5% по сравнению с контролем без удобрений, внесение фосфорного (РЗО) и калийного (К40) на этот показатель не влияет. Зерно, полученное при использовании под ячмень азотного удобрения в дозе 30 кг/га, наряду с увеличением урожайности, соответствует по содержанию белка требованиям для пивоваренного ячменя. При повышении дозы азотного удобрения с 30 до 60 кг/га во все годы проведения опыта белковость зерна ячменя увеличивалась на 0,4-0,8% или на 0,6% в среднем за три года. В два из трех лет, когда урожайность зерна получена ниже в результате менее благоприятных погодных условий вегетационного периода, зерно по содержанию сырого белка не соответствовало требованиям пивоваренного ячменя.
И так, увеличение доз азотного удобрения с 30 до 60 кг/га обеспечивает повышение белковости зерна, которое не соответствует по содержанию сырого белка требованиям к пивоваренному ячменю. В случае внесения под ячмень азотного удобрения в дозе 90 кг/га происходило дальнейшее увеличения накопления в зерне сырого белка, составившее 12,9-13,5% в отдельные годы или 13,2% в среднем за три года. По содержанию белка ячмень соответствует фуражному зерну. Известно, что дополнительное внесение азотного удобрения в подкормку в период вегетации растений способствует повышению содержания белка в зерне (Иванова, 1989). В данном опыте дополнительное внесение азотного удобрения в дозе 30 кг/га увеличило белковость зерна по сравнению с дозой 30 кг/га, внесенной в предпосевную культивацию на 0,9-1,3%, причем более высокое увеличение белковости зерна происходило в год с достаточным количеством осадков в период вегетации. Что касается различий дробного внесения азота (30+30) с разовой дозой до посева (60 кг/га), то явно прослеживается тенденция увеличения содержания белка при дробном внесении азотного удобрения. Увеличение белковости зерна составило около 0,5%. И так, при дробном внесении азотного удобрения в зерне ячменя повышается накопление сырого белка по сравнению с разовым допосевным его внесением в полной дозе. Связано это с тем, что при подкормке азот лучше используется растениями на формирование белкового комплекса, поскольку от этого приема не достигнуто увеличения урожайности зерна (Павлов, 1984).
