Озимая рожь – одна из важнейших зерновых культур, особенно ценная своей способностью произрастать практически при любых почвенно-климатических условиях. На дерново-подзолистых почвах Северо-Западного региона РФ озимая рожь обеспечивает наибольший сбор протеина среди всех зерновых культур [1], при этом биологическая ценность зерна ржи для питания людей и домашних животных сегодня подтверждается многими исследованиями [2, 3, 4]. При том, что рожь известна способностью к весьма эффективному использованию почвенного азота [5], она также характеризуется очень высоким биологическим выносом калия [6]. Показано, что на эффективное потребление растениями азота существенное влияние оказывает бездефицитное калийное состояние почвы [7]. Поэтому достаточное количество калия в легкодоступной форме может выступать лимитирующим фактором для озимой ржи. Но калийные удобрения традиционно применяют только под основную обработку осенью, хотя новейшие исследования показывают, что в таком случае калий в больших количествах связывается почвой, переходя в труднодоступную для растений форму, причем процесс усиливается с увеличением дозы вносимых удобрений [8, 9, 10]. При этом установлено, что озимая рожь наиболее интенсивно поглощает и азот, и калий в фазе весеннего кущения [11], что наводит на предположение о целесообразности именно весеннего внесения удобрений.
Цель исследования – изучить содержание белка в зерне озимой ржи и валовой сбор белка с урожаем зерна при разных схемах внесения аммонийной и калийной селитры для оптимизации применения удобрений под озимую рожь.
Условия, материалы и методы. Работу выполняли в 2019‒2021 гг. на опытном поле Ленинградского НИИСХ «Белогорка» (Ленинградская область). Объект – растения озимой ржи сорта Эврика, включенного в госреестр РФ в 2021 г. и допущенного к использованию по Северо-Западному региону Российской Федерации. Почва опытного поля – дерново-подзолистая суглинистая с глубиной пахотного слоя 20…25 см. Содержание гумуса – 2,0…2,3 %, рН солевой вытяжки – 5,2…5,5, содержание подвижного минерального азота – 1,2…1,5 мг/100 г, подвижного калия (по Кирсанову) – 8…10 мг/100 г, подвижного фосфора – 18…20 мг/100 г почвы.
Посев культуры и внесение удобрений в форме NH4NO3 и KNO3 проводили, как описано ранее [12]. В качестве источника калия в эксперименте использовали калийную селитру, отличную от аммонийной селитры лишь катионом, чтобы избежать дополнительного влияния других макроэлементов, кроме азота и калия. Удобрения применяли в сухом виде дробно (осенью и весной) или единовременно (весной), нормы внесения – N0 (контроль), N30, N60 и N90. При каждой норме удобрений изучали влияние наличия или отсутствия калия (фактор А – без калия, с калием), а также способов и сроков внесения удобрения (фактор В – дробное осенью и весной с калием, дробное без калия, единовременное весной с калием, единовременное без калия). При дробном внесении осенняя доза составляла 1/3 (в виде аммонийной или калийной селитры), весенняя – 2/3 (в виде аммонийной селитры) от общей нормы азота. При единовременном внесении весной в вариантах с калием использовали смесь калийной и аммонийной селитры в соотношении 1:2 по действующему веществу азоту, в вариантах без калия – одну аммонийную селитру.
Закладку опытов и статистическую обработку результатов осуществляли согласно общепринятым методикам.
Осенне-зимний период 2018‒2019 г. характеризовался теплой затяжной осенью, обычной в последнее время для Ленинградской области. Снеговой покров установился только в конце ноября при незначительном промерзании почвы. В середине февраля почва под снегом полностью оттаяла, что приводило к гибели части растений от выпревания. Погодные условия весны и начала лета были обычными, июль выдался холодным и чрезмерно дождливым, что привело к полеганию части растений.
Осенне-зимний период 2019‒2020 г. отличался ранним наступлением холодов – после 15 сентября среднесуточная температура не превышала 9,5 ℃. Однако зима была необычайно теплой, с большим количеством осадков, без устойчивого снегового покрова, что сопровождалось вымыванием питательных веществ из почвы и гибелью части растений от вымокания. Погодные условия в весенне-летний период в целом соответствовали обычным для Ленинградской области.
В осенне-зимний период 2020‒2021 г. отмечена теплая затяжная осень – снеговой покров установился в середине декабря. Летний период отличался жаркой и очень сухой погодой, ГТК за период от цветения до уборки урожая составил 0,3.
Результаты и обсуждение. Различия между вариантами по содержанию общего белка в зерне в пределах одной нормы удобрений в первый год исследований были статистически недостоверными (табл. 1).
Таблица 1 – Содержание общего белка в зерне ржи озимой, % на абсолютно сухое вещество
|
Способ внесения удобрения (фактор В ) |
Вид удобрения (фактор А) |
||||||||
|
N30 |
N60 |
N90 |
|||||||
|
без К |
с К |
|
без К |
с К |
|
без К |
с К |
|
|
|
2019 г. (в контроле – 11,37) |
|||||||||
|
дробное |
11,36 |
11,37 |
11,37 |
11,03 |
11,22 |
11,13 |
10,71 |
11,07 |
10,89 |
|
единовре- менное |
11,39 |
11,42 |
11,41 |
11,32 |
11,31 |
11,32 |
11,24 |
11,13 |
11,19 |
|
|
11,38 |
11,40 |
НСР05= 0,33 |
11,18 |
11,27 |
НСР05= 0,31 |
10,98 |
11,10 |
НСР05= 0,35 |
|
2020 г. (в контроле – 9,67) |
|||||||||
|
дробное |
9,87 |
9,60 |
9,74 |
9,53 |
9,33 |
9,43 |
9,48 |
10,41 |
9,95 |
|
единовре- менное |
9,66 |
9,36 |
9,51 |
9,56 |
9,29 |
9,43 |
10,18 |
10,02 |
10,10 |
|
|
9,77 |
9,48 |
НСР05= 0,43 |
9,55 |
9,31 |
НСР05= 0,30 |
9,83 |
10,22 |
НСР05= 0,39 |
|
2021 г. (в контроле – 11,95) |
|||||||||
|
дробное |
12,06 |
12,05 |
12,06 |
12,02 |
12,08 |
12,05 |
11,90 |
11,87 |
11,89 |
|
единовре- менное |
11,91 |
11,87 |
11,89 |
11,90 |
12,30 |
12,10 |
11,71 |
11,98 |
11,85 |
|
|
11,99 |
11,96 |
НСР05= 0,31 |
11,96 |
12,19 |
НСР05= 0,31 |
11,81 |
11,93 |
НСР05= 0,20 |
|
Среднее за три года (в контроле – 11,00) |
|||||||||
|
дробное |
11,10 |
11,01 |
11,06 |
10,86 |
10,88 |
10,87 |
10,70 |
11,12 |
10,91 |
|
единовре- менное |
11,00 |
10,94 |
10,97 |
10,93 |
10,97 |
10,95 |
11,04 |
11,04 |
11,04 |
|
|
11,05 |
10,98 |
НСР05= 0,40 |
10,90 |
10,93 |
НСР05= 0,30 |
10,87 |
11,08 |
НСР05= 0,45 |
При этом содержание белка в зерне в среднем по вариантам при N30 оставалось на уровне контроля (11,39 %), а при N60 и N90 было несколько ниже (11,22 % и 11,04 % соответственно). Вероятно, это стало следствием погодных условий – в июле, на который полностью приходится фенофаза «налив зерна», количество выпавших осадков заметно превысило месячную норму, а температура воздуха оказалась значительно ниже нормы при ГТК = 1,7. Дополнительное внесение азота в средней и высокой дозе при хорошей увлажненности почвы способствовало усилению ростовых процессов, тогда как температура была недостаточно благоприятной для процессов накопления белка.
При N30 и N60 различия в содержании общего белка в зерне в разных вариантах в 2020 г. также были недостоверными – возможно, при низкой и средней дозах удобрений при активном росте в благоприятных условиях года количества питательных элементов было недостаточно для эффективного накопления белка растениями вне зависимости от времени внесения и вида удобрений. При этом в варианте с N30 содержание общего азота в среднем по фонам оставалось на уровне контроля (9,62 %), с N60 было несколько ниже контроля (9,43 %) – по-видимому, средняя обеспеченность азотом способствовала усилению роста растений, но оказалась недостаточной для адекватного увеличения накопления белка.
В варианте с N90 среднее по фонам содержание белка в зерне превышало контроль (10,02 %), при достоверной разнице между дробным внесением одной аммонийной селитры и дробным внесением смеси аммонийной и калийной селитр. В первом случае содержание белка в зерне было наименьшим при рассматриваемой дозе азота, во втором – наибольшим. Вероятное объяснение следует искать также в особенностях погодных условий. Зима была очень теплой, без устойчивого снегового покрова, с большим количеством осадков в виде дождя. Это приводило к вымыванию нитратного азота – известно, что нитраты характеризуются слабой способностью к поглощению почвами [13] – и накопление белка растениями в варианте с дробным внесением аммонийной селитры оказалось сниженным. В то же время, в варианте с добавлением калийной селитры повышенные дозы калия могли способствовать более эффективному потреблению растениями азота, и при общей более низкой урожайности содержание белка в зерне оказалось максимальным. Положительное влияние высоких доз калия на процессы потребления растениями азота было показано для озимой пшеницы, а также для культурного агроценоза в многолетнем стационарном опыте [7]. В вариантах с единовременным весенним внесением удобрений при отсутствии дефицита питательных веществ накопление белка в зерне было одинаковым вне зависимости от вида используемых удобрений.
Валовой сбор белка прямо определялся урожаем зерна (r = 0,99) и в 2019 г. был максимальным при N90, а именно – в вариантах с совместным использованием аммонийной и калийной селитры, как при дробном, так и при единовременном внесении удобрений (табл. 2).
Стоит отметить, что в целом содержание белка в зерне в 2020 г. оказалось ниже, чем в предыдущем году, однако валовой сбор белка с урожаем зерна был значительно выше вследствие более высокой урожайности растений благодаря сложившимся благоприятным погодным условиям, максимальный – при N90 при единовременном весеннем внесении удобрений, как и в предыдущем году, в варианте с совместным использованием аммонийной и калийной селитры. Коэффициент корреляции валового сбора белка с урожайностью по зерну положителен и составляет 0,97.
Таблица 2. Валовой сбор белка с урожаем зерна ржи озимой, кг/га
|
Способ внесения удобрения (фактор В ) |
Вид удобрения (фактор А) |
||||||||
|
N30 |
N60 |
N90 |
|||||||
|
без К |
с К |
|
без К |
с К |
|
без К |
с К |
|
|
|
2019 г. (в контроле – 224,4) |
|||||||||
|
дробное |
246,5 |
241,6 |
244,1 |
265,9 |
255,5 |
260,7 |
257,2 |
336,1 |
296,7 |
|
единовре- менное |
230,9 |
249,8 |
240,4 |
265,8 |
288,8 |
277,3 |
260,9 |
317,0 |
289,0 |
|
|
238,7 |
245,7 |
НСР05= 4,3 |
265,9 |
272,2 |
НСР05= 5,1 |
259,1 |
326,6 |
НСР05= 5,8 |
|
2020 г. (в контроле – 237,4) |
|||||||||
|
дробное |
309,3 |
259,7 |
284,5 |
354,8 |
339,9 |
347,4 |
404,6 |
364,4 |
384,5 |
|
единовре- менное |
303,6 |
280,0 |
291,8 |
373,0 |
340,9 |
357,0 |
399,9 |
462,5 |
431,2 |
|
|
306,5 |
269,9 |
НСР05= 5,0 |
363,9 |
340,4 |
НСР05= 4,8 |
402,3 |
413,5 |
НСР05= 4,5 |
|
2021 г. (в контроле – 136,6) |
|||||||||
|
дробное |
182,0 |
221,6 |
201,8 |
228,6 |
256,7 |
242,7 |
201,9 |
225,7 |
213,8 |
|
единовре- менное |
180,8 |
152,6 |
166,7 |
183,8 |
179,0 |
181,4 |
184,0 |
187,2 |
185,6 |
|
|
181,4 |
187,1 |
НСР05= 5,1 |
206,2 |
217,9 |
НСР05= 4,5 |
193,0 |
206,5 |
НСР05= 4,9 |
|
Среднее за три года (в контроле – 199,5) |
|||||||||
|
дробное |
245,9 |
241,0 |
243,5 |
283,1 |
284,0 |
283,6 |
287,9 |
308,7 |
298,3 |
|
единовре- менное |
238,4 |
227,5 |
233,0 |
274,2 |
269,6 |
271,9 |
281,6 |
322,2 |
301,9 |
|
|
242,2 |
234,3 |
НСР05= 7,9 |
278,7 |
276,8 |
НСР05= 11,7 |
284,8 |
315,5 |
НСР05= 8,7 |
В условиях жаркого и сухого лета 2021 г. (ГТК периода от начала цветения до уборки урожая – 0,3) содержание белка в зерне оказалось наибольшим за три рассматриваемых года, при этом валовой сбор белка был наименьшим из-за низкой урожайности растений. Различий в содержании белка в зерне между вариантами не наблюдалось, также отличия от контроля были весьма незначительны (в среднем по вариантам содержание белка составляло 11,97, 12,08 и 11,87 % при N30, N60 и N90 соответственно) – вероятно потому, что основным лимитирующим развитие растений фактором являлась влагообеспеченность, и при ограниченной биомассе отсутствие конкуренции за питательные вещества позволяло растениям накапливать максимально возможное количество белка в зерне при любой дозе удобрений. Наибольшая урожайность и, соответственно, наибольший валовой сбор белка отмечали не при N90, как в предыдущие годы, а при N60, причем – в вариантах с дробным внесением удобрений, что можно объяснить общеизвестным угнетающим действием высоких доз удобрений, особенно вносимых в один прием, при недостаточном увлажнении почвы. При этом вариант совместного использования аммонийной и калийной селитр снова оказался более продуктивным, чем внесение одной аммонийной селитры. Коэффициент корреляции валового сбора белка с урожайностью по зерну положителен и составляет 0,99.
Выводы. Содержание белка в зерне озимой ржи при каждой рассмотренной дозе азота мало зависело от вида и способа внесения изучаемых удобрений, небольшие достоверные различия между вариантами отмечали лишь в 2020 г. при N90. Кроме того, в пределах одного года не было заметных различий по содержанию белка в зерне между удобренными вариантами и контролем вне зависимости от количества внесенных удобрений. В целом величина этого показателя определялась метеоусловиями года.
Валовой сбор белка с зерном зависел от урожайности культуры. При этом выявлено положительное влияние подкормок калийной селитрой – наибольшая в опыте прибавка к контролю урожая зерна и валового сбора белка в каждом году была отмечена в вариантах с ее использованием. По способу внесения удобрений (дробно или единовременно) однозначный вывод сделать нельзя, поскольку отмеченная в первые два года исследований тенденция в пользу единовременного внесения не подтвердилась в третьем году.
Исходя из полученных результатов, следует признать целесообразным пересмотр традиционных схем удобрения озимой ржи, в которых принято отказываться от использования калийных удобрений при содержании подвижного калия в почве более 80 мг/кг в силу признанной малой эффективности его использования под основную обработку почвы осенью. Применение калийного удобрения вместе с азотной подкормкой вегетирующих растений как осенью, так и ранней весной может стать важным инновационным приемом совершенствования системы применения удобрений под озимую рожь.
