Введение. Яровой ячмень занимает одну из ключевых позиций в сельскохозяйственном производстве России, являясь универсальной полевой культурой. По масштабам посевных площадей и валовому сбору в мировом земледелии данная культура занимает четвертое место среди зерновых. Благодаря своей скороспелости, пластичности и невысоким требованиям к почвенно-климатическим условиям, яровой ячмень способен формировать стабильные урожаи в различных агроэкологических зонах [1, 2, 3]. В зерне ячменя содержится 9-12% белка, 65-68% безазотистых экстрактивных соединений, 1,5-2% жира, что определяет его высокую кормовую ценность – 1,27 кормовой единицы в 1 кг. Помимо кормового использования, ячмень служит незаменимым сырьем для производства высококачественного пива и перерабатывается на крупу.
В условиях Республики Татарстан, где средняя температура воздуха за первую половину вегетационного периода составляет 11,4°С, а годовое количество осадков – 588 мм, из которых 144 мм приходится на критически важный для формирования урожая период апрель-июнь, актуальной остается проблема оптимизации условий выращивания ячменя. При этом урожайность ячменя в республике в последние годы достигает показателя 30,4 ц/га, что выше среднероссийских значений, но существенно ниже потенциальных возможностей культуры.
Одним из лимитирующих факторов повышения продуктивности ячменя является недостаточное влагообеспечение растений в критические фазы развития, особенно в период от начала кущения до фазы цветения. Нерациональное использование почвенной влаги приводит к замедлению роста и развития культур, снижает их конкурентоспособность с сорняками и увеличивает восприимчивость к болезням и вредителям [4, 5, 6].
Современные агротехнологии предлагают новые подходы к решению проблемы оптимизации водного и питательного режимов почвы. Перспективным направлением является применение влагосорбентов, способных значительно улучшать водно-физические и агрохимические свойства почвы [7, 8, 9]. Внесение влагосорбентов способствует уменьшению уплотненности почвы, повышению количества водопрочных агрегатов и увеличению содержания гумуса и основных питательных элементов [10, 11, 12]. Исследования показывают, что применение гидрогелей может поддерживать влажность дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы в диапазоне 15-22% на протяжении всей вегетации, что значительно выше показателей без их использования (10-13%) [13].
Эффективность минеральных удобрений существенно зависит от влагообеспеченности почвы. В условиях недостаточной влагообеспеченности актуальным становится изучение взаимодействия влагосорбентов и минеральных удобрений, их комплексного влияния на формирование урожайности ячменя [14, 15, 16].
В последние годы особый интерес представляет выращивание многорядного ярового ячменя, который обладает более высоким потенциалом продуктивности по сравнению с традиционно возделываемыми в Поволжье двурядными формами. Однако площади, занимаемые многорядным ячменем, остаются минимальными, что связано с недостаточной изученностью особенностей его возделывания в конкретных агроклиматических условиях [17, 18].
В связи с вышеизложенным, целью нашего исследования является изучение влияния различных доз влагосорбентов и минеральных удобрений на формирование урожайности многорядного ярового ячменя в условиях Республики Татарстан.
Условия, материалы и методы. Полевые опыты были заложены в 2022-2024 годы на серых лесных почвах ООО «Агробиотехнопарк» при ФГБОУ ВО «Казанский ГАУ». Агрохимические показатели участка: содержанием гумуса 3,6%, подвижного фосфора по Кирсанову в модификации ЦИНАО 256-270 мг/кг, обменного калия 121-125 мг/кг, кислотностью почвы – 6,2 рН. Схема опыта:
Доза влагосорбента Аквасин (фактор А) – 1. Без влагосорбента; 2. Аквасин 50 кг/га; 3. Аквасин 100 кг/га.
Дозы NPK (фактор В) – 1.Без удобрений (контроль); 2.Расчет на получение 4 т/га зерна (N5P5K37); 3.Расчет на получение 5 т/га зерна (N37P60K73).
Общая площадь делянки – 26 м2, учётная – 20 м2. Повторность – четырехкратная. Предшественник – озимая пшеница. Объект исследования – многорядный яровой ячмень Тевкеч. Способ посева рядовой нормой 4,0 млн всхожих семян на 1 га.
Рисунок 1 – Метеорологические условия в период вегетации ярового ячменя
Метеорологические условия в период вегетации ярового ячменя за 2022–2024 годы демонстрируют значительные отклонения от среднемноголетних данных, что существенно повлияло на рост изучаемой культуры (рис. 1).
В 2022 году май характеризовался аномально высокими осадками (78 мм при норме 38 мм) и пониженной температурой воздуха (10,7°C против 14,0°C), создав благоприятные стартовые условия для вегетации. Однако в июне осадки резко сократились до 19 мм (при норме 57 мм), а гидротермический коэффициент (ГТК) упал до 0,35, что указывает на засушливость. Июльские осадки соответствовали многолетним значениям (62 мм).
В 2023 году майские осадки (47 мм) превысили среднемноголетние показатели (38 мм), но последующие месяцы оказались крайне засушливыми: в июне выпало лишь 6 мм (при норме 57 мм), а ГТК достиг минимума (0,12). Температура воздуха в июне (16,3°C) была ниже многолетней (18,3°C), но в июле и августе превышала норму (21,5°C и 20,2°C соответственно). Низкие значения ГТК (0,12–0,50) в течение всего сезона свидетельствуют о высоком дефиците влаги, что могло вызвало стресс у растений и снизила продуктивность.
2024 год выделяется резкими контрастами: майские осадки (53 мм) вновь превысили среднемноголетние данные, но июнь (16 мм) и август (29 мм) оставались засушливыми. Температура в июне (21,7°C) и июле (22,1°C) значительно превысила многолетние значения, усиливая испарение. ГТК в июне (0,24) и августе (0,50) оставался ниже 1, что подтверждает недостаточную увлажненность. Лишь в июле коэффициент приблизился к норме (0,82), но этого могло быть недостаточно для компенсации дефицита в другие месяцы.
Общей тенденцией за три года стало снижение осадков в июне и июле относительно многолетних данных, особенно выраженное в 2023 и 2024 годах. Повышение температуры в июне-июле (на 1–2°C выше нормы) в сочетании с дефицитом осадков создавало условия для атмосферной засухи. Низкие значения ГТК (менее 1) в ключевые месяцы вегетации (июнь-июль) указывают на преобладание засушливых периодов, что негативно сказалось на формировании урожая.
Исследование формирования листового фотосинтетического потенциала (ЛФП) многорядного ярового ячменя в период с 2022 по 2024 год было направлено на оценку влияния влагосорбента и минеральных удобрений на продуктивность культуры. ЛФП, измеряемый в тыс. м²/суток на 1 га, отражает способность растений эффективно использовать солнечную энергию для фотосинтеза и напрямую связан с площадью листовой поверхности и её функциональной активностью.
Рисунок 2 – Формирование ЛФП многорядного ярового ячменя в зависимости от влагосорбента и минеральных удобрений за 2022-2024 гг., тыс. м2/суток на 1 га
Анализ данных формирования листового фотосинтетического потенциала (ЛФП) многорядного ярового ячменя за 2022–2024 годы выявляет комплексное влияние влагосорбента и минеральных удобрений на продуктивность культуры (рис. 2).
За три года наблюдений средние значения ЛФП варьировали от 1797 до 1973 тыс. м²/суток, при этом в 2023 году зафиксировано снижение показателя во всех вариантах опыта. Например, при максимальной дозе влагосорбента (100 кг/га) и удобрении N₃₇P₆₀K₇₃ ЛФП упал с 2463 тыс. м²/суток в 2022 году до 2215 тыс. м²/суток в 2023-м, частично восстановившись до 2307 тыс. м²/суток в 2024-м. Такая динамика, связана с неблагоприятными климатическими условиями в 2023 году, такими как засуха или температурные аномалии, что подчеркивает важность адаптации агротехнических методов к изменчивым погодным рискам.
Использование влагосорбента даже без удобрений демонстрирует положительный эффект: увеличение его дозы с 0 до 100 кг/га повышает средний ЛФП на 16,3% (с 1475 до 1715 тыс. м²/суток). Это подтверждает роль влагосорбента в улучшении водоудержания почвы, что критически важно для фотосинтеза. Однако наибольший прирост ЛФП достигается при комбинации с минеральными удобрениями. Так, применение N₃₇P₆₀K₇₃ при 50 кг/га влагосорбента обеспечило увеличение показателя на 35,9% относительно контроля, достигнув 2134 тыс. м²/суток. При этом дальнейшее увеличение дозы влагосорбента до 100 кг/га, хотя и дало более высокий абсолютный результат (2328 тыс. м²/суток), привело к снижению процентного прироста до 35,7%. Это указывает на эффект насыщения: после определенного уровня влагосорбента основную роль в стимулировании фотосинтеза играют питательные вещества, а дополнительные объемы сорбента приносят меньшую отдачу.
Сравнение эффективности удобрений показывает, что комплекс N₃₇P₆₀K₇₃ с высоким содержанием азота и фосфора обеспечивает на 13–16% больший прирост ЛФП по сравнению с N₅P₅K₃₇. Это связано с тем, что азот и фосфор напрямую влияют на развитие листовой поверхности и интенсивность фотосинтеза.
Чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ), отражающая количество органического вещества, синтезированного растением за вегетационный период, является ключевым показателем для оптимизации агротехнических методов и повышения урожайности.
Рисунок 3 – Чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) многорядного ярового ячменя в зависимости от влагосорбента и минеральных удобрений за 2022-2024 гг., г/м2
На рисунке 3 представлены данные по трем годам наблюдений, включая различные дозы влагосорбента (0, 50, 100 кг/га) и дозы удобрений (контроль, N₅P₅K₃₇, N₃₇P₆₀K₇₃), что позволяет проанализировать их комбинированное воздействие на продуктивность. Результаты демонстрируют как межгодовую динамику, связанную с внешними условиями, так и вариативность отклика растения на агрохимические обработки.
Наибольшие значения ЧПФ зафиксированы в 2022 году (среднее 4,49 г/м²), тогда как в 2023 и 2024 годах продуктивность снизилась до 3,34 и 3,84 г/м² соответственно.
При отсутствии влагосорбента (0 кг/га) максимальная средняя ЧПФ за три года (3,97-3,98 г/м²) достигнута на контрольном варианте и при внесении удобрения N₃₇P₆₀K₇₃. Однако применение удобрения N₅P₅K₃₇ при той же дозе влагосорбента привело к снижению продуктивности на 2,3% (-0,09 г/м²).
Увеличение дозы влагосорбента до 50 кг/га незначительно снизило среднюю ЧПФ в контроле (3,94 г/м² против 3,98 г/м² при 0 кг/га). При этом удобрение N₃₇P₆₀K₇₃ в этой группе обеспечило небольшой прирост (+0,01 г/м², +0,2%), тогда как N₅P₅K₃₇ вновь вызвало снижение (-2,1%). Наибольшее снижение ЧПФ наблюдалось при максимальной дозе влагосорбента (100 кг/га): применение N₅P₅K₃₇ снизило ЧПФ на 3,7% (-0,14 г/м²), а N₃₇P₆₀K₇₃ — на 0,8%.
Средние значения по всем вариантам демонстрируют, что наименьшая продуктивность характерна для 2023 года (3,34 г/м²), что связано с засухой.
В целом по данным рисунка 3 можно увидеть, что количество сухой массы растений в граммах, которое синтезирует 1м2 листовой поверхности за сутки по мере рост дозы гидрогеля и минеральных удобрений снижается. Уменьшение количества сухой массы растений на единицу листовой поверхности при увеличении доз гидрогеля и минеральных удобрений связано с комплексом физиологических и экологических факторов. К основным причинам этого явления можно отнести: растения могут направлять ресурсы на увеличение площади листьев (за счёт растяжения клеток и накопления воды), но не на синтез структурных компонентов. Это приводит к формированию тонких, крупных листьев с низким содержанием сухого вещества.
А также при чрезмерной листовой массе нижние слои листьев затеняются, их фотосинтетическая активность падает, а затраты на дыхание и поддержание тканей растут. Чистая продуктивность (разница между синтезом и расходом органики) снижается.
Кроме того, избыток азота стимулирует рост зелёной массы с высоким содержанием воды, но низким – сухих веществ. Гидрогель усиливает этот эффект, поддерживая высокий тургор клеток без увеличения синтеза органики.
Структура урожая отражает взаимосвязь таких показателей, как число продуктивных стеблей, длина колоса, количество зерен в колосе, масса зерна и его качество. Эти параметры не только определяют количественные характеристики урожая, но и свидетельствуют о физиологическом состоянии растений, их способности эффективно использовать ресурсы почвы и удобрений. Биологическая урожайность, выраженная в тоннах зерна с гектара, является интегральным показателем, объединяющим все перечисленные компоненты.
|
шт.
|
|
см |
|
т/га |
|
г
|
Рисунок 4 – Структура урожая многорядного ярового ячменя в зависимости от влагосорбента и минеральных удобрений за 2022-2024 гг.
Как видно из рисунка 4, при отсутствии влагосорбента (0 кг/га) и контрольных условиях (без удобрений) биологическая урожайность составила 3,74 т/га. Внесение удобрений N₅P₅K₃₇ и N₃₇P₆₀K₇₃ повысило урожайность до 4,02 и 4,31 т/га соответственно, что свидетельствует о значимой роли минеральных удобрений. Добавление влагосорбента в дозе 50 кг/га усилило эффект: при тех же удобрениях урожайность достигла 4,09 и 4,49 т/га, а в контроле (без удобрений) – 3,82 т/га. Максимальный результат (4,61 т/га) зафиксирован при комбинации 100 кг/га влагосорбента и удобрений N₃₇P₆₀K₇₃, что на 23% выше исходного контроля.
Рост урожайности коррелирует с улучшением параметров структуры урожая. Например, число продуктивных стеблей увеличилось с 304 до 324 шт./м² при максимальных дозах влагосорбента и удобрений. Длина колоса возросла с 6,0 см в контроле до 6,8 см, а число зерен в колосе – с 33 до 37 шт. Масса зерна с одного колоса повысилась на 15% (с 1,23 до 1,42 г), а масса 1000 зерен – с 36,6 до 37,9 г. Это указывает на то, что влагосорбент, улучшая водный режим почвы, усиливает усвоение питательных веществ из удобрений, что в совокупности стимулирует рост вегетативных и генеративных органов растения.
Примечательно, что даже без удобрений влагосорбент в дозе 100 кг/га обеспечил прирост урожайности до 3,95 т/га против 3,74 т/га в контроле, подтверждая его самостоятельную агрономическую ценность. Однако наибольшая эффективность достигается при их совместном применении: удобрения оказывают более выраженное влияние, но влагосорбент выступает катализатором, усиливающим их действие. Оптимальным решением для повышения урожайности ярового ячменя является сочетание высоких доз минеральных удобрений (N₃₇P₆₀K₇₃) с влагосорбентом (100 кг/га), что обеспечивает комплексное улучшение почвенных условий и питательного режима.
Рисунок 5 – Урожайность многорядного ярового ячменя в зависимости от влагосорбента и минеральных удобрений за 2022-2024 гг., т/га
При отсутствии удобрений увеличение дозы влагосорбента с 0 до 100 кг/га сопровождалось ростом средней урожайности с 3,68 до 3,89 т/га, что указывает на его положительную роль в улучшении условий выращивания даже без дополнительного внесения минеральных удобрений (рис. 5). Однако наиболее значимый прирост обеспечило применение минеральных удобрений. Например, при дозе влагосорбента 0 кг/га использование состава N₃₇P₆₀K₇₃ повысило среднюю урожайность до 4,28 т/га (+16,3% к контролю), тогда как более низкая доза удобрений (N₅P₅K₃₇) дало увеличение лишь до 3,97 т/га (+7,8%).
С ростом дозы влагосорбента до 50 и 100 кг/га сохранилась тенденция к повышению урожайности при внесении удобрений, однако относительная эффективность немного снизилась. Так, при 100 кг/га влагосорбента удобрение N₃₇P₆₀K₇₃ обеспечило прирост на 17,2% против 17,7% при 50 кг/га. Это свидетельствует о снижении окупаемости дополнительной прибавкой зерна гедрогеля в зависимости от увеличения вносимой доз. При этом максимальная урожайность (4,56 т/га) достигнута при комбинации 100 кг/га сорбента и высоких доз удобрений, что подчеркивает синергию этих факторов.
Динамика по годам показывает снижение урожайности после 2022 года во всех вариантах. Например, в контроле (0 кг/га) показатели упали с 4,41 т/га в 2022 году до 3,23 т/га в 2023-м, что связано с неблагоприятными погодными условиями.
Выводы. Исследование подтвердило значимое влияние влагосорбента (Аквасин) и минеральных удобрений на урожайность многорядного ярового ячменя в условиях Республики Татарстан. Применение влагосорбента в дозе 100 кг/га повысило листовой фотосинтетический потенциал (ЛФП) на 16,3% за счёт улучшения водоудержания почвы, однако максимальная эффективность достигнута при его сочетании с удобрением N₃₇P₆₀K₇₃, обеспечившим урожайность 4,56 т/га (+23% к контролю). Установлено, что чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) снижалась при увеличении доз гидрогеля и удобрений из-за роста затрат на дыхание и затенения нижних листьев. Оптимизация структуры урожая выразилась в увеличении числа продуктивных стеблей (до 324 шт./м²), длины колоса (до 6,8 см) и массы зерна (1,42 г/колос). Выявлен эффект насыщения: после дозы 50 кг/га влагосорбента доминирующую роль в стимулировании продуктивности играли минеральные удобрения. Результаты подтверждают необходимость комплексного применения влагосорбентов и высоких доз NPK для повышения устойчивости ячменя к засухе и оптимизации ресурсосберегающих технологий в условиях дефицита осадков.
