сотрудник
Россия
сотрудник
сотрудник
сотрудник
Россия
УДК 631.432 Водный режим почвы. Грунтовые воды
УДК 633.11 Пшеница. Triticum ssp.
Исследование проводили с целью оценки зависимости урожайности яровой мягкой пшеницы от основных агрохимических показателей и весенних запасов продуктивной влаги в метровом слое серой лесной почвы. Работу выполняли в 1982−2018 гг. в Предкамской зоне Республики Татарстан. Яровую пшеницу возделывали в звене севооборота чистый пар – озимая рожь – яровая пшеница. Под предшественник ежегодно вносили средние рекомендуемые нормы минеральных удобрений (N40...60Р40...50К40...60), непосредственно под пшеницу удобрения не вносили. Почва опытного участка ‒ серая лесная среднесуглинистая со следующими агрохимическими показателями: содержание органического вещества – 2,8...3,2 %, легкогидролизуемого азота – 100...149 мг/кг, подвижного фосфора и калия (по Кирсанову) – 105...184 и 79...149 мг/кг соответственно, рНсол. – 5,6...5,7. Урожайность яровой пшеницы, возделываемой без внесения удобрений, сильно варьировала по годам и изменялась в пределах от 0,99 до 2,97 т/га. Она была на 62 % обусловлена влиянием обеспеченности серой лесной почвы основными питательными макроэлементами (NРК) в доступной для растений форме. Содержание легкогидролизуемого азота 150 мг/кг, подвижных форм фосфора и калия соответственно 150 и 140 мг/кг оказалось оптимальным уровнем для формирования наибольшего в опыте урожая зерна яровой пшеницы на серой лесной почве без применения удобрений.
яровая пшеница (Triticum aestivum), серая лесная почва, урожайность, легкогидролизуемый азот, содержание подвижных форм фосфора и калия, продуктивная влага, корреляция
Введение. Яровая пшеница – одна из основных продовольственных культур, которая имеет широкое распространение во многих регионах мира. В 2020 г. среди зерновых культур, возделываемых в Российской Федерации, на ее посевы приходилось 35,8 % общей площади [1, 2, 3]. Содержание в зерне пшеницы большого количества белка и высококачественной клейковины позволяет использовать его в хлебопечении, в крупяной и кондитерской промышленности [4, 5, 6]. К сожалению, в нашей стране урожайность этой культуры продолжает оставаться невысокой, всего около 1,2...1,4 т/га, хотя она может быть значительно выше. Урожайность культуры обусловлена генетическим потенциалом сорта, тепло-, влагообеспеченностью зоны, агротехникой, а также уровнем плодородия почвы [7, 8, 9].
Важнейшими показателями плодородия почв, определяющими величину и качество урожая яровой пшеницы, служат содержание в пахотном слое доступных форм основных макроэлементов и влагообеспеченность [10, 11, 12]. Так, в условиях вегетационного опыта коэффициент корреляции между величиной урожая яровой пшеницы и содержанием подвижного фосфора в дерново-подзолистой почве составлял 0,42. В лесостепи Северного Зауралья на выщелоченном черноземе коэффициент корреляции между сбором зерна яровой пшеницы и содержанием легкогидролизуемого азота был равен 0,80 [13]. Коэффициент корреляции между урожаем яровой пшеницы и содержанием в выщелоченном легкосуглинистом черноземе лесостепной зоны Зауралья подвижного калия находился на уровне 0,51 [14]. Обеспеченность почвы питательными элементами оказывает влияние не только на размеры урожая, но и на его химический состав. Увеличение содержания подвижных форм фосфора в дерново-подзолистой супесчаной почве с 67...72 до 388...398 мг/кг приводило к повышению накопления этого элемента в зерне и соломе яровой пшеницы соответственно в 1,2...1,3 и 3...4 раза [15].
Цель исследования – установление характера изменения урожайности яровой пшеницы без внесения удобрений во временном ряду и тесноты корреляция уровня урожайности с обеспеченностью пахотного слоя серой лесной почвы подвижными формами азота, фосфора, калия и запасами продуктивной влаги в метровом слое почвы перед посевом.
Условия, материалы и методы. Объектом исследования служила яровой пшеница. Работу выполняли в 1982–2018 гг. на опытном поле Казанского государственного аграрного университета, расположенном в Предкамской зоне Республики Татарстан (РТ). Яровую пшеницу возделывали в звене севооборота чистый пар – озимая рожь – яровая пшеница. Под предшественник ежегодно вносили средние рекомендуемые нормы минеральных удобрений (N40...60Р40...50К40...60). Почва опытного участка серая лесная среднесуглинистая со следующими агрохимическими показателями: содержание органического вещества – 2,8...3,2 %, легкогидролизуемого азота – 100...149 мг/кг, подвижного фосфора и калия (по Кирсанову) – 105...184 мг/кг и 79...149 мг/кг, рНсол. – 5,6...5,7. Климатические условия Предкамской зоны РТ в целом благоприятны для нормального ведения отрасли растениеводства. Среднегодовое количество осадков 440 мм. Сумма температур выше 10 ºС – 2020...2150 ºС. Средняя продолжительность вегетационного периода – 160 дней. Мощность снегового покрова – 39...44 см. Климат региона определяется как умеренно прохладный.
Лабораторные анализы почвы выполняли в Центре агроэкологических исследований ФГБОУ ВО «Казанский ГАУ» и ФГБУ ЦАС «Татарский»: органическое вещество – по ГОСТ 26213-91, легкогидролизуемый азот – по И. В. Тюрину и М. М. Кононовой, содержание подвижных соединений фосфора и калия – по ГОСТ 26207-91, рН солевой вытяжки – по ГОСТ 26483-85, запасы продуктивной влаги – по ГОСТ28268-89.
Результаты и обсуждение. Урожайность зерна яровой пшеницы без внесения удобрений сильно варьировала по годам (рис. 1). За тридцатисемилетний период наблюдения она составляла от 0,99 до 2,97 т/га и имела весьма слабую тенденцию роста: коэффициент детерминации (R2) урожайности зерна в зависимости от временного фактора составил лишь 0,0322.
Рис. 1. Динамика урожайности яровой пшеницы без внесения минеральных удобрений в условиях серой лесной почвы.
Линии тренда содержания подвижных форм основных макроэлементов (NРК) заметно различались между собой: если для подвижных форм фосфора и калия они имели тенденцию к постоянному росту во временном ряду (R²=0,1907...0,1937), то в отношении легкогидролизуемого азота такой зависимости не наблюдали (рис. 2). Причиной роста обеспеченности почвы подвижными формами фосфора и калия в годы исследования, возможно, служит известная способность этих питательных элементов удерживаться и накапливаться в почве при внесении удобрений (Справочник агрохимика: под редакцией И. Д. Давлятшина / И. Д. Давлятшин, М. Ю. Гилязов, А. А. Лукманов и др. Казань: ИД МеДДоК, 2013. 300 с.), которые в нашем опыте регулярно заделывали под предшественник. Примерно такую же картину мы наблюдали в исследованиях, проведенных в северной части Предкамья РТ [16].
Содержание легкогидролизуемого азота в пахотном слое почвы варьировало в пределах от 100 мг/кг (2008 г.) до 149 мг/кг (2005 г.). Об отсутствии тенденций в изменении величины этого показателя во временном ряду свидетельствует ничтожная величина коэффициента детерминации (R²=0,0012). Это указывает на то, что трансформация минерального азота, внесенного в почву в составе удобрений, коренным образом отличается от процессов, происходящих с фосфором и калием. Азот, особенно внесенный в нитратной форме, удерживается в почве только биологически и легко теряется в результате вымывания, испарения или смыва в результате водной эрозии. Даже аммонийная и амидная формы азота со временем переходят в нитратную и могут элиминироваться [17].
По мнению многих исследователей на урожайность сельскохозяйственных культур заметное влияние могут оказать запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы [18, 19, 20]. В условиях нашего эксперимента за исследуемый период величины этого показателя также были подвержены сильным изменениям по годам: если в 1986 и 1999 гг. они составляли 130 мм, то в 1996 г. оказались в 2,2 раза больше (286 мм) (рис. 3). Зависимость запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы от временного фактора была весьма слабой (R²=0,0075). То есть, судя по их величине в весенний период, ухудшения влагообеспеченности за исследуемый период не произошло.
Рис. 2. Динамика содержания подвижных форм основных макроэлементов в пахотном слое серой лесной почвы.
Рис. 3. Динамика продуктивной влаги в метровом слое серой лесной почвы
Анализируя зависимость урожайности зерна яровой пшеницы от изученных почвенных факторов прежде всего следует отметить, что действие ни одного из них не носило прямолинейного характера (рис. 4).
Рис. 4. Зависимость урожайности зерна яровой пшеницы от почвенных факторов.
Исходя из величин коэффициентов детерминации, можно утверждать, что для описания зависимости урожайности от почвенных факторов в трех случаях из четырёх лучше подходило полиномиальное уравнение второй степени, и в одном случае – экспоненциальное уравнение (табл. 1 и 2).
Таблица 1 – Характер и теснота корреляции урожайности зерна яровой пшеницы и обеспеченности почвы подвижными формами NРК
|
Линии тренда |
Уравнение |
Коэффициент детерминации (R²) |
|
Содержание легкогидролизуемого азота, мг/кг |
||
|
Линейная |
y = 0,0146x + 0,0668 |
0,1867 |
|
Логарифмическая |
y = 1,8207ln(x) – 6,879 |
0,1825 |
|
Полиномиальная* |
y = 0,0003x2 – 0,0498x + 4,0996 |
0,1948 |
|
Степенная |
y = 0,0086x1,1095 |
0,2079 |
|
Экспоненциальная |
y = 0,5977e0,0089x |
0,2108 |
|
Содержание подвижного фосфора, мг/кг |
||
|
Линейная |
y = 0,0075x + 0,9137 |
0,1035 |
|
Логарифмическая |
y = 1,1386ln(x) – 3,6526 |
0,1211 |
|
Полиномиальная* |
y = -0,0005x2 + 0,1418x – 8,4693 |
0,2616 |
|
Степенная |
y = 0,0606x0,6976 |
0,1395 |
|
Экспоненциальная |
y = 0,9878e0,0046x |
0,1217 |
|
Содержание подвижного калия, мг/кг |
||
|
Линейная |
y = 0,0123x + 0,5499 |
0,1400 |
|
Логарифмическая |
y = 1,3298ln(x) – 4,3333 |
0,1362 |
|
Полиномиальная* |
y = 0,0001x2 – 0,0186x + 2,2377 |
0,1447 |
|
Степенная |
y = 0,0594x0,7312 |
0,1265 |
|
Экспоненциальная |
y = 0,8745e0,0067x |
0,1286 |
* – 2-ой степени.
Зависимость урожайности зерна яровой пшеницы от содержания легкогидролизуемого азота в пахотном слое часто используется в качестве важного критерия обеспеченности почв доступными формами азота во многих почвах, ибо продуктивность сельскохозяйственных культур достаточно тесно коррелирует с величиной этого показателя в пахотном или 0...40 см слое почвы [21, 22]. Максимальный в нашем исследовании коэффициент детерминации (R²=0,2108) для зависимости урожайности яровой пшеницы от весеннего содержания легкогидролизуемого азота в пахотном слое почвы отмечен в случае использования для ее описания экспоненциального уравнения (рис. 4). При этом корреляционное отношение (η) составило 0,46, что по шкале Чеддока оценивается как умеренное [23].
Наибольшее влияние на урожайность яровой пшеницы оказывало содержание в почве подвижного фосфора, о чем свидетельствует величина коэффициента детерминации (R²=0,2616). В этом случае линия тренда описывалась полиномиальным уравнением второй степени. По сравнению с азотом и фосфором, зависимость урожая пшеницы от обеспеченности пахотного слоя почвы подвижным калием была менее значимой (R²=0,1447).
Таким образом, на неудобренной почве содержание подвижных форм всех трех основных макроэлементов оказывало заметное положительное влияние на урожайность яровой пшеницы. Наиболее тесно урожайность коррелировала с обеспеченностью подвижным фосфором (η=0,51), чуть слабее была зависимость от содержания легкогидролизуемого азота (η=0,46) и подвижного калия (η=0,38). В целом эти агрохимические параметры почвы играли важную роль в формировании урожайности яровой пшеницы без применения удобрений.
Максимальный в нашем исследовании сбор зерна яровой пшеницы без внесения удобрений отмечен при содержании в серой лесной почве около 150 мг/кг подвижного фосфора и легкогидролизуемого азота, а также 140 мг/кг подвижного калия (см. рис. 4).
Таблица 2 – Характер и теснота корреляции урожайности зерна яровой пшеницы с запасами продуктивной влаги (мм) в метровом слое почвы
|
Линии тренда |
Уравнение |
Коэффициент детерминации (R²) |
|
Линейная |
y = 0,0018x + 1,6789 |
0,0083 |
|
Логарифмическая |
y = 0,4669ln(x) - 0,4035 |
0,0149 |
|
Полиномиальная* |
y = -6E-05x2 + 0,0257x – 0,6383 |
0,0424 |
|
Степенная |
y = 0,3351x0,3409 |
0,0244 |
|
Экспоненциальная |
y = 1,5079e0,0014x |
0,0156 |
* - 2-ой степени.
В отличие от агрохимических показателей почвы, весенние запасы продуктивной влаги оказывали слабое влияние (η=0,21) на урожайность яровой пшеницы. Это обстоятельство свидетельствует о том, что наличие продуктивной влаги в слое почвы 0…100 см было достаточным для образования полноценных дружных всходов и первоначального роста и развития, а на дальнейших этапах органогенеза растений яровой пшеницы основную играли роль атмосферные осадки, выпавшие во время вегетации.
В целом изученные почвенные факторы по значимости влияния на урожайность яровой пшеницы можно расположить в следующий ряд в порядке убывания: содержание подвижного фосфора > содержание легкогидролизуемого азота > содержание подвижного калия > запасы продуктивной влаги в день посева.
Выводы. Во временном ряду 37 лет урожайность яровой пшеницы на неудобренной серой лесной почве варьировала от 0,99 до 2,97 т/га и имела очень слабую тенденцию роста. Линии тренда содержания подвижных форм фосфора и калия имело тенденцию к постоянному росту во временном ряду (R²=0,1907…0,1937), в отношении содержания легкогидролизуемого азота и запасов продуктивной влаги при посеве таких трендов не обнаруживали. Изученные почвенные факторы по значимости влияния на урожайность яровой пшеницы можно расположить в следующий убывающий ряд: содержание подвижного фосфора > содержание легкогидролизуемого азота > содержание подвижного калия > запасы продуктивной влаги.
1. Медведева А. Производство зерна в России 2020: структура посевных площадей и урожайность. URL: https://www.agroxxi.ru/analiz-rynka-selskohozjaistvennyh-tovarov/proizvodstvo-zerna-v-rossii-2020-struktura-posevnyh-ploschadei-i-urozhainost.html (дата обращения: 25.02.2022).
2. Мадякин, Е. В. Исследования по адаптивности сортов яровой пшеницы в Поволжье / Е. В. Мадякин, О. И. Горянин // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2023. - № 1(61). - С. 40-45. - DOIhttps://doi.org/10.18286/1816-4501-2023-1-40-45.
3. Сапега, В. А. Урожайность и адаптивность сортов яровой пшеницы различных групп спелости в условиях лесостепи Северного Зауралья / В. А. Сапега, Г. Ш. Турсумбекова // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). - 2022. - № 3(64). - С. 67-75. - DOIhttps://doi.org/10.31677/2072-6724-2022-64-3-67-75.
4. Агробиологические основы формирования высококачественного урожая зерна видов яровой пшеницы в лесостепи Среднего Поволжья / М. Ф. Амиров, Ф. Ш. Шайхутдинов, И. М. Сержанов и др. // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2019. Т. 14, № S4-1(55). С. 5-9.
5. Мукомольные свойства зерна сортов и перспективных сортообразцов твердой озимой и яровой пшеницы / Р.Х. Кандроков, М.Ш. Бегеулов, В.Н. Игонин и др. // Российская сельскохозяйственная наука. 2020. № 1. С. 66-71.
6. Мальчиков П.Н., Мясникова М.Г., Чахеева Т.В. Качество клейковины сортов твёрдой пшеницы самарской селекции и сортов из Италии и Австралии // Достижения науки и техники АПК. 2021. Т. 35. № 9. С. 25-30.
7. Шаповалова Н.Н., Менькина Е.А., Ахмедшина Д.А. Диагностические показатели обеспеченности почвы элементами питания для формирования высокой урожайности озимой пшеницы // Достижения науки и техники АПК. 2022. Т. 36. № 5. С. 5-10.
8. Технологии основной обработки почвы, повышающие эффективное плодородие и биологическую активность почвы / Ю. Ф. Курдюков, З. М. Азизов, В. В. Архипов и др. // Аграрный вестник Юго-Востока. 2018. № 3 (20). С. 37-41.
9. Розова М.А., Зиборов А.И., Егиазарян Е.Е. Связь температурных показателей периода вегетации с основными агрономически значимыми характеристиками сортов яровой твердой пшеницы на Алтае // Российская сельскохозяйственная наука. 2021. № 5. С. 9-15.
10. Edmeades D. C. The long-term effects of manures and fertilizers on soil productivity and quality: a review // Nutrient Cycling in Agroecosystems. 2003. Vol. 66. No. 2. P. 165-180.
11. Муратов М. Р., Гилязов М. Ю. Корреляция урожайности зерновых и зернобобовых культур от агрохимических параметров почв и погодных условий // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2015. Т. 10. № 2 (36). С. 128-135.
12. Влияние удобрений и погодных условий на формирование урожая яровой пшеницы на осушаемых землях / Л.И. Петрова, Ю.И. Митрофанов, Н.К. Первушина и др. / Земледелие. 2020. № 4. С. 12-15.
13. Еремин Д. И., Демина О. Н. Влияние минеральных удобрений на содержание легкогидролизуемого азота и нитрификационную способность пахотного чернозема в лесостепи Зауралья// Вестник КрасГАУ. 2021. № 2. С. 26-32.
14. Плотников А. М. Зависимость урожайности зерновых культур от содержания в почве доступных форм фосфора и калия // Вестник Курганской ГСХА. 2019. № 1. С. 17-20.
15. Микулич В. А. Состав и вынос элементов питания урожаем яровой пшеницы при различной обеспеченности фосфором дерново-подзолистой супесчаной почвы // Почвоведение и агрохимия. 2011. № 1 (46). С. 135-145.
16. Гилязов М. Ю., Лукманов А. А., Муратов М. Р. Длительное применение удобрений и продуктивность пашни. Казань: Изд-во Казанского университета, 2016. 220 с.
17. Alvarez R. A review of nitrogen fertilizer and conservation tillage effects on soil organic carbon storage // Soil Use and Management. 2005. Vol. 21. No. 1. P. 38-52.
18. Павлова В. Н., Каланка П., Караченкова А. А. Продуктивность зерновых культур на территории Европейской России при изменении климата за последние десятилетия // Метеорология и гидрология. 2020. № 1. С. 78-94.
19. Запасы продуктивной влаги по природно-почвенным зонам Алтайского края и их влияние на урожайность яровой пшеницы / Н. Б. Максимова, С. Б. Тарасова, Г. Г. Морковкин и др. // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2018. № 4 (162). С. 87-92.
20. Противоэрозионная мелиорация в Республике Татарстан / М. М. Хисматуллин, А. Р. Валиев, М. М. Хисматуллин [и др.] // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2022. - Т. 17, № 2(66). - С. 47-54. - DOIhttps://doi.org/10.12737/2073-0462-2022-45-52.
21. Гамзиков Г. П. Почвенная диагностика азотного питания растений и применения азотных удобрений в севооборотах // Плодородие. 2018. № 1(100). С. 8-14.
22. Гуреев, И. И. Цифровая оптимизация питания сельскохозяйственных культур с использованием функциональной листовой диагностики / И. И. Гуреев // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2023. - № 1(61). - С. 6-13. - DOIhttps://doi.org/10.18286/1816-4501-2023-1-6-13.
23. Орлов А. И. Вероятностно-статистические модели корреляции и регрессии // Научный журнал КубГАУ. 2020. №160 (06). С. 130-162.
