Введение. Устойчивое развитие территорий целесообразно рассматривать как процесс социально-экономических преобразований, базовой целью которых является повышение уровня и условий жизни населения [1]. Выполнение данной цели связано с рациональным использованием имеющихся почвенных, растительных и водных ресурсов, а также их восстановлением и сохранением [2–4].
Яровая пшеница – основная пищевая культура России. Эффективность системы производства сельскохозяйственных, а в частности зерновых культур существенно влияет на качество и количество продукции [5–9]. Применение минеральных удобрений считается наиболее доступным способом для регулирования питательных веществ в зерне. Поэтому в процессе получения качественного и высокого урожая важным условием являются используемые минеральные и органические удобрения [10–12].
Химическая составляющая яровой пшеницы в зависимости от уровня минерального питания включает в себя ряд факторов, которые влияют на качество и количество урожая. Одним из основных минеральных элементов, влияющих на состав пшеницы, является азот. Уровень азота в почве напрямую влияет на содержание белка в зерне пшеницы. Более высокий уровень азота может привести к увеличению содержания белка в зерне, что важно для качества муки и хлебопродуктов, производимых из пшеницы. Из агрохимических показателей почвенного плодородия азот, как правило, находится в минимуме. Это подтверждается данными Г.П. Гамзикова (2013), где отмечено, что азот (N) в почвах территории Тюменской области находится в минимуме среди макроэлементов, что связано с малогумусностью почв и высокой его подвижностью в нитратной и газообразной форме. Азот входит в состав белков, хлорофилла, ферментов, витаминов, оказывает влияние на формирование урожайности культур и качество продукции [13]. Фосфор также играет важную роль в формировании урожая пшеницы. Этот элемент питания необходим для процесса фотосинтеза и роста растений, поэтому его недостаток может привести к уменьшению урожая и ухудшению качества зерна. Калий является еще одним важным элементом для пшеницы, так как он способствует улучшению качества и урожайности зерна. Недостаток калия может привести к уменьшению содержания клетчатки в зерне, что в свою очередь может негативно отразиться на качестве муки.
Таким образом, уровень минерального питания имеет существенное влияние на состав и качество яровой пшеницы. Правильное удобрение и поддержание оптимального уровня минеральных элементов в почве являются важными аспектами для получения высококачественного и продуктивного урожая пшеницы.
По мнению авторов, современное сельское хозяйство вынуждено применять как минеральные, так и органические удобрения, поскольку площадь Тюменской области находится в различных природно-климатических зонах [14], и по результатам мониторинга пахотных почв отмечено, что состояние плодородия земель неодинаково [15–17]. Поэтому нужно акцентировать внимание на агрохимическом обследовании почв, текущей нитрификации, расчете доз удобрений на планируемую урожайность [18].
Цель исследования – изучить влияние обработки и минеральных удобрений на лугово-черноземных почвах Северного Зауралья на химический состав Triticum aestivum.
Объекты и методы. Место проведения исследований – опытное поле Государственного аграрного университета Северного Зауралья (г. Тюмень). Полевые опыты закладывались в соответствии с методикой Б.А. Доспехова (1985). Опытный участок расположен в 1,5 км от деревни Утешево (рис. 1).
Рис. 1. Месторасположение опытного участка
Повторность в опыте трехкратная, учетная площадь делянки 120 м2. На рисунке 1 представлена схема опыта с вариантами обработки почвы и внесения удобрений на планируемую урожайность методом элементарного баланса с учетом содержания элементов минерального питания в почве, коэффициента использования из минеральных удобрений (КИУ) и почвы (КИП) [19].
Почва на опытном поле – лугово-черноземная.
Основная обработка почвы:
1) отвальная обработка плугом ПСКУ-5-60 на глубину 0,22–0,25 м;
2) чизельная обработка ПЧН-2,3 на глубину 0,22–0,25 м [19].
При внесении дозы минеральных удобрений на урожайность 3 т/га использовали аммонийную селитру в физическом весе 150–170 кг/га, на урожайность 5 т/га применяли аммонийную селитру в физическом весе 250–270 кг/га и аммофос 30 кг/га [19].
Сорт яровой пшеницы: Новосибирская 31. Посев яровой пшеницы проводили 22 мая 2021 г. Предшественник в опыте озимая пшеница.
Климат северной лесостепи Тюменской области, где был заложен опыт, характеризуется наличием в весенне-летний период почвенной и атмосферной засухи [20]. За период вегетации 2021 г. сумма активных температур выше десятиградусного значения составила 2 080,4 °С, этот период продолжался 103 дня. Сумма осадков за вегетационный период составляла 120,8 мм, что на 43,6 мм меньше по сравнению со среднемноголетними данными [19].
Лабораторные исследования образцов почвы, вегетативной части растений и зерна пшеницы проводились по вариантам обработки почвы и доз внесения минеральных удобрений на планируемую урожайность в лаборатории ГАУ Северного Зауралья (рис. 2).
Рис. 2. Схема опыта
Определение подвижных соединений фосфора и калия в почве проводили по ГОСТ 26204-91, азота нитратного – по ГОСТ 26951-86, аммонийного азота – по ГОСТ 26489-85, гумуса – по ГОСТ 26213-2021.
Определение содержания общего фосфора в зерне и вегетативной части пшеницы проводили по ГОСТ 26657-97, общего калия – по ГОСТ 30504-97, общего азота – по ГОСТ 13496.4-2019.
Результаты и их обсуждение. По результатам проведенных анализов наибольшее содержание гумуса (11,9 %) и подвижного калия (27,5 мг/кг) отмечено при дифференцированной обработке почвы с внесением дозы минеральных удобрений на урожайность 5 т/га [19]. При чизельной обработке почвы на глубину 45 см, с последующей поверхностной обработкой, наибольшее содержание при внесении минеральных удобрений (аммонийная селитра и аммофос) на урожайность 3 т/га имеют аммонийный азот – 15,6 мг/кг и азот нитратный – 23,4 мг/кг [19]. При такой же обработке почвы отмечено максимальное содержание подвижного фосфора (107,7 мг/кг), но с внесением дозы минеральных удобрений на урожайность 5 т/га (табл.) [19].
Агрохимическая характеристика почвы
|
Вариант |
Обработка почвы/удобрения |
Гумус, % |
Фосфор (подвижный), мг/кг |
Калий (подвижный), мг/кг |
Аммонийный азот, мг/кг |
Массовая доля нитратов (азот нитратный), мг/г/кг |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
1 |
Ежегодная отвальная обработка (контроль) |
Без удобрений |
8,3 |
97,6 |
14,2 |
12,1 |
21,9 |
|
|
На 3,0 т/га |
7,3 |
82,1 |
22,1 |
13,2 |
14,8 |
|||
|
На 5,0 т/га |
7,6 |
65,6 |
17,9 |
12,5 |
10,2 |
|||
Окончание табл.
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
2 |
Отвальная, с чередованием с поверхностной через 1 год (дифференцированная) |
Без удобрений |
8,2 |
59,4 |
18,1 |
12,5 |
11,2 |
|
На 3,0 т/га |
7,5 |
60,2 |
17,2 |
14,0 |
11,8 |
||
|
На 5,0 т/га |
11,9 |
68,8 |
27,5 |
14,3 |
21,4 |
||
|
3 |
Чизельная на глубину 45 см, с последующей поверхностной обработкой (щелевание) |
Без удобрений |
6,5 |
71,7 |
24,0 |
12,4 |
20,0 |
|
На 3,0 т/га |
7,4 |
82,1 |
26,3 |
15,6 |
23,4 |
||
|
На 5,0 т/га |
6,3 |
107,7 |
21,1 |
15,3 |
18,6 |
Предполагаем, что наиболее высокое содержание гумуса на варианте с дифференцированной обработкой почвы может быть связано с тем, что при минимальной обработке почвы растительные остатки накапливаются на поверхности, а проведение вспашки на следующий год обеспечивает поступление большого количества органических остатков в пахотный слой. Это способствует тому, что начинает усиливаться процесс гумификации органического вещества при отвальной обработке. В то время как при минимальной обработке из-за уменьшения аэрации процесс минерализации, наоборот, уменьшается – это подтверждается исследованиями Д.И. Еремина и А.А. Ахтямовой (2015) [21].
Высокое содержание фосфора на варианте с чизельной обработкой на фоне внесения удобрений на планируемую урожайность 5,0 т/га связано с тем, что в неблагоприятные годы получить планируемую урожайность не удается, и это приводит к накоплению неизрасходованных питательных веществ в почве [22].
Химический состав растений, включая зерно пшеницы, зависит от наличия макроэлементов в почве. В вегетативной части растений пшеницы и зерне проводились исследования содержания общего азота, фосфора и калия.
Содержание общего азота максимально при отвальной обработке почвы с чередованием с поверхностной через 1 год (дифференцированная) с внесением дозы минеральных удобрений на урожайность 5 т/га и составляет 1,04 % (рис. 3) [19]. Это связано с тем, что высокие дозы удобрений и хорошее накопление азота текущей нитрификации при дифференцированной обработке обеспечивают оптимальный азотный режим, что приводит к дополнительному накоплению азота в тканях яровой пшеницы [23].
Рис. 3. Содержание общего азота в вегетативной части растения, %
Максимальное содержание общего фосфора в вегетативной части растений отмечено при отвальной обработке почвы с чередованием с поверхностной через 1 год (дифференцированная) и составляет 0,5 % при внесении минеральных удобрений на урожайность 3 т/га. А при такой же обработке почвы наблюдается и минимальное количество данного показателя, но только при внесении удобрений на урожайность 5 т/га (рис. 4) [19].
Рис. 4. Содержание общего фосфора в вегетативной части растения, %
Высокое содержание фосфора в тканях яровой пшеницы при проведении дифференцированной обработки на фоне внесения удобрений на планируемую урожайность 3 т/га может быть связано с тем, что на данном варианте в почве фиксируется оптимальный баланс питательных веществ. Это обеспечивает более быстрое прохождение фенологических фаз, что приводит к накоплению фосфора в вегетативной части, в результате снижается его отток в зерно. В то время как при внесении удобрений на урожайность 5 т/га увеличивается период созревания зерна и отток фосфора в зерно из вегетативной части затягивается, что приводит к снижению его концентрации.
Наибольшее количество общего калия в вегетативной части растений наблюдается при отвальной обработке почвы с чередованием с поверхностной через 1 год (дифференцированная) без внесения удобрений и составляет 1,07 % [19]. При ежегодной отвальной обработке почвы (контроль) отмечено минимальное содержание общего калия (0,65 %) при внесении минеральных удобрений на урожайность 3 т/га (рис. 5) [19].
Рис. 5. Содержание общего калия в вегетативной части растения, %
Анализ содержания общего азота, фосфора и калия в вегетативной части растений показывает, что максимальные значения исследуемых элементов питания зафиксированы на отвальной обработке почвы с чередованием с поверхностной через 1 год (дифференцированная), что говорит о накоплении питательных элементов в вегетативных органах в процессе формирования растения.
Наибольшее содержание общего азота в зерне пшеницы отмечено при дифференцированной обработке почвы с внесением удобрений на планируемую урожайность 3 т/га – 2,1 % (рис. 6) [19]. Это связано с тем, что на данном варианте была получена планируемая урожайность, а созревание зерна происходило при благоприятном температурном режиме, что на фоне достаточного уровня питания обеспечивало большее накопление белка.
Рис. 6. Содержание общего азота в зерне пшеницы, %
Наибольшее и наименьшее содержание общего фосфора в зерне пшеницы зафиксировано на вариантах без внесения удобрений. Минимальное количество общего фосфора отмечено при дифференцированной обработке почвы – 0,28 %, а максимальное – 0,74 % при чизельной на глубину 45 см, с последующей поверхностной обработкой почвы (щелевание) (рис. 7) [19].
Рис. 7. Содержание общего фосфора в зерне пшеницы, %
Наибольшее содержание общего калия отмечено при чизельной обработке почвы на глубину 45 см с последующей поверхностной обработкой (щелеванием) при внесении удобрений на урожайность 5 т/га (0,5 %). Наименьшее количество общего калия зафиксировано при ежегодной отвальной обработке (контроль) при внесении удобрений на урожайность 3 т/га (0,38 %) (рис. 8) [19]. Проведение глубокого рыхления и высокий уровень питания обеспечивают лучшее разрастание и проникновение корневой системы пшеницы в нижележащие горизонты, что будет обеспечивать лучшее усвоение калия и увеличение его концентрации в зерне.
Исследования содержания химических элементов в зерне пшеницы отражают то, что максимальное содержание общего фосфора и калия наблюдается при чизельной обработке почвы на глубину 45 см с последующей поверхностной (щелевание) на варианте без внесения минеральных удобрений и внесения на урожайность 5 т/га соответственно [19].
Рис. 8. Содержание общего калия в зерне пшеницы, %
Заключение. Содержание химических элементов в вегетативной части растений и в зерне пшеницы отражают эффективность применения минеральных удобрений и обработки почвы перед посевом. Анализ лабораторных исследований по количеству общего азота, фосфора, калия в вегетативной части растения и зерне яровой пшеницы показал, что наиболее эффективным вариантом обработки почвы для исследуемой культуры была отвальная с чередованием с поверхностной через 1 год, то есть дифференцированная, с внесением минеральных удобрений на урожайность 3 и 5 т/га. Внесение аммонийной селитры (NH4NO3) на урожайность 3 т/га (в физическом весе 150–170 кг/га) имеет оптимальный режим для возделывания яровой пшеницы на лугово-черноземных почвах при дифференцированной обработке за счет обеспечения процесса превращения органических остатков в верхнем слое почвы в гуминовые вещества.
