УДК 633.15:636.085
Александр Федорович СТУЛИН1, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
Владимир Викторович МАРТИРОСЯН2, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник
1 Воронежский филиал ФГБНУ ВНИИ кукурузы; 396835, Воронежская обл., Хохольский р-он, п. Опытной станции ВНИИК
E-mail: opytnoe@vmail.ru; тел. 8(47371) 9-05-38
2 ФГБНУ ВНИИ кукурузы; 357528, Ставропольский край, г. Пятигорск, ул. Ермолова, д. 14б
E-mail: 976067@mail.ru; тел. 8(8793)97-60-67
В стационарных полевых опытах, проведенных на черноземе выщелоченном Воронежской области, наиболее высокая зерновая продуктивность кукурузы в среднем за 5 ротаций десятипольного севооборота и в монокультуре достигнута в варианте с ежегодным внесением N60P60K60. Среднегодовая прибавка зерна при этом составила 1,29 т/га в севообороте и 1,32 т/га в монокультуре. Диапазон изменчивости прибавки от удобрений по ротациям севооборота составили 0,97 – 1,77 т/га, в монокультуре в сопоставимые годы 1,06 – 1,84 т/га. Удобрения и место выращивания кукурузы являются важнейшим средством воздействия не только на уровень урожая, но и его качество. Содержание протеина в зерне кукурузы варьировало на неудобренном фоне от 7,79 до 10,68% в севообороте, в монокультуре, соответственно, от 7,04 до 8,33%. Внесение полного минерального удобрения (N60P60K60) повышало содержание протеина в зерне на 1,61 – 3,03% в севообороте, в монокультуре это повышение было большим и составило 3,37 – 3,73% абсолютных величин. Размах варьирования содержания протеина в зерне кукурузы, выращиваемой в монокультуре, за 4 года на естественном фоне составил 1,84%, а при ежегодном внесении удобрений был выше и составил 3,03% абсолютных величин. По величине содержания показатели качества зерна кукурузы располагаются в ряд: крахмал > протеин > жир > сахар > клетчатка > зола.
Ключевые слова: кукуруза, севооборот, монокультура, удобрения, длительное внесение, качество зерна.
Площадь черноземных почв России составляет около 120 млн. га, что составляет лишь 7% площади страны, но на ней размещено более половины пашни и производится около двух третей всей сельскохозяйственной продукции [8]. Предотвратить или сдержать процессы потерь плодородия агрочерноземов возможно лишь при условии активного применения комплекса агротехнических приемов, среди которых преобладающее значение имеют удобрения. Они являются материальной основой количества и качества растениеводческой продукции.
При этом изучение влияния минеральных удобрений на основные показатели плодородия почв, устойчивости растений к экстремальным погодно-климатическим условиям, а, следовательно, и продуктивность агроценозов возможно только в длительных стационарных полевых опытах. Именно результаты длительных опытов позволяют разрабатывать стратегию обеспечения стабильных урожаев при максимальной экономической выгоде в конкретных почвенно-климатических условиях.
Важным результатом длительного проведения экспериментов является экологическая безопасность; качество урожая, предотвращение истощения и деградации почв и загрязнения окружающей среды [1].
Поскольку в доступных источниках отсутствуют данные об эффективности видов, доз и соотношений минеральных удобрений, вносимых ежегодно в течение более 50 лет под культуры десятипольного севооборота и кукурузу в бессменных посевах, данная работа направлена на прояснение этого в недостаточной степени изученного, но актуального вопроса.
Цель работы – изучить влияние длительного применения минеральных удобрений на урожай и качество зерна кукурузы, выращиваемой в севообороте и монокультуре.
Материал и методика
Оценка влияния длительного применения минеральных удобрений на продуктивность кукурузы и качество зерна была проведена в Воронежском филиале ФГБНУ ВНИИ кукурузы на базе стационарных полевых опытов №№ 151 и 152 по реестру Геосети и зарегистрированных в системе международных длительных полевых опытов [3]. Географические координаты опытов: 51°36´480´СШ и 38°58´159´ВД.
Техника закладки стационарных опытов, агрохимическая характеристика агрочернозема и агротехника выращивания кукурузы в десятипольном севообороте и монокультуре изложены в последних работах [4-6]. Образцы зерна кукурузы для анализа отбирались в полную спелость из двух несмежных повторений полевых опытов. Химический состав зерна кукурузы определен методом спектроскопии в ближней инфракрасной области с использованием анализатора «Инфралюм ФТ-12» в лаборатории качества и переработки кукурузы ФГБНУ ВНИИ кукурузы.
Таблица 1. Урожай зерна кукурузы при длительном внесении удобрений (среднее за 5 ротаций), т/га
|
Вариант |
Севооборот |
Монокультура |
||||||
|
Средний урожай |
min-max |
Размах варьирова-ния |
Прибавка |
Средний урожай |
min-max |
Размах варьирова-ния |
Прибавка |
|
|
Без удобрений |
3,42 |
1,84 – 5,08 |
3,24 |
0 |
2,81 |
1,63 – 4,42 |
2,79 |
0 |
|
N60 |
4,15 |
2,62 – 5,78 |
3,16 |
0,73 |
3,54 |
1,92 – 5,35 |
3,43 |
0,73 |
|
P60 |
3,44 |
1,76 – 4,98 |
3,22 |
0,02 |
2,77 |
1,32 – 4,57 |
3,25 |
-0,04 |
|
K60 |
3,46 |
1,93 – 5,17 |
3,24 |
0,04 |
2,82 |
1,11 – 4,87 |
3,76 |
0,01 |
|
N60P60 |
4,53 |
2,87 – 6,12 |
3,25 |
1,11 |
3,91 |
2,54 – 5,59 |
3,05 |
1,10 |
|
N60K60 |
4,26 |
2,61 – 5,97 |
3,36 |
0,84 |
3,78 |
2,35 -5,70 |
3,35 |
0,97 |
|
P60K60 |
3,55 |
1,77 – 5,50 |
3,73 |
0,13 |
2,91 |
1,20 – 5,02 |
3,82 |
0,10 |
|
N60P60K60 |
4,71 |
2,92 – 6,90 |
3,98 |
1,29 |
4,13 |
2,74 – 6,37 |
3,63 |
1,32 |
|
N60P30K60 |
4,63 |
2,72 – 6,77 |
4,05 |
1,21 |
4,09 |
2,67 – 6,37 |
3,70 |
1,28 |
|
N60P120K60 |
4,66 |
2,72 – 7,13 |
4,41 |
1,24 |
4,10 |
2,66 – 6,26 |
3,60 |
1,29 |
|
N60P60K120 |
4,63 |
2,75 – 7,08 |
4,33 |
1,21 |
4,16 |
2,74 – 6,18 |
3,44 |
1,35 |
|
N120P60K60 |
5,07 |
3,03 – 7,41 |
4,38 |
1,65 |
4,60 |
3,13 – 6,89 |
3,76 |
1,79 |
|
НСР05 |
0,35 |
0,32 |
||||||
Для оценки влияния полного минерального удобрения и места выращивания кукурузы по содержанию в них химических веществ использовали шкалу Широкого унифицированного классификатора СЭВ [7]. Согласно этой классификации зерно кукурузы подразделяется: по содержанию протеина: < 8,0% считается очень низким, 8,0 – 10,4% — низким, 10,5 – 12,8% — средним, 12,9 – 15,2% — высоким, > 15,2% — очень высоким; крахмала: 60,0 – 64,0% — низкое, 64,1 – 68,5% — среднее, > 68,5% — высокое; жира: 2,2 – 3,9% — низкое, 4,0 -5,7% — среднее, 5,8 – 7,5% — высокое, > 7,5% — очень высокое.
Результаты исследований
Урожай зерна кукурузы на неудобренном фоне в среднем за годы исследований в севообороте составил 3,42 т/га с диапазоном изменчивости по годам от 1,84 т/га в 1983 г. до 5,08 т/га в 2015 г. (табл. 1). В монокультуре средний урожай зерна равнялся 2,81 т/га с колебаниями от 1,63 т/га в 1986 до 4,42 т/га в 2015 г. Размах варьирования по урожаю зерна кукурузы в вариантах опыта за все годы исследований в севообороте был в пределах от 3,16 т/га до 4,41 т/га, в монокультуре 2,79 — 3,82 т/га.
Реакция кукурузы на внесение азотных, фосфорных и калийных удобрений одинакова в севообороте и монокультуре. Действие азотных, фосфорных и калийных удобрений на урожайность кукурузы было в прямой зависимости от эффективного плодородия почвы. При хорошей обеспеченности растений подвижными формами калия и фосфора за счет почвы не наблюдалось положительного влияния на продуктивность кукурузы от внесения фосфорных и калийных удобрений.
Анализируя вклад азота, фосфора и калия в формировании прибавки урожая зерна кукурузы, отмечена ведущая роль азота в ее повышении (табл. 2). Отмечен высокий коэффициент корреляции (r) с урожаем зерна кукурузы для минерального азота r = 0,82. Не случайно, что в мировом производстве минеральных удобрений азотные занимают первое место среди макроэлементов. В нашей стране применение азотных удобрений также превалирует над фосфорными и калийными. В настоящее время внесение азотных удобрений в среднем по России составляет 70% от общего потребления. Внесение аммиачной селитры в дозе 60 кг/га д.в. повысило урожай зерна кукурузы в среднем на 0,73 т/га независимо от места ее выращивания. Многолетние исследования свидетельствуют, что азотные удобрения необходимо вносить совместно с фосфорными и калийными.
Таблица 2. Эффективность отдельных элементов питания при внесении под кукурузу (среднее за 5 ротаций), т/га
|
Урожай на контроле |
Прибавки от N на фоне |
Прибавки от P на фоне |
Прибавки от K на фоне |
|||||||||
|
O |
P |
K |
PK |
O |
N |
K |
NK |
O |
N |
P |
NP |
|
|
Кукуруза в севообороте |
||||||||||||
|
3,42 |
0,73 |
1,09 |
0,80 |
1,16 |
0,02 |
0,38 |
0,09 |
0,45 |
0,04 |
0,11 |
0,11 |
0,18 |
|
Кукуруза в монокультуре |
||||||||||||
|
2,81 |
0,73 |
1,06 |
0,96 |
1,22 |
0,06 |
0,37 |
0,09 |
0,35 |
0,01 |
0,24 |
0,13 |
0,22 |
При внесении полного минерального удобрения в дозе 60 кг/га д.в. каждого элемента урожай зерна в севообороте повышался на 38%, в монокультуре прирост был несколько большим – 47%. Повышение дозы азота в полном минеральном удобрении с 60 до 120 кг/га (N120P60K60) повысило урожай зерна по сравнению с неудобренным фоном в севообороте на 48,2%, в монокультуре на 63,7%, что дает основание утверждать, что кукуруза в монокультуре, по сравнению с выращиванием ее в севообороте, предъявляет повышенные требования в отношении азота. Установленные оптимальные дозы азота следует пересматривать и увеличивать с нарастанием лет бессменного возделывания кукурузы. В отношении фосфорных и калийных удобрений можно со временем вносить меньше, вследствие накопления фосфора и калия в почве.
Удобрения и место выращивания кукурузы является важнейшим средством воздействия не только на величину урожая, но и его качество (табл. 3). Установлено, что содержание протеина в зерне кукурузы варьировало на естественном фоне от 7,79 до 10,68% в севообороте, в монокультуре, соответственно, от 7,04 до 8,33%. Внесение полного минерального удобрения (N60P60K60) повышало содержание протеина в зерне на 1,61 – 3,03% в севообороте, в монокультуре это повышение было больше и составило 3,37 -3,73% абсолютных величин. Севооборот повышал содержание протеина в зерне кукурузы на неудобренном фоне в сравнении с монокультурой на 20,2% относительных величин, влияние его при внесении полного минерального удобрения было крайне незначительно — всего лишь 2,8%. Размах варьирования (Rn) содержания протеина в зерне кукурузы, выращиваемой в монокультуре за четыре года (2014-2017 гг.) на неудобренном фоне составил 1,84%, а при внесении N60P60K60 был выше и составил 3,03% абсолютных величин.
Кукуруза прежде всего кормовая культура, и поэтому, наряду с уровнем ее урожайности, важным показателем является сбор протеина с единицы площади. В среднем за 2014-2015 гг. сбор протеина с единицы площади в севообороте на неудобренном фоне составил 0,36 т/га, при внесении N60P60K60 он повышался до 0,62 т/га, в монокультуре сбор протеина был значительно ниже на обоих фонах и составил, соответственно, 0,25 и 0,52 т/га. Севооборот оказывал более сильное влияние на сбор протеина с единицы площади на неудобренном фоне, прирост при этом составил 0,11 т/га или 44%, на удобренном фоне прирост составил 0,10 т/га или 19%.
Содержание крахмала в зерне кукурузы на неудобренном фоне в севообороте была в пределах 65,98 – 71,01, в монокультуре – 70,32 – 72,29%.
Независимо от места выращивания кукурузы, удобрения снижали содержание крахмала в зерне кукурузы в севообороте на 5,06%, в монокультуре на 7,80% абсолютных величин. Между содержанием протеина и крахмала в зерне кукурузы отмечена отрицательная связь, аналогичная закономерность установлена и другими исследователями [2], где коэффициент корреляции между этими показателями составил r = -0,89. Севооборот и удобрения оказывали положительное влияние на содержание сахара, жира, клетчатки и золы. По величине содержания показатели качества зерна кукурузы располагаются в ряд: крахмал > протеин > жир > сахар > клетчатка > зола.
Таблица 3. Влияние длительного внесения удобрений на качество зерна кукурузы, %
|
Вариант |
Год |
Протеин |
Крахмал |
Сахар |
Жир |
Клетчатка |
Зола |
|
Севооборот |
|||||||
|
Без удобрений |
2014 |
10,68 |
65,98 |
2,91 |
4,80 |
1,41 |
0,93 |
|
2015 |
7,79 |
71,01 |
2,15 |
4,53 |
1,17 |
0,83 |
|
|
среднее |
9,24 |
68,50 |
2,53 |
4,67 |
1,29 |
0,88 |
|
|
N60P60K60 |
2014 |
12,29 |
62,14 |
3,08 |
4,99 |
1,71 |
1,10 |
|
2015 |
10,82 |
64,73 |
2,43 |
4,85 |
1,65 |
1,09 |
|
|
среднее |
11,56 |
63,44 |
2,76 |
4,92 |
1,68 |
1,10 |
|
|
Монокультура |
|||||||
|
Без удобрений |
2014 |
8,33 |
70,32 |
2,92 |
4,59 |
1,08 |
0,70 |
|
2015 |
7,04 |
72,29 |
2,06 |
4,61 |
1,20 |
0,81 |
|
|
среднее |
7,69 |
71,31 |
2,49 |
4,60 |
1,14 |
0,76 |
|
|
2016 |
6,49 |
73,99 |
2,23 |
5,49 |
1,11 |
0,82 |
|
|
2017 |
7,08 |
72,29 |
2,50 |
4,68 |
1,15 |
0,82 |
|
|
среднее за 4 года |
7,24 |
72,22 |
2,43 |
4,84 |
1,14 |
0,79 |
|
|
N60P60K60 |
2014 |
11,70 |
63,27 |
3,45 |
4,77 |
1,48 |
0,98 |
|
2015 |
10,77 |
63,74 |
2,48 |
4,99 |
1,64 |
1,15 |
|
|
среднее |
11,24 |
63,51 |
2,97 |
4,88 |
1,56 |
1,07 |
|
|
2016 |
8,67 |
68,77 |
2,39 |
5,71 |
1,25 |
0,90 |
|
|
2017 |
9,80 |
68,37 |
2,66 |
4,44 |
1,35 |
1,11 |
|
|
среднее за 4 года |
10,24 |
66,04 |
2,75 |
4,98 |
1,43 |
1,04 |
|
Выводы
- Многолетние исследования показали, что в агроэкологических условиях Воронежской области ежегодное внесение N60P60K60 является оптимальным, обеспечивающим прибавку зерна кукурузы в севообороте 1,29 т/га, в монокультуре 1,32 т/га, что составило 37,7 и 47,0% при урожайности на неудобренном фоне, соответственно, 3,42 и 2,81 т/га.
- Установлено, что севооборот и удобрения оказывали положительное влияние на качественные показатели зерна кукурузы. Удобрения повышали содержание протеина в зерне кукурузы, выращиваемой в севообороте на 2,32%, в монокультуре на 3,55% абсолютных величин, при его содержании на неудобренном фоне, соответственно, 9,24 и 7,69%.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Беличенко М.В. Использование результатов длительных полевых опытов с удобрениями для разработки стратегии обеспечения стабильных урожаев / М.В. Беличенко, О.В. Рухович, В.А. Романенков // 75 лет Географической сети опытов с удобрениями. Материалы Всероссийского совещания научных учреждений–участников Географической сети опытов с удобрениями. М.: ВНИИА, 2016. С. 23-27.
- Ивашененко И.Н. Изменение химического состава зерна кукурузы при применении азотного удобрения / И.Н. Ивашененко, В.Н. Багринцева, В.В. Мартиросян // Кукуруза и сорго. 2017. № 3. С. 19-23.
- Реестр аттестатов длительных опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами Российской Федерации. М., 2012. С. 12-19.
- Стулин А.Ф. Продуктивность кукурузы, выращиваемой в севообороте и монокультуре в условиях длительного применения удобрений. / А.Ф. Стулин // Зерновое хозяйство России. 2017. № 3 (51), с. 63-67.
- Стулин А.Ф. Комплексная оценка длительного применения минеральных удобрений в агроценозах кукурузы в условиях Центрального Черноземья. /А.Ф. Стулин // Кукуруза и сорго. 2018. № 1. С. 9-14.
- Стулин А.Ф. Продуктивность кукурузы при длительном применении различных агротехнических приемов в условиях стационарных опытов / А.Ф. Стулин // Новые методы и результаты исследований ландшафтов в Европе, Центральной Азии и Сибири (Монография в пяти томах). Том 4. Оптимизация сельскохозяйственных ландшафтов / под редакцией В.Г. Сычева, Л. Мюллера. М.: изд-во ФГБНУ «ВНИИ агрохимии», 2018. С. 254-257.
- Широкий унифицированный классификатор СЭВ и международный классификатор СЭВ видов Zea mays L. – Павловск. Типография ВИР, 1977. 80 с.
- Щеглов Д.И. Черноземы центральных областей России: современное состояние и направление эволюции. / Д.И. Щеглов // Черноземы Центральной России: генезис, эволюция и проблемы рационального использования. Сборник материалов научной конференции, посвященной 80-летию кафедры почвоведения и управления земельными ресурсами. Воронеж, «Научная книга», 2017. С. 5-18.
EFFECT OF LONG-TERM FERTILIZERS APPLICATION ON YIELD AND CORN GRAIN QUALITY IN THE CONDITIONS OF CENTRAL BLACK SOIL
Stulin Alexander Fedorovich1, Martirosyan Vladimir Viktorovich2
1 A branch of the FSBSI ARRSI of corn in Voronezh
2 FSBSI ARRSI of corn
In stationary field experiments conducted on leached black soil of the Voronezh region, the highest corn grain productivity on average for 5 rotations of a ten-field crop rotation and in monoculture was achieved in the variant with an annual application of N60P60K60. The average annual grain increase at the same time make up 1.29 t/ha in crop rotation and 1.32 t/ha in monoculture. The range of variability of the increase from fertilizers in crop rotation was 0.97 – 1.77 t/ha, in monoculture in comparable years 1.06 – 1.84 t/ha. Fertilizers and the place of corn cultivation are the most important means of influencing not only the yeild, but also its quality. Corn grain protein content varied on an unfertilized background from 7.79 to 10.68% in crop rotation, in monoculture, respectively, from 7.04 to 8.33%. The application of total mineral fertilizer (N60P60K60) increased the protein content in grain by 1.61 – 3.03% in crop rotation, in monoculture this increase was larger and was 3.37 – 3.73% of absolute values. The range of variation of the corn grain protein content, grown in monoculture for 4 years on a natural background was 1.84%, and with annual fertilization was higher and was 3.03% of absolute values. The hybrids studied differed insignificantly according to such indicators of grain quality as the content of sugar, fiber, and ash. In terms of content, the quality indicators of corn grain are arranged in a row: starch> protein> fat> sugar> fiber> ash.
Keywords: corn, crop rotation, monoculture, fertilizers, long-term application, grain quality.