ПРОДУКТИВНОСТЬ КУКУРУЗЫ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ АГРОТЕХНИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ И ПЛОДОРОДИЕ ВЫЩЕЛОЧЕННОГО ЧЕРНОЗЕМА

УДК 633.15:631.445

 

Александр Федорович СТУЛИН, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник

Воронежский филиал ФГБНУ ВНИИ кукурузы; 396835, Воронежская обл., Хохольский р-н, п. Опытной станции ВНИИК

E-mail: [email protected]; тел.: 8(47371) 9-05-38

В Воронежском филиале Всероссийского НИИ кукурузы проведены многолетние исследования по изучению длительного ежегодного применения минеральных удобрений на продуктивность кукурузы, выращиваемой в десятипольном севообороте и монокультуре, и плодородие выщелоченного чернозема в условиях стационарных опытов Геосети. Установлено, что в агроэкологических условиях Центрального Черноземья растения кукурузы способны выдерживать длительное выращивание в монокультуре. Ежегодная доза внесения минеральных удобрений N₆₀P₆₀K₆₀ является оптимальной, обеспечивающей прибавку зеленой массы, сухого вещества и зерна кукурузы, по сравнению с контрольным вариантом севооборота, соответственно, на 8,8, 2,53 и 1,29 т/га, в монокультуре 10,1, 2,66 и 1,32 т/га, при урожайности на неудобренном фоне в севообороте 26,2, 6,42 и 3,42 т/га, в монокультуре 22,1, 5,49 и 2,81 т/га. Смена естественного биоценоза на агроценоз способствовала снижению в пахотном слое количества гумуса в бессменном пару и монокультуре кукурузы без удобрений более чем на 0,6%, в севообороте снижение было меньшим и составило 0,35% абсолютных величин. Минеральные удобрения сдерживали потери гумуса, обменных оснований, но способствовали повышению актуальной и гидролитической кислотности почвы при одновременном улучшении степени обеспеченности агрочернозема элементами минерального питания. В варианте бессменный пар преобладают процессы деструкции молекул гумуса (К_гум. < 1). Процессы минерализации отмечены не только в пахотном слое, но и во всех исследуемых слоях. В монокультуре кукурузы без удобрений коэффициент гумификации был чуть выше единицы. Ежегодное внесение полного минерального удобрения и севооборот стимулировали процессы гумусообразования, во всех вариантах К_гум. составлял 1,36-1,78.

Ключевые слова: стационарные опыты, кукуруза, монокультура, севооборот, урожайность, плодородие почвы.

Современные технологии выращивания сельскохозяйственных культур позволяют максимальное насыщение севооборота основной культурой вплоть до перехода к монокультуре. Кукуруза по своим биологическим особенностям относится к культурам, устойчивым к возделыванию в монокультуре [1, 6, 14], что связано с уникальным комплексом свойств, существенно выделяющим ее среди других растений семейства мятликовых: С₄ – тип фотосинтеза, и, соответственно, высокая его интенсивность, значительная величина ассимиляционного аппарата, большое содержание хлорофилла, активное дыхание и интенсивный обмен веществ, хорошее развитие корневой системы. В США считают, что монокультура кукурузы экономически целесообразна, приводя статистически сопоставимые урожайные данные по этой культуре на удобренном фоне, как в монокультуре, так и в севообороте [17]. Это соображение сделало данную практику широко распространенным явлением: кукуруза в монокультуре активно возделывается в США (примерно 15 % посевных площадей), Канаде, странах Западной Европы. Чаще всего бессменную кукурузу возделывают с целью технической переработки на биотопливо для расширяющейся спиртовой промышленности, особенно в США [19], при использовании внесевооборотных и труднодоступных участков вблизи животноводческих комплексов из-за небольших затрат на транспортировку зеленой массы, кукурузного силоса и навоза на малые расстояния [14].

Результаты, полученные в длительных полевых опытах на разных агрохимических фонах в бессменных посевах кукурузы и севооборотах с разной степенью их насыщения кукурузой, не позволяют сделать однозначные выводы о размерах выхода продукции с 1 га пашни для определенных почвенно-климатических условий [1,4,8,18].

В этой связи, целью настоящей работы было исследование и анализ  влияния многолетнего ежегодного применения удобрений на продуктивность кукурузы, выращиваемой в севообороте и монокультуре, агрохимические и биологические свойства пахотного и подпахотного слоев выщелоченного чернозема.

Материал и методика

Исследования проводились в двух длительных стационарных паспортизированных опытах № 151 и 152 по реестру Географической сети опытов с удобрениями Российской Федерации [10] и зарегистрированных в системе международных длительных полевых опытов.

Согласно агроклиматическому районированию территория проведения опытов относится к центральной микрозоне лесостепи Центрального Черноземья. Десятипольный севооборот развернут на трех полях и одном поле с монокультурой кукурузы с площадью каждого поля 1,1 га. На долю зерновых в структуре севооборота приходится 50%, технических – 20% и кормовых культур – 30%. Минеральные удобрения (N_aa, P_cr, K_x) вносятся ежегодно осенью под вспашку, начиная с 1965 г. по 60 кг/га д.в. на 1 га по восьмерной диагностической схеме Жоржа Вилля, дополненной четырьмя вариантами (N₁P_0.5K₁, N₁P₂K₁, N₁P₁K₂, N₂P₁K₁). Повторность трехкратная. Посевная площадь делянок 269,5 м², учетная не менее 100 м². Кукуруза в монокультуре возделывается с 1960 г. Это самый длительный продолжающийся опыт с монокультурой кукурузы не только в Российской Федерации, но и в ближнем зарубежье. Монокультура кукурузы пространственно размещена на расстоянии 12 м от делянок севооборота, площадь между этими полями занимает чистый бессменный пар. Пар поддерживается в чистом состоянии, сорная растительность уничтожается механическим путем по мере появления всходов. Ежегодно осенью на полях севооборота, кукурузы в монокультуре и чистым бессменным паром проводится вспашка зяби. К стационарным опытам примыкает лесополоса – возраст 60 лет. Изменения, произошедшие в почве под лесополосой, позволяют нам рассматривать их как результат природно-антропогенного эксперимента, начавшегося в момент посадки лесополосы.

Почва – чернозем выщелоченный, среднемощный, малогумусный, тяжелосуглинистый, на покровной карбонатной глине, согласно классификации 2004 г. – агрочернозем глинисто-иллювиальный [5]. На момент закладки стационарных опытов в пахотном слое почвы содержалось: гумуса 5,6%, общего азота 0,24%, фосфора 0,15%, калия 2,0%; pH_вод. 6,6; сумма поглощенных оснований – 38,4 ммоль/100 г почвы, степень насыщенности почв основаниями – выше 90%.

Почвенные образцы отбирали в первой декаде июня с помощью бура с глубины 0-20, 20-40 и 40-60 см в 5 точках учетной площади (табл. 3, 4). Анализ почвенных образцов проводили в Воронежском госуниверситете по общепринятым методам: содержание гумуса определяли  по И.В. Тюрину, обменные основания (кальций и магний) – комплексометрически, pH водной вытяжки – потенциометрически, гидролитическую кислотность – по Каппену [3]. Ферментативную активность почвы — по методам, обобщенным Ф.Х. Хазиевым [16].

 

 

Результаты исследований

Результаты систематического внесения минеральных удобрений на урожайность зеленой массы кукурузы в условиях стационарного полевого опыта представлены в табл. 1. Метеорологические условия в годы проведения опыта были различными, но типичными для зоны. Крайне неблагоприятными по количеству осадков за май-август были 1972 и 2010 гг. (соответственно 96 и 102 мм). Наибольшее количество осадков выпало в 1980 и 2005 гг. (392 и 325 мм при средних многолетних показателях 240 мм). Сумма среднесуточных температур за период вегетации была максимальной в 2010 и 1972 гг. (соответственно 3137⁰С и 2645⁰С), наименьшей в 1976 г. (1869⁰С при средней многолетней 2195⁰С).

Средний урожай зеленой массы кукурузы за все годы исследований составил на неудобренном фоне 22,4 т/га (от 12,7 в 2010 г. до 31,7 т/га в 2012 г.). Размах варьирования по вариантам опыта был в пределах 19,0-40,0 т/га. Установлено, что продуктивность кукурузы больше зависит от осадков вегетационного периода (r=0,75±0,21), чем от запаса продуктивной влаги в двухметровом слое почвы в период посева. Наибольший коэффициент корреляции (0,60 и 0,59) между урожайностью зеленой массы кукурузы и гидротермическим коэффициентом был за май-июль и май-август. При этом следует отметить, что корреляционная связь между ГТК и урожайностью более тесная на естественном фоне, чем на делянках с удобрениями.

Важнейшим фактором формирования уровня продуктивности агроценозов кукурузы являются удобрения. Это отмечается и на таких плодородных землях, как агрочерноземы [9,15]. Внесение фосфорных и калийных удобрений не оказывало положительного влияния на урожайность зеленой массы кукурузы независимо от складывающихся погодный условий. В варианте P₆₀ отмечена устойчивая тенденция к снижению урожайности, а в отдельные годы (1978, 1984, 1987, 1992, 1993, 2005) установлено достоверное снижение продуктивности кукурузы. Такое действие длительного внесения суперфосфата в посевах кукурузы объясняется не только неблагоприятным действием одностороннего фосфорного питания, но и снижением уровня использования микроэлементов (в частности цинка), а также накоплением в почве и растениях фтора [7].

Роль калия при длительном его применении под кукурузу на черноземах требует дальнейшего углубленного изучения, поскольку даже при достаточном обеспечении калием в отдельные года (1971,1973, 1984, 2003, 2007) при внесении К₆₀ получены достоверные прибавки урожая зеленой массы (соответственно 2,0, 1,8, 4,2, 5,1, 6,0 т/га).

Одним из основных путей повышения урожайности кукурузы является улучшение обеспеченности растений азотом. Как правило, именно азот находится в первом минимуме и лимитирует ее урожайность. Внесение азота в дозе 60 кг/га д.в. в среднем за годы исследований повысило урожай зеленой массы на 5,7 т/га или 25,4%. Эффективность азотного удобрения в значительной степени зависела от условий вегетации. В благоприятные по увлажнению и равномерности выпадения осадков в течение вегетации годы (1978, 1997, 2000, 2005, 2007) прибавки урожая зеленой массы от внесения N₆₀ составили, соответственно, 13,5, 13,6, 10,4, 10,8 и 13,2 т/га, в то время как в засушливые (1971, 1972, 1976, 1984, 1994) всего лишь 0,7, 0,2, 1,8, 1,6 и 3,0 т/га.

Многолетние исследования свидетельствуют, что азотные удобрения необходимо вносить совместно с фосфорными и калийными. При внесении N₆₀P₆₀K₆₀ прирост урожайности почти удваивался по сравнению с вариантом, где вносили только N₆₀. В среднем за 52 года прибавка урожая зеленой массы кукурузы от внесения N₆₀P₆₀K₆₀ составила 47,3% (58,3% в благоприятные годы, 30,6% — в засушливые). Урожай сухого вещества кукурузы в среднем за годы исследований составил на неудобренном фоне 5,8 т/га с колебаниями в зависимости от погодных условий (3,7-8,6 т/га). Размах варьирования по вариантам опыта был в пределах 4,9-11,2 т/га. Достоверный прирост урожая сухого вещества от внесения удобрений по вариантам опыта был в пределах 26-60% от естественного фона. Закономерность действия отдельных видов удобрений и их сочетаний на урожай сухого вещества надземной массы кукурузы была аналогичной их действию на урожай зеленой массы. Коэффициент корреляции между урожаем зеленой массы и сухого вещества кукурузы на естественном фоне равнялся 0,72, а при внесении N₆₀P₆₀K₆₀ – 0,87.

Одинаковая схема внесения удобрений и применяемых агротехнических приемов при выращивании одного и того же гибрида в севообороте и монокультуре позволяет выяснить роль севооборотного фактора в урожае зерна, зеленой массы и сухого вещества кукурузы за 5 ротаций десятипольного севооборота (табл. 2). Реакция кукурузы на внесение азотных, фосфорных и калийных удобрений была одинаковой и не зависела от места ее выращивания. В севообороте на естественном фоне урожай зерна составил 3,42 т/га с колебаниями по годам от 1,84 в 1983 г. до 5,08 т/га в 2015 г. В монокультуре средний урожай зерна равнялся 2,81 т/га с колебаниями от 1,63 т/га в 1986 г. до 4,42 т/га в 2015 г. Размах варьирования прибавки урожая зерна кукурузы по вариантам опыта за все годы исследований в севообороте в среднем был в пределах от 0,73 т/га до 1,65 т/га, в монокультуре 0,73-1,79 т/га. При внесении полного минерального удобрения в дозе 60 кг/га д.в. урожай зерна повышался на 38%, в монокультуре прирост был больше – 47%.

Урожай зеленой массы кукурузы за все годы исследований на неудобренном фоне составил в севообороте 26,2 т/га (от 17,4 в 1993 г. до 40,7 т/га в 1973 г.), в монокультуре – 22,1 т/га (от 16,2 до 30,3 т/га в те же годы, что и в севообороте). На неудобренном фоне уровень урожая по ротациям севооборота составил: в I ротации – 28,4 т/га, II – 25,8, III – 20,5, IV – 31,5 и V – 25,0 т/га, что выше, чем в монокультуре: в I-III ротациях на 14%, IV – на 24% и V – на 26%. Интервал изменчивости уровня урожая по ротациям составил: в севообороте – 11,0 т/га, в монокультуре – 7,4 т/га. Внесение N₆₀ повысило урожай зеленой массы кукурузы в среднем в севообороте на 4,0 т/га, с колебаниями по ротациям от 2,1 т/га во второй до 5,2 т/га в четвертой. В монокультуре средняя прибавка была выше на 30%, а колебания составили от 4,0 т/га во второй до 6,8 т/га в четвертой ротации. Внесение полного минерального удобрения (вариант N₆₀P₆₀K₆₀) повысило урожай в севообороте на 33,6%, в монокультуре – на 45,7%, что на 12,1%  выше.

Прирост урожая кукурузы за счет севооборотного фактора по вариантам опыта был в пределах 2,3-5,4 т/га зеленой массы, 0,31-1,16 т/га сухого вещества и 0,47-0,67 т/га зерна. Преимущество севооборота наблюдалось даже в том случае, когда в сравнительных вариантах вносили полное минеральное удобрение, что связано, как показали наши исследования, с изменением структуры микробоценоза в монокультуре, способствующей преимущественному развитию микроорганизмов, неспособных в полной мере утилизировать продукты трансформации корневых выделений и аллелопатические вещества, освобождающиеся почвенной микрофлорой из корневых и пожнивных остатков [2, 11, 13].

В табл. 3 представлены данные по изменению показателей плодородия выщелоченного чернозема в посевах кукурузы, выращиваемой в севообороте и в монокультуре, бессменном чистом пару и примыкающей к полям лесополосе. Многолетний чистый пар – экосистема, в которой вынос питательных веществ сведен до минимума. Это дает возможность утверждать, что основными преобразователями органического вещества в чистом пару являются микроорганизмы и почвенные беспозвоночные. Почвы длительного стационарного полевого комплекса являются высокоплодородными почвами с благоприятным составом и свойствами. В течение 57 лет не произошло изменений в содержании гумуса на участках естественных биоценозов (лесополоса). Смена естественного биоценоза на агроценоз способствовала снижению содержания органического вещества. Так в верхнем 0-20 см слое почвы исследуемых вариантов количество гумуса изменялось от 4,92% до 5,98%. Размах варьирования составил 1,06%. Причинами реальных потерь почвенного органического вещества являются: уменьшение количества растительных остатков, поступающих в почву, усиление минерализационных процессов в результате интенсивной обработки и повышение степени аэрации почв [12]. В отсутствие растительных остатков, как основного источника формирования гумусовых веществ (бессменный чистый пар), количество гумуса в слое 0-20 см снизилось на 0,68% по сравнению с исходными показателями. Длительное выращивание кукурузы без удобрений приводит к снижению гумуса в севообороте на 0,35%, в монокультуре на 0,62% абсолютных величин. Гумус накапливался в поверхностном слое почвы 0-20 см, при этом в нижних слоях его было меньше. Применение минеральных удобрений компенсирует потери гумуса; его количество, по сравнению с исходным значением, практически не изменилось. В тесной зависимости от содержания органического вещества в почве находится состояние почвенно-поглощающего комплекса (ППК). Отмечено снижение суммы поглощенных оснований, особенно в вариантах бессменный пар и неудобренные делянки в агроценозах кукурузы, по сравнению с исходными данными и лесополосой, что свидетельствует о биогенном накоплении кальция и магния в почвах. Минеральные удобрения сдерживали трансформацию ППК, однако актуальная и гидролитическая кислотность увеличивались особенно в почве вариантов с двойной дозой азота, что приводит к снижению степени насыщенности почвы основаниями. В то же время минеральные удобрения при их длительном применении улучшают степень обеспеченности почвы элементами питания не только пахотного, но и подпахотного слоев агрочернозема.

Изменение основных показателей плодородия черноземов отразилось на биохимической активности почвы исследуемых вариантов длительного опыта (табл. 4). Выщелоченные черноземы, как показали ранее проведенные исследования в опыте, характеризуются низкой целлюлозоразлагающей активностью – около 20%. В варианте чистый бессменный пар скорость разложения клетчатки составляла всего лишь 10%, что коррелировало с содержанием гумуса (r = 0,76). Удобрения, внесенные под кукурузу в монокультуре и севообороте, повышали активность разложения клетчатки по сравнению с чистым паром в 1,5-2,3 раза, что объясняется дополнительным поступлением растительных остатков в почву [13].

В процессе трансформации гумусовых веществ участвуют ферменты полифенолоксидаза и пероксидаза. Соотношение показателей активности этих ферментов представляет собой условный коэффициент гумификации (К_гум.), который свидетельствует о важнейших почвенных процессах – синтезе или минерализации гумуса [16]. Если величина К_гум. > 1, то считается, что в трансформации гумусовых веществ происходит синтез, если  К_гум. < 1 – процесс минерализации. Установлено, что в длительно парующей почве активизируется процесс минерализации  (К_гум. < 1). Процессы минерализации отмечены не только в слое почвы 0-20 см, но и во всех исследуемых слоях. Выращивание кукурузы в монокультуре без удобрений приводило к снижению содержания гумуса, но его трансформация не выявлена; К_гум. был чуть выше единицы, что может быть связано с продолжительным периодом разложения растительных остатков [20]. Севооборот и систематическое внесение полного минерального удобрения стимулировали процессы гумификации, во всех вариантах К_гум. составлял 1,36-1,78.

Активность фосфогидролитических ферментов характеризует интенсивность биохимических процессов мобилизации органического фосфора в почве. Судя по активности фосфатазы (фосфогидролазы), в выщелоченном черноземе замедлен гидролиз фосфороорганических соединений   (табл. 4). Активность фосфатазы в пахотном слое изменялась от 0,15 до 0,26 P₂O₅/1 г почвы за 1 час. Самая низкая активность фосфатазы отмечена в образцах почвы под бессменным паром. Вниз по профилю биохимическая активность ферментов закономерно снижается, что также объясняется их тесной связью с содержанием гумуса (r = 0,72) и общей биогенностью верхних горизонтов. Длительное внесение минеральных удобрений не повлияло на гидролиз фосфороорганических соединений.

Выводы

1. В агроэкологических условиях лесостепи Центрального Черноземья кукуруза способна выдерживать длительное выращивание в монокультуре, урожай зеленой массы кукурузы за 54 г. эксперимента на неудобренном фоне составил 22,4 т/га с колебаниями в зависимости от погодных условий от 12,7 в 2010 г. до 31,7 т/га в 2012 г.
2. Наиболее сильное и устойчивое по годам действие оказывало ежегодное внесение N₆₀P₆₀K₆₀. Повышение урожая зеленой массы и зерна кукурузы составило в севообороте 8,8 и 1,29 т/га, в монокультуре 10,1 и 1,32 т/га при урожайности на неудобренном фоне в севообороте 26,2 и 3,42 т/га, в монокультуре 22,1 и 2,81 т/га.
3. За счет севооборотного фактора прибавка урожая зеленой массы и зерна кукурузы в среднем за годы исследований по вариантам опыта была в пределах 2,4-5,4 т/га и 0,47-0,67 т/га.
4. Систематическое внесение полного минерального удобрения и севооборот сдерживали потери гумуса и стимулировали процессы гумификации, во всех вариантах опыта К_гум. составлял 1,36-1,78. Однако удобрения привели к незначительному повышению актуальной и гидролитической кислотности, что в будущем приведет к снижению степени насыщенности почвы основаниями.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Верховцева Н.В. Урожайность кукурузы (ZEA MAYS L.) и микробоценоз ее ризосферы в бессменном посеве и севообороте / Н.В. Верховцева, А.А. Романычева // Агрохимия. — 2015. — № 9. — С. 87-101.
2. Верховцева Н.В. Изменение количества бактерий и микромицетов в ризосфере Zea MAYS в условиях длительного опыта / Н.В. Верховцева, А.А. Романычева, А.Ф. Стулин // Проблемы агрохимии и экологии. – 2017. – № 4.- С. 26-28.
3. Воробьева Л.А. Химический анализ почв / Л.А. Воробьева. М.: МГУ, 1998. 272 с.
4. Каун В.В. Кукуруза в севообороте короткой ротации и рациональное применение удобрений при ее монокультуре / В.В. Каун. Сб. научн. тр. СХИ. Вып. 4. Майкоп: Качество.- 2001. – С. 135-137.
5. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена. – 2004. – 342 с.
6. Кошкин Е.И. Частная физиология полевых культур / Е.И. Кошкин, Г.Г. Гатаулина, А.Б. Дьяков. М.: КолосС. – 2005. – 344 с.
7. Кудзин Ю.К. Накомпление фтора в почве и урожай кукурузы при многолетнем применении суперфосфата / Ю.К. Кудзин, В.Т. Пашова, А.И. Шевченко // Эффективное применение удобрений под кукурузу. Днепропетровск: изд. ВНИИ кукурузы. 1997. – С. 58-60.
8. Лебедь Е.М. Удобрение бессменных посевов кукурузы / Е.М. Лебедь, С.М. Крамарев, Л.Г. Подгорная // Кукуруза и сорго. – 2002. — № 6. – С. 8-11.
9. Недополученный урожай кукурузы в условиях ее возделывания в севообороте и бессменной культуре / В.И. Воронин, А.Ф. Стулин, В.Н. Жердев, Д.Н. Блеканов, П.И. Подрезов. Монография из цикла «Судьба русского чернозема. Часть IV, вып. 5. Воронеж: Изд-во ФГБОУ Воронежский ГАУ. – 2017. – 309 с.
10. Реестр аттестатов длительных опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами Российской Федерации. – М., 2012. – С. 12-19.
11. Романычева А.А. Сравнительная оценка микробоценоза почв в ризосфере Zea MAYS в условиях монокультуры и в севообороте на разных агрохимических фонах: дис. … канд. биол. наук: 06.01.04. М. – 2004. – 116 с.
12. Семенов В.М. Почвенное органическое вещество / В.М. Семенов, Б.М. Когут. М.: ГЕОС. – 2015. – 233 с.
13. Стахурлова Л.Д. Биодинамика черноземов выщелоченных в длительном опыте с различными агротехническими приемами / Л.Д. Стахурлова, А.Ф. Стулин // Российская сельскохозяйственная наука. 2016. — № 6. – с. 22-25.
14. Стрижова Ф.М. Биологические особенности и технология возделывания основных полевых культур в Алтайском крае / Ф.М. Стрижова, Л.Е. Царева, Н.И. Шевчук, Э.В. Путилин, Л.В. Ожогина. Барнаул: Изд-во АГАУ. — 2006. – 124 с.
15. Сычев В.Г. Плодородие почв сельскохозяйственных земель и эффективность применения удобрений на черноземах центральной России / В.Г. Сычев, А.И. Аристархов, Л.М. Державин // Черноземы центральной России: генезис, география, эволюция. Матер. междунар. конф., посвящ. 100-летию П.Г. Адерихина. Воронеж: ВГУ. – 2004. – С. 501-506.
16. 16. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М.: Наука. – 2005. – 334 с.
17. Daberkow S. Comparing continuous corn and corn-soybean cropping systems. / S. Daberkow, J. Payne, J. Schepers // Western Economic Forum, Spring. 2008.- 13 p.
18. Miles R. The Sanborn field experiment: Implications for long-term soil organic carbon levels / R. Miles, S. Brown, S. Agron // Agronomy Jornal. 2013. Vol. 103. № 1.- P. 268-278.
19. Price A.E. Corn Monoculture: No Friend of Biodiversity / A.E. Price // Jornalism & Mass Communications: Student Media. 2008. — № 16 — P. 42-45.
20. Wilhelm W. Corn stover to sustain soil organic carbon further constrains biomass supply / W. Wilhelm, J. Johnson, D. Karlen, D. Liqhtle // Agronomy Journal. 2007. – Vol. 99. — № 6. – P. 1665-1667.

 

PRODUCTIVITY OF CORN UNDER CONDITIONS OF LONG-TERM APPLICATION OF VARIOUS AGROTECHNICAL METHODS AND LEACHED BLACK SOIL FERTILITY

 

Alexander Fedorovich Stulin

Voronezh branch of the All-Russian Research Institute of Corn

 

Long-term researches have been conducted at the Voronezh branch of the All-Russian Research Institute of Corn, to study the long-term annual use of mineral fertilizers on the productivity of corn producing power in a ten-field crop rotation and monoculture, and the fertility of leached black soil under the conditions of stationary experiments of the Geonet. It was established that, under the agroecological conditions of the Central Black Soil Region, corn plants are able to withstand prolonged cultivation in monoculture. The annual dose of mineral fertilizers N₆₀P₆₀K₆₀ is optimal, providing an increase in green mass, dry matter and corn grain, compared with the control in crop rotation, respectively, by 8.8, 2.53 and 1.29 t/ha, in a monoculture 10.1, 2.66 and 1.32 t/ha, with crop yields on an unfertilized background in crop rotation of 26.2, 6.42 and 3.42 t/ha, in a monoculture 22.1, 5.49 and 2.81 t/ha. The change of the natural biocenosis to agrocenosis contributed to a decrease in the humus amount in the topsoil in permanent fallow and monoculture of corn without fertilizers by more than 0.6%, in the rotation, the decrease was less and amounted to 0.35% of absolute values. Mineral fertilizers restrained the loss of humus and exchange bases, but contributed to an increase in the actual and hydrolytic soil acidity while improving the supply of agrochernozem with elements of mineral nutrition. In the variant permanent fallow, prevail the processes of humus molecules destruction (K_hum. <1). Mineralization processes were noted not only in the topsoil, but also in all studied layers. In a monoculture of corn without fertilizers, the humification coefficient was slightly higher than one. The annual introduction of full mineral fertilizer and crop rotation stimulated the processes of humus formation, in all variants of K_hum. was 1.36-1.78.

Keywords: stationary experiments, corn, monoculture, crop rotation, productivity, soil fertility.

 

 

 

Таблица 1. Влияние длительного внесения удобрений на урожай зеленой массы кукурузы и сухого вещества кукурузы в монокультуре (т/га) в среднем за 1966-2019 гг.

Вариант	Зеленая масса			Сухое вещество
	Урожай	min-max	Прибавка	Урожай	min-max	Прибавка
Без удобрений	22,4	12,7-31,7	0	5,8	3,7-8,6	0
N60	28,1	17,0-39,1	5,7	7,3	3,9-12,1	1,5
P60	22,0	11,3-30,3	-0,4	5,9	3,5-9,1	0,1
K60	23,2	11,6-34,8	0,8	6,0	3,2-10,8	0,2
N60P60	30,5	14,4-45,9	8,1	8,0	4,0-13,7	2,2
N60K60	29,6	15,3-42,6	7,2	7,6	4,4-12,4	1,8
P60K60	24,1	13,3-33,8	1,7	6,4	3,4-10,7	0,6
N60P60K60	33,0	14,8-49,8	10,6	8,6	4,2-15,0	2,8
N60P30K60	31,7	15,2-47,9	9,3	8,3	4,4-13,6	2,5
N60P120K60	32,2	15,3-49,0	9,8	8,7	4,5-14,1	2,9
N60P60K120	32,4	15,5-51,1	10,0	8,5	4,3-14,2	2,7
N120P60K60	36,0	15,6-55,6	13,6	9,3	4,3-15,5	3,5
НСР 0,5			2,4			0,7

 

Таблица 2. Влияние длительного внесения удобрений на продуктивность кукурузы в 10-польном севообороте и монокультуре (среднее за 5 ротаций), т/га

Вариант	Кукуруза в севообороте			Кукуруза в монокультуре
	зерно	зеленая масса	сухое вещество	зерно	зеленая масса	сухое вещество
Без удобрений	3,42	26,2	6,42	2,81	22,1	5,49
N60	0,73	4,0	0,92	0,73	5,2	1,33
P60	0,02	0,4	0,40	-0,04	-0,9	0
K60	0,04	0,8	0,14	0,01	1,1	0,21
N60P60	1,11	7,4	1,94	1,10	7,7	2,01
N60K60	0,84	4,9	1,03	0,97	6,7	1,72
P60K60	0,13	1,3	0,59	0,10	1,2	0,39
N60P60K60	1,29	8,8	2,53	1,32	10,1	2,66
N60P30K60	1,21	8,1	2,24	1,28	9,0	2,34
N60P120K60	1,24	8,7	2,60	1,29	9,5	2,73
N60P60K120	1,21	8,6	2,29	1,35	9,6	2,48
N120P60K60	1,65	11,5	2,90	1,79	13,2	3,31
НСР 0,5	0,35	2,9	0,70	0,32	2,4	0,66

Примечание: урожай на контроле без удобрений и прибавки от удобрений.

Таблица 3. Изменение показателей плодородия черноземов выщелоченных в условиях длительного опыта

Вариант	Слой, см	pHвод.	Ca2++Mg2+	Hr	Гумус, %
			ммоль/100г
Кукуруза в монокультуре
Без удобрений	0-20	5,9	34,9	5,50	4,98
	20-40	6,2	33,7	4,80	4,54
	40-60	6,4	32,6	3,10	3,71
N60P60K60	0-20	5,6	37,2	6,00	5,37
	20-40	5,9	34,7	5,37	4,94
	40-60	6,3	33,5	2,85	3,39
N120P60K60	0-20	5,3	37,5	6,21	5,25
	20-40	5,7	30,5	5,33	4,62
	40-60	6,2	28,8	3,00	3,92
Кукуруза в севообороте
Без удобрений	0-20	5,9	36,6	5,20	5,25
	20-40	6,2	34,9	4,94	4,89
	40-60	6,6	31,5	2,75	3,43
N60P60K60	0-20	5,7	37,8	5,57	5,63
	20-40	5,9	34,5	4,40	5,08
	40-60	6,6	31,3	2,70	3,80
N120P60K60	0-20	5,2	38,0	5,83	5,52
	20-40	5,7	31,3	4,53	4,62
	40-60	6,5	27,5	2,97	3,68
Бессменный чистый пар
Без удобрений	0-20	6,0	32,6	5,24	4,92
	20-40	6,1	30,4	5,00	4,30
	40-60	6,5	29,5	2,65	3,67
Лесополоса
Без удобрений	0-20	6,0	38,7	4,50	5,98
	20-40	5,0	36,1	3,75	5,03
	40-60	4,1	34,0	3,24	4,10

 

 

 

 

 

 

Таблица 4. Ферментативная активность черноземов выщелоченных в длительном полевом опыте с удобрениями

Вариант	Слой, см	Полифенол-оксидаза	Перокси-даза	Кгум.	Фосфатаза
		м2 пурпурогалина/1г почвы за 24 ч.			м2 P2O5/1 г почвы за 1 ч.
Кукуруза в монокультуре
Без удобрений	0-20	6,58	5,96	1,10	0,23
	20-40	4,95	4,64	1,07	0,17
	40-60	3,00	2,94	1,02	0,13
N60P60K60	0-20	8,70	7,60	1,14	0,26
	20-40	5,60	4,82	1,16	0,19
	40-60	4,57	2,66	1,24	0,14
N120P60K60	0-20	10,85	8,80	1,23	0,24
	20-40	7,60	6,09	1,25	0,17
	40-60	4,35	3,34	1,30	0,14
Кукуруза в севообороте
Без удобрений	0-20	12,37	9,08	1,36	0,22
	20-40	8,90	6,83	1,30	0,17
	40-60	3,60	3,41	1,06	0,14
N60P60K60	0-20	13,75	9,22	1,49	0,24
	20-40	11,55	6,86	1,68	0,16
	40-60	4,70	3,82	1,23	0,12
N120P60K60	0-20	14,63	11,43	1,28	0,26
	20-40	12,40	7,01	1,78	0,18
	40-60	5,30	4,64	1,14	0,14
Бессменный чистый пар
Без удобрений	0-20	7,02	9,29	0,76	0,15
	20-40	5,17	6,66	0,78	0,16
	40-60	4,16	4,50	0,92	0,13