Агрохимия, 2019, № 10, стр. 39-45
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ УДОБРЕНИЯ В ПОЛЕВОМ СЕВООБОРОТЕ В НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЕ
Л. И. Ермакова 1, М. Н. Новиков 1, *
1 Всероссийский научно-исследовательский институт органических удобрений – филиал Верхневолжского ФАНЦ
609390 д. Вяткино, Судогодский р-н, Владимирская обл., Россия
* E-mail: novik.mih@yandex.ru
Поступила в редакцию 23.01.2019
После доработки 13.02.2019
Принята к публикации 10.07.2019
Аннотация
В длительном опыте на дерново-подзолистой супесчаной почве опытного поля ВНИИОУ (2001–2015 гг.) установлена возможность широкого использования в севооборотах биологизированной системы удобрения. Особенностью этой системы является расширение посевов многолетних и однолетних трав, бобовых культур, сидератов, применение растительных остатков зерновых и зернобобовых культур как удобрений. Биологизированная система удобрения не уступала традиционной органо-минеральной системе удобрения по влиянию на плодородие почвы и продуктивность севооборота, но экономически была менее затратной. На 1 кг NРК при применении органо-минеральной системы удобрения получено 10.5 кг з.е. продукции, при биологизированной – 13.5 кг з.е., доход на 1 руб. затрат на удобрения составил соответственно 2.95 и 4.25 руб.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в связи с нехваткой органических и минеральных удобрений большой интерес для производства представляет более дешевая, легко доступная биологизированная система удобрения, включающая оптимизацию физико-химические свойства почвы, насыщение севооборотов высокопродуктивными средоулучшающими культурами, широкое использование на удобрение соломы, сидератов, биологического азота и необходимое количество минеральных удобрений для получения плановых урожаев высококачественной продукции.
Применение биологических приемов в земледелии имеет большое агроэкологическое значение. Сокращение объемов применения минеральных удобрений, химических средств защиты растений снижает антропогенную нагрузку на окружающую среду. Севообороты, зеленые удобрения и применение соломы защищают почву от эрозии, сокращают потери питательных веществ из почвы, повышают доступность их растениям [1, 2].
Цель исследования – сравнительная агрохимическая, биологическая, экологическая и экономическая оценка применения органо-минеральной и биологизированной систем удобрения из расчета на запланированный урожай культур в 7-польном полевом севообороте.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
В 7-польном полевом севообороте (люпин на зерно – ячмень с подсевом многолетних трав (клевер с тимофеевкой) – травы 1-го года пользования – травы 2-го года пользования – озимая пшеница – картофель –яровое тритикале) изучали 3 системы удобрения: без удобрений – контроль, 2 – органо-минеральную систему удобрения традиционную (ОМСУ), 3 – биологизированную систему удобрения (БСУ).
В органо-минеральной системе удобрения подстилочный навоз в дозе 60 т/га вносили под картофель. В биологизированной системе в качестве органических удобрений использовали солому зерновых и зернобобовых культур, поукосный сидерат многолетних трав 2-го года пользования. В органо-минеральной системе и контрольном варианте солому отчуждали с поля.
В обеих системах удобрения недостаток элементов питания для получения планового урожая возделываемых культур (люпин на зерно – 20, ячмень – 25, озимая пшеница и тритикале – 30, картофель – 250, сено многолетних трав – 40 ц/га) компенсировали за счет минеральных удобрений [3].
В среднем за 2 ротации севооборота с органическими и минеральными удобрениями на 1 га пашни было внесено элементов питания (NPK) за год: в органо-минеральной системе удобрения – 155, в биологизированной – 111, из них соответственно 42 и 70 кг/га – с минеральными удобрениями. Повышенное внесение минеральных удобрений в БСУ связано с картофелем, под который вместо навоза 60 т/га была внесена доза минеральных удобрений (NPK)300 на запланированный урожай 250 ц/га. Агротехника в опыте – общепринятая для условий Нечерноземной зоны [4].
Оценочными критериями в опыте были плодородие почвы, экологическое состояние посевов, продуктивность севооборота, качество растениеводческой продукции, экономическая эффективность систем удобрения.
Научные исследования проводили в соответствии с “Методическими указаниями по проведению исследований в длительных опытах с удобрениями” и ГОСТам [5–12]. Биологические свойства почвы оценивали по численности физиологических групп микроорганизмов и целлюлозолитической активности почвы [13, 14], поражение растений болезнями и вредителями – по [15, 16], накопление биологического азота – по [17], расчет экономической эффективности систем удобрения – по [18], математическую обработку результатов провели по [19].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Усредненные показатели агрохимических свойств пахотного слоя почвы за 2 ротации севооборота показали, что в полевом севообороте без удобрений при 43%-ном насыщении бобовыми культурам отмечен бездефицитный баланс гумуса, незначительное изменение кислотности, снижение на 22% содержания подвижного фосфора и на 18% – обменного калия (табл. 1).
Таблица 1.
Система удобрения | Год исследования | Гумус, % | рНKCl | Нг | Са2+ + Мg2+ | Р2О5 | K2О |
---|---|---|---|---|---|---|---|
мг-экв/100 г почвы | мг/кг | ||||||
Без удобрений | 2001 | 1.09 | 5.44 | 1.94 | 4.04 | 113 | 122 |
2015 | 1.10 | 5.55 | 2.05 | 3.97 | 87 | 100 | |
ОМСУ | 2001 | 1.01 | 5.02 | 2.34 | 3.03 | 108 | 89 |
2015 | 1.23 | 5.48 | 2.47 | 4.18 | 162 | 142 | |
БСУ | 2001 | 1.01 | 5.20 | 2.05 | 2.92 | 137 | 96 |
2015 | 1.21 | 5.25 | 2.28 | 4.16 | 160 | 129 |
Примечание. ОМСУ – органоминеральная система удобрения, БСУ – биологизированная система удобрения. То же в табл. 2–8.
Изменения обменной и гидролитической кислотности в вариантах опыта были связаны с насыщением севооборота бобовыми культурами, обеспечившими повышенное накопление в почве органической массы.
Обе системы удобрения оказали положительное влияние на плодородие почвы. Почти в равной мере увеличилось содержание гумуса. Оптимизация кислотности почвы и фосфорно-калийного питания растений лучше проявилась под влиянием органо-минерального удобрения. Внесение в достаточном количестве свежего органического вещества с удобрениями в биологизированной системе способствовало увеличению биологической активности почвы под всеми культурами севооборота, при этом максимальная целлюлозолитическая активность почвы отмечена в посевах тритикале и картофеля (рис. 1).
Картофель способствовал биологической активности почвы как пропашная культура, улучшающее действие которой на физические свойства почвы сохранилось и в посевах тритикале.
В конце ротации севооборотов содержание в почве микроорганизмов, использующих органические формы азота, под влиянием органо-минеральной системы удобрения увеличилось на 43, биологизированной – на 75%, содержание микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, возросло соответственно на 29 и 31% по сравнению с контролем без удобрений (табл. 2).
Таблица 2.
Система удобрения | Использующие органические формы азота на МПА | Использующие минеральные формы азота на КАА | Грибы на среде Чапека | Нитрофикаторы | ||
---|---|---|---|---|---|---|
общие | в том числе | |||||
бактерии | актиномицеты | |||||
Без удобрения | 3667 | 5200 | 3130 | 2070 | 23.3 | 4.6 |
ОМСУ | 5230 | 6730 | 3730 | 3000 | 75.1 | 9.3 |
БСУ | 6430 | 6820 | 4270 | 2550 | 70.4 | 7.0 |
Удобрения способствовали более интенсивному развитию всех видов изученных микроорганизмов. Приоритет биологизированной системы в большей степени проявился на развитии бактериальной микрофлоры, органо-минеральной системы – грибной микрофлоры и нитрификаторов.
Оказывая положительное влияние на агрохимические и биологические свойства почвы, изученные системы удобрения обусловили получение урожая большинства культур севооборота до уровня и даже больше запланированных показателей (табл. 3).
Таблица 3.
Культура севооборота | Без удобрения | ОМСУ | БСУ | ||
---|---|---|---|---|---|
1 | 1 | 2 | 1 | 2 | |
Люпин (зерно) | 14.2 | 14.4 | 0.2 | 14.1 | –0.1 |
Ячмень + многолетние травы | 11.5 | 32.7 | 21.2 | 30.1 | 18.6 |
Травы 1-го года пользования (сено) | 34.0 | 75.0 | 41.0 | 74.0 | 40.0 |
Травы 2-го года пользования (сено) | 85.0 | 103 | 18.0 | 105 | 20.0 |
Озимая пшеница | 17.8 | 31.3 | 13.5 | 31.0 | 13.2 |
Картофель | 137 | 260 | 123 | 224 | 87 |
Тритикале | 17.5 | 31.8 | 14.3 | 34.2 | 16.7 |
Продуктивность севооборота, ц з. е/га | 169 | 283 | 114 | 273 | 105 |
Среднегодовая продуктивность, ц з.е./га | 24.1 | 40.4 | 16.3 | 39.1 | 15.0 |
Под влиянием органо-минеральной и биологизированной систем удобрения по сравнению с контрольным вариантом урожайность зерна ячменя возросла на 182 и 162%, сена многолетних трав 1-го года пользования – на 120 и 118%, многолетних трав 2-го года пользования – на 21 и 24%, клубней картофеля – на 90 и 64% зерна тритикале – на 82 и 95%. В целом продуктивность основной продукции при применении органо-минеральной системы удобрения возросла на 67, биологизированной – на 62%, максимальная урожайность в севообороте была у многолетних трав и картофеля (рис. 2).
Продуктивность пшеницы и тритикале при применении удобрений достигла планируемого уровня, ячменя – превзошла на 5–8 ц з.е./га. Прирост урожая зерновых культур при использовании органо-минеральной и биологизированной систем удобрения произошел за счет увеличения таких показателей, как длина колоса, число зерен и масса зерен в колосе. У ячменя и озимой пшеницы наблюдали увеличение продуктивной кустистости в 1.4–1.7 раза и массы зерна с колоса в 1.3–1.5 раза.
Наиболее значительные изменения показателей структуры урожая отмечены у ярового тритикале: длина колоса увеличилась в 1.3–1.6 раза, озерненность колоса – в 1.6–1.7 раза, масса зерна одного колоса – в 1.4–1.5 раза (табл. 4).
Таблица 4.
Система удобрения | Высота растений, см | Продуктивная кустистость, шт. | Длина колоса, см | Число зерен в колосе, шт. | Вес зерен одного колоса, г |
---|---|---|---|---|---|
Ячмень | |||||
Без удобрения | 48.2 | 1.32 | 4.25 | 12.1 | 0.47 |
ОМСУ | 51.1 | 2.07 | 5.30 | 12.3 | 0.62 |
БСУ | 52.3 | 1.84 | 4.93 | 13.3 | 0.71 |
Озимая пшеница | |||||
Без удобрения | 72.2 | 0.78 | 6.7 | 26.9 | 0.45 |
ОМСУ | 98.4 | 0.91 | 8.5 | 28.0 | 0.71 |
БСУ | 91.0 | 0.92 | 8.4 | 28.6 | 0.66 |
Тритикале | |||||
Без удобрения | 73.8 | 1.38 | 6.4 | 20.8 | 0.80 |
ОМСУ | 95.6 | 0.93 | 10.1 | 34.4 | 1.19 |
БСУ | 93.1 | 0.94 | 8.6 | 33.7 | 1.13 |
Существенное влияние изученные системы удобрения оказали на структуру и качество картофеля: количество клубней с куста увеличилось в 1.5 раза, масса крупной фракции – в 1.2 раза, содержание крахмала повысилось на 0.9–1.2% относительно варианта без удобрений. После одного месяца хранения картофеля количество больных клубней в вариантах с использованием органо-минеральной и биологизированной систем удобрения было в 1.5 раза меньше, чем в контрольном варианте. При использовании обеих систем удобрения отмечено повышенное накопление в клубнях нитратного азота, чем в варианте без удобрений, но его содержание не превышало ПДК [20] (табл. 5).
Таблица 5.
Система удобрения | Количество клубней, шт./куст | Распределение по массе клубней с одного куста, % | Содержание крахмала, % | Содержание в клубнях нитратов, мг/кг | Количество больных клубней, % | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
крупные ≥120 г | средние 120–60 г | мелкие ≤60 г | |||||
Без удобрения | 10 | 50 | 31 | 19 | 12.5 | 18.3 | 13.4 |
ОМСУ | 16 | 59 | 24 | 17 | 13.7 | 31.9 | 8.9 |
БСУ | 14 | 59 | 23 | 18 | 13.4 | 40.9 | 9.1 |
Системы удобрения оказали влияние на содержание элементов питания в основной продукции культур севооборота (табл. 6). В большей мере положительное действие удобрений на накопление всех элементов питания проявилось в растениях клевера, азота – пшеницы и картофеля, фосфора – ячменя. Под влиянием удобрений в растениях люпина снижалось содержание азота, в растениях картофеля и тритикале – фосфора и калия. Одним из важнейших показателей полевых севооборотов Нечерноземной зоны является выход белка и качество продукции культур. Показано, что величина этих показателей существенно зависела не только от культур севооборота, но и от применения удобрений (табл. 7).
Таблица 6.
Система удобрения | Культуры севооборота | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
люпин на зерно | ячмень + многолетние травы | многолетние травы 1-го года пользования | многолетние травы 2-го года пользования | озимая пшеница | картофель | тритикале | |
Nобщ | |||||||
Без удобрения | 5.28 | 1.77 | 1.56 | 1.47 | 1.91 | 1.25 | 1.76 |
ОМСУ | 5.15 | 1.59 | 2.22 | 2.09 | 2.09 | 1.57 | 1.86 |
БСУ | 5.07 | 1.73 | 2.17 | 2.13 | 2.09 | 1.76 | 1.77 |
Р2О5 общ | |||||||
Без удобрения | 0.99 | 0.67 | 0.54 | 0.57 | 1.19 | 0.88 | 1.37 |
ОМСУ | 1.08 | 0.84 | 0.72 | 0.75 | 1.21 | 0.60 | 1.04 |
БСУ | 0.94 | 0.81 | 0.72 | 0.78 | 1.22 | 0.62 | 1.03 |
K2Ообщ | |||||||
Без удобрения | 0.84 | 0.58 | 1.42 | 1.75 | 0.49 | 1.61 | 0.55 |
ОМСУ | 0.91 | 0.59 | 2.08 | 1.97 | 0.43 | 1.57 | 0.46 |
БСУ | 0.84 | 0.60 | 2.08 | 1.97 | 0.45 | 1.50 | 0.46 |
Таблица 7.
Культура севооборота | Системы удобрения | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
Без удобрения | ОМСУ | БСУ | ||||
Выход белка | ||||||
ц/га | г/кг з.е. | ц/га | г/кг з.е. | ц/га | г/кг з.е. | |
Люпин (зерно) | 4.0 | 201 | 4.0 | 198 | 3.8 | 192 |
Ячмень | 1.0 | 83 | 2.5 | 76 | 2.6 | 86 |
Травы 1-го года пользования (сено) | 2.8 | 150 | 6.1 | 149 | 5.9 | 144 |
Травы 2-го года пользования (сено) | 6.6 | 140 | 8.0 | 140 | 8.5 | 145 |
Озимая пшеница | 1.7 | 96 | 3.2 | 102 | 3.2 | 103 |
Картофель | 2.1 | 61 | 5.6 | 86 | 5.5 | 98 |
Тритикале | 1.5 | 83 | 2.9 | 91 | 3.0 | 88 |
Продуктивность севооборота | 19.7 | – | 32.3 | – | 32.5 | – |
Среднее за год | 2.8 | – | 4.6 | – | 4.6 | – |
Наибольший выход белка в севообороте отмечен в посевах многолетних трав, люпина, картофеля и озимой пшеницы, наименьший – в посевах ячменя. При применении обеих систем удобрения выход белка возрастал, в среднем за ротацию севооборота на 64%. Эффект систем удобрения был равноценен. Качество продукции большинства культур севооборота по содержанию белка существенно не зависело от удобрений. Лишь в клубнях картофеля на 7% увеличилось количество белка, а в зерне люпина и многолетних травах отмечено его незначительное снижение.
Расчет экономической эффективности использования различных систем удобрения в полевом севообороте (табл. 8) проводили по методике Баранова [18]. При этом затраты на удобрения, семена и возделывание культур взяты из соответствующих технологических карт, которые ежегодно разрабатывали в течение проведения опыта. Стоимость 1 кг зерновой продукции с вычетом затрат на ее уборку, подработку и хранение составила 6 руб.
Таблица 8.
Система удобрения | Среднегодовая продуктивность, ц з.е./га | Затраты, тыс. руб. на | Выручка от реализации продукции, тыс. руб. | Условно чистый доход, тыс. руб. | Уровень рентабельности, % | Окупаемость 1 кг NРК, кг з.е. | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
удобрения | возделывание культур | итого | ||||||
Без удобрения | 24.1 | 90.0 | 90.0 | 144.6 | 54.6 | 60.7 | ||
ОМСУ | 40.4 | 33.0 | 112 | 145 | 242.4 | 97.4 | 67.2 | 10.5 |
БСУ | 39.1 | 24.0 | 108 | 132 | 234.6 | 102.6 | 77.7 | 13.5 |
По продуктивности обе системы удобрения были почти равноценными, но в связи с меньшими затратами на удобрения (NPK) и возделывание культур условно чистый доход от биологизированной системы удобрения возрос на 5.2 тыс. руб. (на 5%), рентабельность увеличилась до 10.5% (на 16.5%). Доход 1 руб. затрат на удобрения в органо-минеральной системе составил 2.95, в биологизированной – 4.25 руб.
Если учесть, что в среднем за 2 ротации севооборота с органическими и минеральными удобрениями на 1 га пашни было внесено элементов питания (NPK) за год в органо-минеральной системе – 155 кг, в биологизированной – 111 кг, то с учетом показателей продуктивности севооборота окупаемость 1 кг NРК систем удобрения соответственно достигла 10.5 и 13.5 кг з.е. основной продукции.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, биологизированную систему удобрения, как и традиционную органо-минеральную, можно использовать для получения плановых урожаев культур в полевом севообороте. Оказывая положительное влияние на плодородие почвы, обе системы удобрения в равной мере способствовали росту продуктивности севооборота и выхода белка. Ввиду меньшего расхода элементов питания на формирование урожая (на 29%) биологизированная система удобрения была более рентабельной.
Список литературы
Лошаков В.Г. Севооборот и плодородие почвы. М.: ВНИИА, 2012. 512 с.
Новиков М.Н., Тужилин В.М. Система биологизации земледелия в Нечерноземной зоне (Научно-практические рекомендации на примере Владимирской области). М.: Росинформагротех, 2007. 296 с.
Каюмов М.К. Справочник по программированию урожаев. М.: Россельхозиздат, 1977. 340 с.
Справочник агронома Нечерноземной зоны / Под ред. Гуляева Г.В. М.: Колос, 1970. 576 с.
Методические указания по проведению исследований в длительных опытах с удобрениями. Ч. 1. Анализ почв / Под ред. Панникова В.Д. М., 1975. 164 с.
Методические указания по проведению исследований в длительных опытах с удобрениями. Ч. 2. Анализ растений / Под ред. Панникова В.Д. М., 1975. 164 с.
Степень кислотности почв – величина рНсол по методу ЦИНАО. ГОСТ 26483-85.
Гидролитическая кислотность – по методу Каппена. ГОСТ 26212-91.
Сумма поглощенных оснований по методу Каппена. ГОСТ 27821-88.
Содержание органического вещества (гумуса) по методу Тюрина в модификации ЦИНАО. ГОСТ 26213-91.
Содержание подвижного фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО. ГОСТ 26207-91.
Программа и методика исследований в Географической сети полевых опытов по комплексному применению средств химизации в земледелии / Под ред. Милащенко Н.З. М., 1990. 187 с.
Мишустин Е.Н., Емцев В.Е. Микробиология. М.: Агропромиздат, 1987. 368 с.
Никитенко Г.Ф. Опытное дело в полеводстве. М., 1982. 175 с.
Хохряков М.К. Определение болезней растений. Л.: Колос, 1966. 532 с.
Брянцев В.А. Сельскохозяйственная энтомология. Л.: Колос, 1966. 342 с.
Посыпанов Г.С. Методы изучения биологической фиксации азота воздуха. М.: Агропромиздат, 1991. 299 с.
Экономика использования удобрений / Под ред. Баранова Н.Н. М.: Колос, 1974. 319 с.
Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М., 1968. 336 с.
Минеев В.Г. Химизация земледелия и природная среда. М.: Агропромиздат, 1990. 287 с.
Дополнительные материалы отсутствуют.