Агрохимия, 2022, № 8, стр. 3-9

ВВЕДЕНИЕ

В условиях России среди зерновых культур важное место отводится овсу, который используют в продовольственных и фуражных целях. В структуре посевных площадей, занятых овсом, первое место принадлежит Алтайскому краю (14% от всех посевов), затем следует Новосибирская обл. (6.8%), Красноярский край (6.1%), республика Башкортостан (5.6%) и Тюменская область (4.0%). Общий сбор зерна овса в России (по данным за 2018 г.) составил 4.7 млн т [1].

Как следует из ряда научных работ [2–4], высокие урожаи овса в нашей стране и за рубежом получают на почвах при сбалансированном содержании в них питательных веществ. Овес лучше остальных зерновых культур переносит кислую реакцию почвенного раствора, а также усваивает питательные элементы из почвы. Наиболее эффективно внесение удобрений под овес в районах с достаточной влагообеспеченностью. По данным Географической сети опытов с удобрениями, оптимальная годовая доза минеральных удобрений под овес в среднем в Российской Федерации составляет 171 кг питательных веществ (N68P63K40) [5]. Известно также, что в зависимости от конкретных почвенных и погодных условий дозы удобрений при возделывании овса необходимо дополнительно уточнять и корректировать. В повышении урожайности сельскохозяйственных культур, прежде всего зерновых, решающая роль принадлежит оптимизации доз и сочетаний минеральных и органических удобрений [3, 6, 7]. Немаловажное значение при этом имеет эффект последействия удобрений [3, 5, 8, 9].

Наши исследования в длительном опыте были направлены на агроэкологическое обоснование оптимальных доз и сочетаний органических и минеральных удобрений при возделывании овса в зернотравяном севообороте в условиях окультуренной дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы Нечерноземной зоны. Цель работы – изучение влияния длительного применения органической, минеральной и органо-минеральной систем удобрения разной интенсивности в действии и последействии на урожайность и качество зерна овса сорта Скакун, содержание в нем белка, тяжелых металлов и мышьяка.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Полевой опыт был заложен в 1978 г. в поселке Ольша Смоленского р-на Смоленской обл. В вариантах опыта при возделывании овса в системе севооборота минеральные и органические удобрения вносили отдельно и в сочетаниях согласно разработанной схеме. Определяли урожайность зерна, проводили отбор проб зерна для их анализа на содержание белка, тяжелых металлов и мышьяка, который выполняли по общепринятым методикам.

Учет урожайности овса вели сплошным методом, массу 1000 зерен определяли по ГОСТ 10842-89, химические анализы растений проводили следующими методами: общий азот – по Кьельдалю (ГОСТ 134964-93), фосфор – по ГОСТ 26657-97, калий – методом пламенной фотометрии (ГОСТ 30504-97). Содержание тяжелых металлов (меди, цинка, свинца, кадмия) в зерне определяли по ГОСТ 30178-96, никеля, хрома, марганца, кобальта – по МУ № 01-19/47-11, ртути – по МУ 5178-90, мышьяка – по ГОСТ 26930-86.

Вносили удобрения в течение 4-х ротаций севооборота общей продолжительностью 30 лет. В севообороте при изучении действия удобрений навоз применяли под картофель в единичной дозе 20 т/га и под озимые зерновые – озимую рожь и озимую пшеницу – по 15 т/га. Минеральные азотные, фосфорные и калийные удобрения вносили под картофель и озимые зерновые (озимую рожь, озимую пшеницу) в единичных дозах по 45 кг д.в./га, под яровые зерновые (ячмень, овес) – по 30 кг/га. Многолетние травы 2-х лет пользования возделывали без применения удобрений.

Из минеральных удобрений в опыте использовали N_aa, P_cд, K_х. В качестве органического удобрения вносили навоз крупного рогатого скота с использованием подстилки из соломы и древесных опилок влажностью 70% с содержанием на сырое вещество: общего азота – 9.46, Р₂О₅ – 0.21, К₂О – 0.66%. Соотношение C : N в навозе было равно 19. В расчете на сухое вещество подстилочный навоз содержал: цинка – 7.4, кадмия – 0.1, хрома – 1.1, никеля – 0.1, меди – 0.6 мг/кг. Эффект последействия ранее внесенных удобрений изучали в 5-й ротации зернотравяного севооборота при ежегодной подкормке сельскохозяйственных культур, включая овес, азотными минеральными удобрениями в невысокой дозе N45.

Повторность вариантов в опыте трехкратная. Общая площадь делянки 112 м², учетная – 48 м². Исследования вели на 2-х полях.

В работе представлены результаты исследования влияния систем удобрения на завершающую зернотравяной севооборот культуру – овес в 5-й ротации со следующим чередованием культур: однолетние травы, озимая рожь, ячмень, многолетние травы 2-х лет пользования, яровая пшеница и овес, полученные в 2015–2016 гг. Для сравнения использовали данные по действию систем удобрения на овес за 2008–2009 гг. в 4-й ротации севооборота с аналогичным чередованием культур [10].

Закладку и проведение опыта проводили по программе, разработанной методическим отделом ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова [11]. Схема опыта включала следующие варианты: 1 – контроль без внесения удобрений, 2 – навоз 9 т/га, 3 – минеральные удобрения N90P90K90, 4 – N30P30K30 + навоз 3 т/га, 5 – N60P60K60 + + навоз 6 т/га, 6 – N90P90K90 + навоз 9 т/га, 7 – N120P120K120 + навоз 12 т/га, 8 – N150P150K150 + + навоз 15 т/га.

В вариантах полевого опыта изучали эффективность последействия систем удобрений разной степени интенсивности, а именно: минеральных азотных, фосфорных и калийных удобрений, подстилочного навоза, а также комплексного применения минеральных удобрений в сочетании с навозом в возрастающих дозах: N30–150P30–150K30–150 + навоз 3–15 т/га.

Почва опытного участка – дерново-подзолистая окультуренная легкосуглинистая имела следующие агрохимические показатели: pH 5.5, содержание гумуса – 1.3% С, подвижного фосфора (P₂O₅) по Кирсанову – 160, калия (K₂O) – 130 мг/кг.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Зависимости урожайности зерна овса сорта Скакун, возделываемого в 7-польном севообороте, при действии (при НСР₀₅ = 0.34 т/га) и последействии (при НСР₀₅ = 0.3 т/га) различных доз и сочетаний органических и минеральных удобрений представлены на рис. 1.

Рис. 1.

Урожайность зерна овса в зависимости от действия (НСР₀₅ = 0.34 т/га) и последействия (НСР₀₅ = 0.3 т/га) систем удобрения разной интенсивности.

Высокие показатели урожайности зерна овса в зависимости от действия и последействия удобрений были достигнуты в вариантах органо-минеральных систем. При этом в действии удобрений максимальная урожайность овса (4.06 т/га, что на 80.2% больше контроля) отмечена в органо-минеральном варианте с 3-кратными дозами (N90P90K90 + навоз 9 т/га). Дальнейший рост доз навоза и минеральных удобрений до 4–5-кратных в органо-минеральных системах не сопровождался достоверным приростом урожайности зерна овса.

При анализе действия других систем удобрения установлено, что прибавка к контролю при применении органической системы (навоз 9 т/га) ежегодно составила 48.3%, при минеральной системе (N90P90K90) – 80.9%, при внесении органо-минеральных систем в одно–трехкратных дозах прибавки урожая зерна овса варьировали от 46.0 до 80.2%.

При последействии удобрений наибольший эффект получен в варианте с органо-минеральной системы с более высокими, 4-кратными дозами (N120P120K120 + навоз 12 т/га), где урожайность зерна овса составила 2.75 т/га, или на 55.3% превышала контроль. В этом случае возрастание доз удобрений до 5-кратных (N150P150K150 + навоз 15 т/га) из-за полученной недостоверной прибавки урожая зерна овса оказалось нецелесообразным.

В последействии однократных доз удобрений в органо-минеральном варианте (N30P30K30 + навоз 3 т/га) урожайность зерна овса на легкосуглинистой почве в условиях промывного режима составляла всего 2.04 т/га, т.е. была существенно меньше по сравнению с последействием двукратных (N60P60K60 + навоз 6 т/га) и трехкратных (N90P90K90 + навоз 9 т/га) доз удобрений в органо-минеральных вариантах, где было получено зерна по ≈2.4 т/га.

При использовании минеральной системы удобрения (N90P90K90) в последействии урожайность зерна овса составила 2.45 т/га, т.е. фактическая разница с вариантом органо-минеральной системы удобрения с трехкратными дозами (N90P90K90 + навоз 9 т/га) была недостоверной (при НСР₀₅ = 0.3 т/га).

Последействие органической системы удобрения при внесении подстилочного навоза в ежегодной дозе 9 т/га в последействии обеспечивало урожайность овса 2.13 т/га, что существенно превышало контроль без удобрений.

В целом при последействии удобрений следует отметить, что все исследованные варианты систем, кроме органо-минеральной в одинарных дозах, обеспечивали достоверный рост урожайности зерна овса. Прибавка к контролю при применении органической системы составила 20.3, минеральной – 38.4%, в вариантах органо-минеральных систем в 2–5-кратных дозах прибавки варьировали от 35 до 65.5%.

Показатели урожайности овса в 4-й ротации севооборота, т.е. при действии удобрений были больше, чем в последействии во всех вариантах опыта. Например, если при действии удобрений они менялись от 46.4 до 80.2%, то при последействии – от 15.3 до 65.5% по отношению к контролю.

При комплексной оценке действия и последействия различных систем удобрения наряду с продуктивностью культур необходимо учитывать их влияние на качество зерна, включая экологические показатели.

Согласно проведенному исследованию, с внесением удобрений в зерне овса повышалось содержание белка – с 6.2% в контроле до 7.6–9.4% в вариантах удобрения (табл. 1), в большей мере белковость зерна возрастала в варианте с минеральными удобрениями (до 9.4 при 6.2% в контроле) и в варианте с последействием подстилочного навоза (до 10.4 при 5.7% в контроле). Минеральная система удобрения (N90P90K90) повышала содержание фосфора в зерне с 0.83 до 0.92% при действии и с 0.66 до 0.79% при последействии удобрений. При внесении удобрений мало изменялось содержание в зерне калия.

При изучении массы 1000 зерен овса во время действия удобрений отмечено ее увеличение в вариантах органо-минеральных систем с 3–4-кратными дозами, где она составила 39.8–42.3 г. Достаточно высоким (38.7 г) этот показатель был в контроле. При последействии систем удобрения наибольшая масса 1000 зерен овса была достигнута в варианте с максимальными, 5-кратными дозами подстилочного навоза и минеральных удобрений, где она составила 31.8 г при 27.5 г в контроле (рис. 2). Применение одного органического удобрения – навоза 9 т/га фактически повышало массу 1000 зерен. Если рассматривать другие варианты, то следует отметить, что применение минеральной системы (N90P90K90) в последействии формировало зерно, которое по этому показателю не уступало органо-минеральным вариантам в 2–4-кратных дозах.

Рис. 2.

Масса 1000 зерен овса в зависимости от действия и последействия систем удобрения разной интенсивности.

При комплексной оценке исследованных показателей, т.е. с учетом содержания биофильных элементов, эффективными при последействии следует считать практически все варианты систем удобрения. По содержанию сырого протеина при действии различных систем удобрения наиболее эффективными были все варианты, кроме органо-минерального с низкими дозами навоза и минеральных удобрений. Однако с учетом полученной прибавки урожайности приоритетным, несомненно, был вариант применения органо-минеральной системы в 3-кратных дозах (рис. 1).

Корреляционный анализ данных показал сильную связь между интенсивностью последействия удобрений и урожайностью овса (r = 0.94), а также между интенсивностью последействия удобрений и показателем 1000 зерен овса (r = 0.85). В то же время коэффициенты парной корреляции между урожайностью зерна овса и содержанием в нем фосфора и калия находились на более низком уровне: r = 0 56 и 0 71 соответственно.

Полученные данные содержания тяжелых металлов и мышьяка в зерне овса позволили выявить следующие закономерности (табл. 2): наиболее интенсивно свинец, кадмий и мышьяк накапливались в зерне овса в варианте с последействием минеральной системы (N90P90K90) и в варианте с органо-минеральной системой в умеренных дозах (N90P90K90 + навоз 9 т/га). Меньше всего аккумулировалось тяжелых металлов и мышьяка в зерне овса в варианте с последействием органической системы удобрения при внесении навоза 9 т/га, но в этом случае была получена сравнительно небольшая прибавка урожайности зерна (20.3%). Прибавка урожайности зерна по отношению к контролю в варианте N90P90K90 более чем в 2 раза (на уровне 38.4%) превышала органический вариант (навоз 9 т/га) при содержании в зерне мышьяка в количестве 0.05 мг/кг и отличных показателях качества зерна по показателям массы 1000 семян и содержания белка. В целом содержание тяжелых металлов и мышьяка в зерне овса в вариантах исследованных систем удобрения отвечало экологическим требованиям, изложенным в Санитарных правилах СанПиН 2.3.2.1078-01 [12].

Анализ агрохимических свойств почвы в конце 5-й ротации севооборота показал целесообразность длительного применении систем удобрения без риска загрязнить токсикантами растительную продукцию. Кислотность почвы в вариантах последействия навоза, минеральных удобрений и органо-минеральных систем с умеренными дозами повышалась с рН 5.1 в контроле до 5.4. Наименьшая величина pH 4.6 отмечена при последействии органо-минеральной системы удобрения в максимальных дозах (N150P150K150 + навоз 15 т/га). По содержанию гумуса в почве более высокие показатели были при последействии органо-минеральных систем удобрения в 4–5-пятикратных дозах (N120–150P120–150K120–150 + навоз 12–15 т/га), составившие 1.20 и 1.17% С соответственно при 0.93% С в контроле. В этих же вариантах отмечено улучшение фосфатного режима почвы: содержание подвижного фосфора (Р₂О₅) в почве повысилось с 64 в контроле до 92 и 318 мг/кг соответственно. В то же время при последействии удобрений в вариантах систем не было отмечено четких закономерностей в содержании почвенного калия (K₂О).

ВЫВОДЫ

1. В условиях окультуренной легкосуглинистой дерново-подзолистой почвы Нечерноземной зоны важным фактором повышения урожайности и качества зерна является рациональное применение органических и минеральных удобрений при оптимизации их доз и сочетаний. При этом установлено, что положительное влияние на продуктивность агроценозов овса оказывали системы удобрения как в действии, так и в последействии.

2. В длительном полевом опыте наименьшая урожайность зерна овса сорта Скакун, возделываемого в зернотравяном севообороте, составившая 1.8–2.1 т/га, получена в контроле, где удобрения не применяли. При действии примененных удобрений во всех вариантах был обеспечен достоверный рост урожайности зерна овса по отношению к контрольному варианту. Высокая урожайность качественного зерна овса – на уровне 4 т/га – формировалась в вариантах применения 3-кратных доз органо-минеральной (N90P90K90 + + навоз 9 т/га) и минеральной (N90P90K90) систем удобрения.

3. В последействии все исследованные варианты систем удобрения, кроме органо-минеральной системы в низких дозах, обеспечивали достоверный рост урожайности зерна овса по отношению к контролю. Прибавка урожайности зерна при органической системе составила 20.3, при минеральной – 38.4%, при применении органо-минеральных систем в 2–5-кратных дозах прибавки варьировали от 35.0 до 65.5%. Эффективное последействие органических и минеральных удобрений отмечено в органо-минеральном варианте с 4-кратными дозами (N120P120K120 + навоз 12 т/га), в котором урожайность зерна овса составила 2.75 т/га, или на 55.3% больше контроля без внесения удобрений. При этом получены высокие показатели качества зерна (массы 1000 семян (30.9 г), содержания белка (7.63%) и калия (0.45%)) при допустимом уровне содержания тяжелых металлов и мышьяка.

4. Корреляционный анализ опытных данных показал сильную связь между интенсивностью последействия удобрений и урожайностью зерна овса (r  = 0.94), а также между интенсивностью последействия удобрений и показателем массы 1000 зерен овса (r  = 0.85).