The purpose of the research is to study the yield of spring wheat and its elements of the yield structure in different agricultural backgrounds. The study was carried out in the foreststeppe zone of the Tyumen Region at the experimental site of the Department of Soil Science and Agrochemistry of the Agrarian Uni- versity of the Northern TransUrals in the period 2018–2020. Soil is leached lowpower heavy loamy chernozem. The sown crop is spring wheat, variety “Novosibirskaya 29”. Experiment scheme: control (without fertilization); application of mineral fertilizers to the planned yield: by 3.0 t/ha of grain N40P75; 4.0 – N95P110; 5.0 – N150P200 and 6.0 t/ha – N185P160 kg of active ingredient. Over the years of research on the natural agro background, the yield of spring wheat varied from 1.85 to 2.24 t/ha. Mineral nutrition by 3.0 t/ha of grain provided the formation of an increase for t/ha of grain relative to the control. The introduction of mineral fertilizers to obtain the planned yield of 4.0 t/ha of grain also made it possible to obtain the actual yield. In 2018 and 2019 it was 4.35 and 4.01, respectively, in 2020 – 4.45, which is 0.45 t/ha (11 %) higher than the unfertilized option. A systematic and scientifically grounded approach to the use of mineral fertilizers makes it possible to consistently obtain the planned yield of up to 5.0 t/ha of grain. Higher yields are associated with risks due to the climate in the region. The yield of spring wheat is formed due to additional tillering (r = 0.91), the formation of productive shoots (r = 0.87) and the mass of 1000 grains (r = 0.89). Obtaining yields of more than 5.0 t/ha of grain requires the use of intensive wheat varieties that are resistant to fluctu- ations in soil temperature and moisture.
mineral fertilizers, planned yield, crop structure, leached chernozem, foreststeppe zone.
Введение. Современное сельское хозяйство предусматривает активное использование раз- личных агрохимикатов. Наиболее известными являются минеральные удобрения, применение которых позволяет увеличить продуктивность пашни в очень короткие сроки. Оптимизация минерального питания под определенные сель- скохозяйственные культуры наиболее полно раскрывает потенциал почвенного плодородия. Особенно это актуально для земель с низким со- держанием питательных веществ и гумуса. Ми- неральные удобрения наиболее эффективны на подзолистых и серых лесных почвах.
Как показывают многочисленные исследова- ния, черноземы характеризуются очень высоким потенциальным плодородием, которое не всегда сопоставимо с фактической продуктивностью пашни [1–4]. Применение различных элементов системы земледелия (механические обработки, защита растений, севообороты) способно ча- стично увеличить продуктивность пашни, но не решает проблемы несбалансированного мине- рального питания на черноземах [5–7].
Научно обоснованный подход к системе удо- брений способен максимально эффективно рас- крыть потенциал чернозема, что в совокупности с правильным выбором сельскохозяйственной культуры и сортов является гарантией высоких урожаев [8–10].
Западная Сибирь считается перспективным регионом для ведения сельского хозяйства, не- смотря на неблагоприятные природно-климати- ческие условия. Суровые зимы и короткое лето требуют индивидуального подхода к разработке системы удобрений под зерновые культуры [11, 12]. Также необходимо создание адаптивно- ландшафтной системы земледелия, поскольку
проблема повышения урожаев комплексная и не может быть решена применением только мине- ральных удобрений [13–15].
Необоснованное применение минеральных удобрений может иметь и негативные эффек- ты. Некоторые из них давно знакомы аграриям: невызревание зерновых культур на высоком агрофоне в условиях короткого лета Западной Сибири; полегание посевов в период налива зер- на [8, 16]. Существует мнение, что высокие дозы удобрений способны усилить процесс минерали- зации растительных остатков и гумуса пахотных земель, тем самым существенно ухудшить агро- физические и физико-химические свойства почв [17–19]. Также удобрения имеют определенное влияние на почвенную биоту, что необходимо учитывать при прогнозировании почвообразова- ния пахотных земель [19].
Цель исследования: изучение формирова- ния урожайности яровой пшеницы и ее элемен- тов структуры урожая на разных агрофонах.
Объекты и методы исследования. Иссле- дование проводилось в лесостепной зоне Тю- менской области, на опытном участке кафедры почвоведения и агрохимии Аграрного универси- тета Северного Зауралья в период 2018–2020 гг. Почва опытного участка – старопахотный чер- нозем выщелоченный. Высеваемая культу- ра – яровая пшеница Новосибирская 29. Сорт среднеранний, вегетационный период – 80–90 дней. Устойчив к полеганию, но восприимчив к твердой головне и стеблевой ржавчине. Вноси- ли азотно-фосфорные удобрения (аммиачную селитру и аммофос) из расчета на планируе- мую урожайность зерна по следующей схеме опыта: контроль, без удобрений; NP на 3,0 т/га
зерна (N40P75); на 4,0 (N95P110); на 5,0 (N150P200)
и на 6,0 т/га (N185P160).
Дозы удобрений рассчитывали балансовым методом, с учетом общепринятых для региона коэффициентов использования питательных элементов из почвы, азота текущей нитрифи- кации и выносом элементов питания яровой пшеницей. Содержание калия, согласно прове- денным исследованиям на опытном поле, очень высокое (>180 мг/кг почвы по Чирикову), поэто- му данный элемент питания в опыте не вноси- ли. Повторность опыта 3-кратная, размещение делянок – последовательное во времени и на территории, учетная площадь – 50 м2. Осенью после уборки предшественника проводилась от- вальная обработка почвы плугами ПЛН-3-35 на глубину 20–22 см. Весной по физически спелой почве боронили БЗСС-1,0, вносили минеральные удобрения согласно расчетным дозам под пред- посевную культивацию, которая велась КПС-4. Посев пшеницы – ЗСП-3, после прикатывали – 3ККШ-6. Уборку вели поделяночно комбайном SAMPO-500.
Статистическая обработка результатов про- ведена с использованием программы MS Excel по методике Б.А. Доспехова.
Результаты исследования и их обсуж- дение. В среднем за годы исследования густо- та посева варьировала по вариантам от 462 до 472 шт/м2 (табл. 1). Отклонение от среднего значения составляло не более 2 %. Норма высе- ва яровой пшеницы соответствовала общереко- мендованной для лесостепной зоны Зауралья – 6,2 млн всхожих зерен на гектар. Невысокая полевая всхожесть, которая в среднем за годы исследования была равна 76 %, объясняется в большей степени внешними факторами в ходе прорастания: влажностью и температурой на глубине заделки семян [20]. К моменту уборки на всех вариантах количество растений на ква- дратном метре уменьшилось. На контроле вы- живаемость пшеницы составила 80 %, что для Западной Сибири считается довольно высоким показателем. Данный факт объясняется тем, что на естественном агрофоне яровая пшеница вырастает незначительной высоты – в среднем 57±3 см и редко более чем с одним продуктив- ным стеблем. Поэтому серьезной борьбы за пло- щадь питания и освещения в таких посевах не происходит. На варианте с внесением удобрений на планируемую урожайность 3,0 т/га сохран- ность яровой пшеницы в течение вегетации ока-
залась выше, в среднем за годы исследования 88 %. Это объясняется улучшением минерально- го питания, но при этом сами растения не были существенно выше относительно контроля.
К уборке на варианте, где вносили NP на 4,0 т/га зерна, количество растений уменьшилось с 469 до 419 шт/м2, что соответствовало 89 % вы- живаемости. Средняя высота яровой пшеницы возросла до 75 см, что на 32 % больше контроля. В этом случае конкуренция между растениями существенно увеличивается. Высокий уровень питания в течение вегетации позволяет выжить даже отстающим в развитии растениям. На ва- риантах с внесением удобрений на планируемую урожайность 5,0 и 6,0 т/га зерна выживаемость яровой пшеницы незначительно снизилась – 84 и 82 % соответственно. Это указывает, что на высоких агрофонах при рядовом посеве конку- ренция между растениями усиливается. Продук- тивность зерновых культур зависит не только от густоты посева, но и кущения, при котором может образовываться до 4–7 стеблей. На контроле 371 растение сформировало 391 стебель, из которых 381 были с колосом. Продуктивная кустистость в среднем за годы исследования была равна 1,0, что соответствует модели сорта интенсивного типа [8].
На варианте, где внесли N40P75 кг д.в./га (на 3,0 т/га зерна), количество стеблей состави- ло 450 шт/м2 при той же продуктивной кусти- стости, что и на контроле. Дальнейшее по- вышение уровня минерального питания (NP на 4,0 т/га) стимулировало кущение яровой пше- ницы – 419±7 растений дали 607±11 шт/м2. На долю продуктивных стеблей приходилось 85 %, тогда как на предыдущем варианте – 98 %. На ва- рианте с внесением удобрений на планируемую урожайность 5,0 т/га зерна количество стеблей в среднем было 606±38 шт/м2, тогда как густо- та стояния перед уборкой равна 396 шт/м2. Доля продуктивных стеблей уменьшилась до 82 %. На этом варианте отмечалось вторичное кущение, вызванное очень высоким уровнем минерально- го питания и достаточным увлажнением во вто- рой половине вегетации. При внесении N185P160 кущение было максимально сильным – к уборке на каждом квадратном метре образовалось 670 стеблей при густоте стояния 384 растения. На долю продуктивных стеблей приходилось 84 %, что сопоставимо с предыдущим вариантом. Так- же отмечалось появление подгона, который за- трудняет уборочные работы.
Таблица 1
Элементы структуры урожая яровой пшеницы на разном агрофоне (2018–2020 гг.)
|
Показатель |
Вариант внесения NP |
||||
|
Контроль |
на 3,0 т/га |
на 4,0 т/га |
на 5,0 т/га |
на 6,0 т/га |
|
|
Количество растений в фазу кущения, шт/м2 |
462±11 |
467±4 |
469±6 |
472±13 |
466±20 |
|
Количество растений перед уборкой, шт/м2 |
371±14 |
413±10 |
419±7 |
396±8 |
384±13 |
|
Количество стеблей, шт/м2 |
391±12 |
450±22 |
607±11 |
606±38 |
670±12 |
|
Количество продуктивных стеблей, шт/м2 |
381±14 |
440±11 |
522±39 |
499±47 |
562±27 |
|
Высота растений, см |
57±3 |
64±2 |
75±3 |
80±3 |
82±2 |
|
Количество зерен в колосе, шт. |
27±4 |
26±2 |
27±3 |
31±2 |
30±2 |
|
Масса 1000 зерен, г |
21±2 |
27±3 |
33±2 |
34±1 |
34±2 |
|
Масса зерна с одного колоса, г |
0,49±0,11 |
0,65±0,03 |
0,97±0,05 |
1,07±0,12 |
1,07±0,08 |
Несмотря на утверждения селекционеров, что стеблеобразование зерновых культур контроли- руется генетически [21], мы отмечали в опытах влияние уровня минерального питания. Корреля- ция между содержанием нитратного азота в почве в фазу кущения и количеством стеблей состав- ляет 0,91 ед.
Урожайность яровой пшеницы также зависит от озерненности колоса, которая определяется на генетическом уровне [8]. В наших опытах мы не смогли установить достоверного влияния ми- неральных удобрений на количество зерен в ко- лосе. На вариантах с удобрениями их количество варьировало от 26±2 до 31±2 шт., тогда как на контроле – 27±4 шт. Расчет корреляции между со- держанием нитратного азота и количеством зер- на в колосе составил 0,56 ед., что соответствует средней связи.
Налив зерна яровой пшеницы требует сочета- ния определенных факторов: достаточное количе- ство питательных веществ в растении, влажность почвы и повышенная температура воздуха [12]. Наше исследование показало, что на контроле формируется зерно с минимальной массой 1000 зерен – 21±2 г. Это доказывает, что естествен- ного плодородия лесостепных черноземов не- достаточно для формирования крупного зерна яровой пшеницы. Внесение низких доз удобрений (N40P75 кг д.в./га) увеличивает массу 1000 зерен на 28 % относительно контроля. Повышение уровня питания на планируемую урожайность 4,0 т/га зерна (N95P110) способствует формирова- нию крупного зерна – масса 1000 зерен достигает 33 г. Дальнейшее увеличение доз удобрений эф- фекта не дало – крупность зерна оставалась на
уровне 34±2 г. Коэффициент корреляции соста- вил 0,77 ед., что соответствует сильной степени связи между содержанием нитратов в почве в фазу кущения и массой 1000 зерен.
Такой элемент в структуре урожая, как масса зерна с одного колоса, является одним из важ- нейших, поскольку он определяет не только уро- жайность культуры в целом, но и тесно связан с вероятностью полегания посевов. Для Западной Сибири проблема полегания зерновых культур на высоком агрофоне наиболее актуальна. Селек- ционеры постоянно ведут работу над созданием неполегающих сортов интенсивного типа. Однако в наших опытах были случаи полегания пшеницы на вариантах с внесением удобрений на плани- руемую урожайность свыше 5,0 т/га. Обычно это происходило в фазу налива зерна – молочной спе- лости. Масса зерна с одного колоса на вариантах с NP на 5,0 и 6,0 т/га в среднем за годы иссле- дования была равна 1,07 г. тогда как на контро- ле – 0,49±0,11 г. Создание уровня минерального питания, необходимого для получения 3,0 т/га зер- на, привело к увеличению массы зерна с одного колоса до 0,65 г.
С момента закладки стационара (1995 г.) и до настоящего времени на контроле минеральные удобрения не вносили, поэтому продуктивность зернопарового севооборота формировалась только за счет естественного плодородия. Этим объясняется низкая урожайность яровой пше- ницы, даже в благоприятные по погодным усло- виям годы исследования. В среднем урожайность яровой пшеницы на контроле была на уровне 2,04 т/га и варьировала от 1,85 до 2,24 т/га (табл. 2). Внесение удобрений на 3,0 т/га зерна
обеспечило формирование прибавки в размере 1,10 т/га зерна относительно контроля. Планиру- емая урожайность была достигнута во все годы исследования – отклонения были в пределах НСР05, за исключением 2020 г. В этом году факти- ческий сбор зерна превысил расчетные значения на 17 %, при ошибке опыта 0,3 т/га. Данный факт объясняется более высокой микробиологической активностью почвы в 2020 г. и высвобождением большего количества доступного растениям азота.
На варианте, где вносили удобрения из расче- та получения 4,0 т/га зерна, также была отмечена эта особенность. В 2018 и 2019 гг. фактическая
урожайность была 4,35 и 4,01 соответственно, но в 2020 г. она превысила план на 0,45 т/га (11 %). В среднем за годы исследования урожайность на этом варианте составила 4,27 т/га, что на 2,23 т выше контроля.
Дальнейшее повышение уровня минераль- ного питания за счет расчетных доз удобрений в сочетании с благоприятными погодными усло- виями позволило получить урожай в среднем за годы исследования 5,27 т/га, что на 158 % выше контроля. Однако превышение плана было от- мечено в 2019 г., где фактическая урожайность была на 10 % выше и составила 5,49 т/га, при НСР05, равном 0,2 т.
Таблица 2
Урожайность яровой пшеницы при различном уровне минерального питания
|
Вариант |
Урожайность, т/га |
Прибавка относительно контроля |
||||
|
2018 г. |
2019 г. |
2020 г. |
Средняя |
|||
|
т/га |
% |
|||||
|
Контроль |
1,85 |
2,04 |
2,24 |
2,04 |
– |
– |
|
NP на 3,0 т/га |
2,88 |
3,04 |
3,52 |
3,15 |
1,10 |
54 |
|
NP на 4,0 т/га |
4,35 |
4,01 |
4,45 |
4,27 |
2,23 |
109 |
|
NP на 5,0 т/га |
5,14 |
5,49 |
5,17 |
5,27 |
3,22 |
158 |
|
NP на 6,0 т/га |
5,54 |
5,07 |
6,24 |
5,62 |
3,57 |
175 |
|
НСР05 |
0,2 |
0,2 |
0,3 |
– |
– |
– |
Вариант с максимальным уровнем внесения удобрений (NP на 6,0 т/га зерна) характеризо- вался нестабильным сбором урожая по годам. В среднем фактическая урожайность была близ- ка к плановой – 5,62 т/га, что для юга Тюмен- ской области считается отличным результатом. Однако анализ сбора зерна по годам показал, что в 2019 г. урожай был на уровне предыдуще- го варианта – 5,07 т/га при НСР05, равном 0,2 т. В 2018 г. недобор зерна составил 8 % – фактиче- ская урожайность 5,54 т/га. По нашему мнению, причиной неполучения планируемого урожая яв- ляется отклонение от оптимума водного и темпе- ратурного режимов в критические периоды раз- вития яровой пшеницы.
Вегетационный период 2020 г. характеризо- вался оптимальным сочетанием погодных усло- вий и уровня минерального питания. Фактический сбор зерна соответствовал планируемой урожай- ности – 6,24 т/га в пересчете на 14 % влажность и 100 % чистоту. Прибавка урожая относительно контроля составила 3,57 т/га. Данный факт ука- зывает на то, что Новосибирская 29 является сортом интенсивного типа, который способен в
условиях юга Тюменской области формировать высокие урожаи.
Выводы. В лесостепной зоне Зауралья пло- дородие пахотных черноземов выщелоченных обеспечивает формирование урожая яровой пшеницы от 1,85 до 2,24 т/га вследствие неу- стойчивого азотного режима. Научно обоснован- ная система удобрений, учитывающая запасы питательных веществ в почве, климатические особенности региона и генетический потенциал сорта, позволяет получать стабильные урожаи до 5,0 т/га. Формирование урожая яровой пше- ницы при внесении минеральных удобрений происходит за счет дополнительного кущения (r = 0,91), образования продуктивных побегов (r = 0,87) и массы 1000 зерен (r = 0,89). Уровень минерального питания не оказывает существен- ного влияния на озерненность колоса (r = 0,54). Для получения стабильных урожаев яровой пше- ницы свыше 5,0 т/га в условиях Северного Заура- лья требуется подбор сорта с высокой озернен- ностью колоса (> 30 шт.), крупным зерном (масса 1000 зерен – не менее 34 г), ограниченным куще- нием и высотой не более 75 см.
1. Sinyavskiy I.V., Elikbaeva S.A. Vliyanie sochetaniy organicheskih i mineral'nyh udobreniy na urozhaynost' i kachestvo zerna yarovoy pshenicy v zvene zernoparovogo se- vooborota // Vestnik Kurganskoy GSHA. 2019.№ 2 (30). S. 34–37.
2. Demin E.A., Eremin D.I. Azotnyy rezhim ku- kuruzy, vyraschennoy po zernovoy tehnologii v lesostepnoy zone Zaural'ya // Vestnik Al- tayskogo gosudarstvennogo agrarnogo univer- siteta. 2017. № 12 (158). S. 10–16.
3. Komissarova I.V. Plodorodie i produktiv- nost' obyknovennyh chernozemov Zaural'ya pri raznyh urovnyah intensifikacii: dis. … kand. biol. nauk. Kurgan, 2009. 142 s.
4. Postnikov P.A., Popova V.V., Tihanskaya E.L. Vliyanie biologicheskih faktorov na nako- plenie elementov pitaniya i na urozhaynost' zernovyh // Agrohimicheskiy vestnik. 2020.№ 2. S. 32–36.
5. Sherstobitov S. The results of the differential mineral fertilization in the automatic mode according to the task map // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 537.
6. Miller S.S., Rzaeva V.V. Urozhaynost' yaro- voy pshenicy po sposobam obrabotki pochvy v zernopropashnom sevooborote severnoy lesostepi Tyumenskoy oblasti // AgroEkoIn- fo. 2018. № 4 (34). S. 13.
7. Eremina D.V., Moiseev A.N. Agroekonomi- cheskaya ocenka naibolee rasprostranennyh sevooborotov v sel'skohozyaystvennoy zone Tyumenskoy oblasti // Agrarnyy vestnik Ura- la. 2014. № 3 (121). S. 85–88.
8. Kazak A.A., Loginov Yu.P. Nauchnye osnovy razrabotki modeli sorta yarovoy myagkoy pshenicy dlya Zapadnoy Sibiri // Vestnik Kurganskoy GSHA. 2019. № 3 (31). S. 9–12.
9. Lyubimova A.V., Eremin D.I. Izuchenie ge- neticheskogo raznoobraziya sortov ovsa Si- birskoy selekcii po avenin-kodiruyuschim lokusam // Agroprodovol'stvennaya politika Rossii. 2017. № 9 (69). S. 70–74.
10. Tobolova G.V. Izmenenie biotipnogo sosta- va sorta myagkoy pshenicy Tyumenskaya 80 v processe semenovodstva // Agrarnyy vestnik Urala. 2009. № 10. S. 12–14.
11. Eremina D.V. Agroekonomicheskaya ocenka primenyaemyh v Tyumenskoy oblasti mine- ral'nyh udobreniy // Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2018. № 4 (72). S. 26–30.
12. Romanenkov V.A., Pavlova V.N., Belichen- ko M.V. Ocenka klimaticheskih riskov pri vozdelyvanii zernovyh kul'tur na osnove regional'nyh dannyh i rezul'tatov dli- tel'nyh opytov Geoseti // Agrohimiya. 2018.№ 1. S. 77–86.
13. Kazak A.A., Loginov Yu.P. Sravnitel'noe izuchenie srednespelyh i srednepozdnih so- rtov sil'noy pshenicy sibirskoy selekcii v lesostepnoy zone Tyumenskoy oblasti // Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. 2018.№ 6 (67). S. 33–41.
14. Rzaeva V.V. Urozhaynost' kul'tur zernovogo sevooborota s zanyatym parom po priemam osnovnoy obrabotki pochvy // Vestnik Michu- rinskogo gosudarstvennogo agrarnogo uni- versiteta. 2018. № 4. S. 88–91.
15. Fisunov N.V., Shulepova O.V. Vliyanie kulis i osnovnoy obrabotki pochvy na zasorennost' i urozhaynost' yarovoy pshenicy v Zapadnoy Sibiri // Vestnik Michurinskogo gosudar- stvennogo agrarnogo universiteta. 2020.№ 2 (61). S. 64–68.
16. Amirov M.F., Toloknov D.I. Formirovanie urozhaya yarovoy pshenicy v zavisimosti ot ispol'zovaniya mineral'nyh udobreniy, mikroelementov i gerbicida v usloviyah respubliki Tatarstan // Plodorodie. 2020. № 3 (114). S. 6–9.
17. Eremin D.I., Ahtyamova A.A. Mineralizaciya gumusa v pahotnom chernozeme pri ispol'zo- vanii mineral'nyh udobreniy // Zemlede- lie. 2018. № 7. S. 16–18.
18. Eremin D.I., Popova O.N. Vliyanie mine- ral'nyh udobreniy na intensivnost' raz- lozheniya cellyulozy v pahotnom chernozeme lesostepnoy zony Zaural'ya // Vestnik Go- sudarstvennogo agrarnogo universiteta Se- vernogo Zaural'ya. 2016. № 4 (35). S. 27–33.
19. Demina O.N., Eremin D.I. Vliyanie mine- ral'nyh udobreniy na mikrofloru cherno- zema lesostepnoy zony Zaural'ya // Vestnik KrasGAU. 2020. № 2 (155). S. 63–71.
20. Vas'ko V.T. Osnovy semenovedeniya polevyh kul'tur. SPb.: Lan', 2012. 304 s.
21. Ostapenko A.V., Tobolova G.V. Polymorphism of avenin species A. sativa L., A. Byzantina C. Koch. and A. Strigossa Schreb. // Plant Genetics, Genomics, Bioinformatics and Biotechnology. The 3rd International Conference. Abstract book. 2015. S. 39.
