В аридной зоне южноуральских степей с изменением вектора развития животноводства на молочно-мясное скотоводство присутствует потребность в приготовлении сбалансированных кормов. Одним из источников увеличения питательности кормов являются концентраты на основе зерновых и зернобобовых культур. Основной зернофуражной культурой, имеющей большой удельный вес в формировании кормов, является ячмень.

В Оренбургской области, по мнению Н.И. Тишкова [1], доля ячменя в посевах зерновых культур значительна и составляет 20 – 25 %. Также из-за своих биологических особенностей ячмень является хорошим компонентом полевых севооборотов [2].

На территории Оренбуржья ячмень в севооборотах размещают последней культурой, но даже в условиях повышенной засорённости и при низком плодородии он превосходит по продуктивности яровую пшеницу на 3 – 4 ц с 1 га.

Применение минеральных удобрений в севообороте повышает плодородие почвы и увеличивает продуктивность ячменя [3]. Органическое вещество в почве, разлагаемое микроорганизмами на постоянной основе, необходимо для нормального роста и развития ячменя [4]. Изменение биомассы и активности биохимических процессов происходит при воздействии различных природных факторов [5].

Жизнедеятельность различных микроорганизмов в почве играет особую роль в транзите доступных питательных веществ в аридных условиях земледелия Оренбургского Предуралья [6]. При разложении органики увеличивается взаимосвязь с ростом содержания нитратов в почве, а пик биоактивности прослеживается в июне [7, 8].

Цели исследования:

– выявить влияние последействия предшественников и биологической активности почвы на урожайность ячменя на двух фонах питания;

– выявить зависимость биоактивности почвы под посевами ячменя от количественного содержания нитратного азота при применении минеральных удобрений.

Материал и методы исследования. Объектами исследований были моноячмень и ячмень, возделываемый в севообороте по разным предшественникам, а также почвообразцы этих вариантов.

Координаты расположения опытного участка – 51.775125°с.ш., 55.306547° в.д.

Опыт представлен следующими схемами:

I: 1) пар чёрный кулисный – 2) твёрдая пшеница – 3) мягкая пшеница – 4) разделение поля (кукуруза на силос, просо, горох) – 5) мягкая пшеница – 6) ячмень.

II: монопосев ячменя.

Ячмень возделывался на разных уровнях минерального питания в последействии различных предшественников. Размер делянок обычного (без удобрения) фона составляет 3,6 × 60 м (216 м²); 7,2 × 60 м (432 м²) и удобренного (с применением минеральных удобрений в дозе N₄₀P₈₀K₄₀ д.в.) – 3,6 × 30 (108 м²); 7,2 × 30 м (216 м²).

Результаты исследования. Для оценки микробиологического состояния почвы чернозёма южного использован метод разложения льняного полотна, позволяющий делать выводы о биоактивности целлюлозоразлагающей микрофлоры по убыли массы ткани, располагаемой в пахотном слое почвы. Исследования проводились на многолетнем стационаре ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук».

В результате проведённых 18-летних исследований получены данные урожайности ярового ячменя по разным предшественникам и в монокультуре на двух фонах питания, которые при многообразии погодных условий в течение 18 лет представляют особую ценность.

За годы исследования (с 2002 по 2019 г.) яровой ячмень реагировал на множество факторов, отрицательно или положительно влияющих на его рост и развитие, и формировал различную урожайность. В процессе исследований нами рассмотрено влияние на продуктивность ячменя применения минеральных удобрений, биоактивности почвы, содержания нитратного азота и последействия различных предшественников.

В 2017 г. наибольшая урожайность ячменя (3,25 т с 1 га) сформировалась в севообороте с просом на удобренном фоне питания (табл. 1).

1. Урожайность ячменя в сопряжении с предшественником и фоном питания по годам исследований

Год	Предшественник
	яровая мягкая пшеница						ячмень (монопосев)
	по кукурузе на силос		по просу		по гороху		ячмень (монопосев)
	А	В	А	В	А	В	А	В
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019	1,70 1,83 1,41 0,52 0,68 1,22 1,69 1,16 0,14 1,72 0,69 0,94 0,88 0,24 1,08 2,65 0,50 1,27	2,33 2,25 1,48 0,59 0,40 1,40 2,09 1,30 0,19 1,45 0,59 0,86 0,61 0,25 1,23 3,17 0,34 1,42	1,88 2,10 1,26 0,93 0,87 1,60 1,96 0,96 0,17 1,83 0,79 0,84 0,85 0,26 1,03 2,79 0,52 1,20	2,37 2,55 2,12 1,34 0,63 1,93 2,33 1,37 0,13 2,07 0,66 0,74 0,54 0,23 1,36 3,25 0,20 1,69	1,92 2,32 1,83 0,90 1,03 1,59 1,90 1,17 0,15 1,81 0,75 1,01 0,81 0,22 0,92 2,65 0,44 1,15	2,32 2,97 2,43 1,20 0,61 2,20 2,23 1,41 0,12 1,79 0,57 0,85 0,66 0,23 0,98 3,10 0,40 1,67	1,64 2,41 1,26 0,80 2,13 1,35 1,38 0,76 0,16 1,94 0,32 1,00 0,79 0,26 0,53 2,48 0,44 0,80	1,59 3,26 0,96 0,81 1,64 1,42 1,65 0,83 0,32 2,09 0,98 0,81 0,73 0,23 0,61 2,85 0,37 1,45
НСР₀₀₅	0,33	0,43	0,35	0,47	0,36	0,48	0,38	0,43
НСР₀₀₅	0,13		0,17		0,16		0,17

Примечание: А – неудобренный фон; В – удобренный фон.

В сильно засушливый 2010 г. (ГТК вегетационного периода = 0,15) ячмень сформировал наименьшую урожайность на всех вариантах опыта, которая составила от 0,12 т на удобренном фоне в последействии гороха до 0,32 т с 1 га на удобренном фоне при монопосеве.

Применение минеральных удобрений вызывало положительную реакцию у ячменя в большинстве лет исследований. В зернопаропропашном севообороте с кукурузой на силос использование минеральных удобрений увеличивало продуктивность ячменя в 12 из 18 лет. В зернопаровых севооборотах с горохом и просом, а также при монопосеве ячменя в 11 из 18 лет отмечалось эффективное использование минеральных удобрений.

Отрицательный эффект от применения удобрений зафиксирован в 2006, 2011 – 2014 и 2018 гг., что связано с неблагоприятными погодными условиями, негативно влияющими на активизацию микробиологической среды.

В годы с низким гидротермическим коэффициентом при высокой концентрации почвенного раствора биопроцессы замедлены, при этом создаются дискомфортные условия для размножения полезных бактерий, следствием чего является дефицит доступных для культурных растений питательных веществ.

Во влажный 2003 г. (ГТК за вегетационный период = 1,09) биологическая активность почвы достигла наибольших значений. В последействии севооборота с просом на удобренном фоне был отмечен самый высокий процент (30 %) разложения льняного полотна (табл. 2). Всплеск биоактивности почвы проявился в 2003 и 2006 гг. на всех опытных вариантах.

2. Разложение льняного полотна (биоактивность почвы) под посевами ячменя в монокультуре и шестипольных севооборотах, %

Год	ГТК (вегетационный)	Предшественник						Монопосев ячменя
		яровая пшеница по гороху		яровая пшеница по просу		яровая пшеница по кукурузе на силос		Монопосев ячменя
		А	В	А	В	А	В	А	В
2002 2003 2006 2008 2009 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019	0,46 1,09 0,63 0,70 0,56 0,34 0,82 0,24 0,57 0,33 0,46 0,34 0,65	9,5 6,2 6,7 8,3 2,9 5,4 2,0 8,3 5,9 2,6 4,7 6,1 9,8	4,5 6,7 7,1 6,9 4,2 6,2 2,9 5,0 8,3 2,6 3,3 4,2 3,0	9,5 1,8 3,5 8,3 4,7 8,5 4,0 6,0 7,1 4,5 5,0 6,4 7,7	5,0 0,0 9,2 6,9 4,6 7,8 3,7 6,2 4,7 3,0 3,4 6,5 7,5	1,1 5,0 0,0 6,8 8,8 5,7 1,9 2,7 4,7 3,1 3,5 9,1 7,3	1,1 8,7 8,0 5,5 4,8 6,7 3,9 6,5 5,8 8,2 4,8 9,3 0,9	19,0 16,7 - 7,1 4,5 - 6,5 6,7 1,1 - 3,3 6,2 16,4	5,3 18,2 - 11,8 7,0 - 2,5 6,0 1,2 - 3,3 6,5 15,1
НСР₀₀₅		2,38	4,33	1,76	4,55	4,35	2,94	4,05	3,60
НСР₀₀₅		2,63		3,72		2,66		2,66

Примечание: А – неудобренный фон; В – удобренный фон.

Скорость микробного разложения растительных остатков зависит от наличия в почве источников питания для микроорганизмов в виде азота и фосфора, а также от влажности, температуры и аэрации среды [9, 10].

От периода посева до уборки ячменя по всем вариантам опыта на двух фонах питания фиксировалось снижение содержания нитратного азота в почве. В засушливые 2002 и 2010 гг. при подавлении почвенных биопроцессов погодными факторами внесённые минеральные удобрения не использовались культурными растениями и имели накопительный характер.

В засушливые годы нитратный азот накапливается в почве к периоду уборочных работ в 2 и более раза.

В среднем за 18 лет исследований урожайность ячменя на разных уровнях минерального питания в севооборотах с горохом составила 1,34 т, с просом – 1,31 т, с кукурузой – 1,17, в монокультуре – 1,25 т с 1 га (табл. 3).

3. Урожайность ячменя в сопряжении с содержанием нитратного азота в почве и биологической активностью на двух фонах питания, в среднем за 2002 – 2019 гг.

Предшественник	Фон питания	Показатель
		содержание нитратного азота мг на 100 г почвы			биоактивность почвы, %	урожайность, т с 1 га
		посев	уборка	расход	биоактивность почвы, %	урожайность, т с 1 га
Яровая пшеница по кукурузе на силос	A	5,8	5,0	0,8	9,2	1,13
	B	7,0	6,0	1,0	8,8	1,22
	Среднее A + B	6,4	5,5	0,9	9,0	1,17
Яровая пшеница по просу	A	5,5	5,1	0,4	7,5	1,21
	B	7,5	5,2	2,3	8,3	1,42
	Среднее A + B	6,5	5,1	1,3	7,9	1,31
Яровая пшеница по гороху	A	6,2	4,8	1,4	6,8	1,25
	B	7,7	6,2	1,5	8,1	1,43
	Среднее A + B	6,9	5,5	1,4	7,4	1,34
Ячмень (монопосев)	A	6,8	5,8	1,0	6,3	1,14
	B	7,5	6,1	1,4	6,3	1,25
	Среднее A + B	7,1	5,9	1,2	6,3	1,19

Примечание: А – неудобренный фон; В – удобренный фон.

Последействие проса и гороха на удобренном фоне оказывает положительное влияние на урожайность ячменя, и за годы исследований по этим предшественникам была получена самая большая его урожайность – 1,42 и 1,43 т с 1 га соответственно вариантам.

Затухание биологических процессов наблюдается по мере удаления культуры от парового поля. Поле, занятое посевом кукурузы на силос, имеет схожее с паровым влияние на микробиологическую деятельность. В наших исследованиях отмечалась высокая степень разложения льняного полотна в последействии кукурузы, составив в среднем за 18 лет на обычном фоне 9,2, на удобренном – 8,8 %. При бессменном возделывании ярового ячменя на двух фонах питания выявлена низкая (6,3 %) биоактивность за годы исследований.

Замедление биоактивности почвы в монопосевах ячменя не приводит к снижению урожайности, которая не уступает полученной в зернопаропропашном севообороте с кукурузой на силос и составляет на обычном фоне 1,14 т, на удобренном – 1,25 т с 1 га.

На рисунке 1 представлен уровень содержания нитратного азота в среднем за 18 лет исследований по различным предшественниками на двух фонах питания в периоды посева и уборки ячменя. Рисунок наглядно иллюстрирует преимущество зернопарового севооборота с горохом в накоплении нитратного азота.

Рис. 1 – Содержание нитратного азота в периоды посева и уборки ячменя на двух фонах питания по различным предшественникам в действии и последействии

Содержание нитратного азота в посевах ячменя, возделываемого в зернопаровом севообороте с просом, невысокое на двух фонах питания в два срока определения и даже уступает уровню в монопосевах.

На рисунке 2 представлен уровень урожайности ярового ячменя, возделываемого по разным вариантам предшественников, и биологическая активность почвы на двух фонах питания. На графике видно, что в среднем за 18 лет наблюдений наибольший уровень биоактивности почвы отмечается в посевах ячменя по мягкой пшенице в последействии кукурузы на силос, наименьший процент биоактивности – в монопесевах ячменя на двух фонах питания.

Рис. 2 – Урожайность ячменя и биологическая активность почвы на двух фонах питания

Выводы

1. Результаты исследований позволили установить положительную реакцию ячменя на применение минеральных удобрений. Прибавка урожайности ярового ячменя от удобрений составила от 0,9 до 2,1 ц с 1 га по вариантам опыта. В засушливые годы эффект от применения удобрений в посевах ячменя отсутствовал.

2. Проведённые исследования свидетельствуют о снижении содержания нитратного азота в почве от периода посева до уборки ячменя на всех вариантах опыта, исключение составили засушливые годы.

3. В среднем за годы исследований самая низкая биоактивность почвы (6,3 %) отмечалась в монопосевах ячменя на двух по интенсивности фонах питания.

4. Возделывание ярового ячменя в зернопаровом севообороте с горохом имеет преимущество в накоплении нитратного азота.