«Современный человек находится перед Гималаями библиотек в положении золотоискателя, которому надо отыскать крупинки золота в массе песка»
Академик С.И. Вавилов
Выпуск №3 (83) 2020 г.
Известия Оренбургского Государственного Аграрного Университета 2020 № 3 (83)
Агрономия
УДК 633.112.1«321»:631.445.4(470.56)
Уровень биологической активности почвы и содержание нитратного азота под посевами яровой твёрдой пшеницы
в последействии чёрного кулисного пара на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья*
В.Ю. Скороходов, канд. с.-х. наук
ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН
В Оренбуржье и в других засушливых регионах России самой ценной среди зерновых культур является яровая твёрдая пшеница, которая очень требовательна к почвенному плодородию и основным показателям почвы [1].
При возделывании яровой твёрдой пшеницы в Оренбургской области ведущее место отводится предшественникам, и по результатам многочисленных исследований лучшим для неё является чёрный пар [2 – 6]. При размещении твёрдой пшеницы по чёрным парам надо помнить о двух существенных недостатках. Они сводятся к подверженности почвы эрозионным процессам (водной, ветровой и биологической) и интенсивной минерализации гумуса за период парования с образованием большого количества нитратного азота, вымываемого весной талыми водами, а в летний период – проникновения в нижние, недоступные для растений горизонты.
Изучение предшественников яровой твёрдой пшеницы и определение их влияния на урожайность культуры, усвоение выпавших осадков и запасы влаги весной являются важной задачей богарного земледелия.
Азот подвержен значительной изменчивости по содержанию в почве доступных его форм в зависимости от характера предшествующего его использования [7, 8].
Жизнедеятельность различных почвенных микроорганизмов в Оренбургском Предуралье имеет особое значение в мобилизации питания растений в доступной форме, особенно при дефиците почвенного увлажнения [9, 10].
Активность микробного сообщества во многом зависит от влажности почвы, температурного режима, количественного содержания нитратного азота и других факторов (при создании благоприятных условий для размножения почвенных микроорганизмов удваивается интенсивность биологических процессов) [11].
Применение минеральных и органических удобрений является источником увеличения количества урожая и его качества, а также способствует повышению микробиологической активности почвы за счёт активации почвенных микроорганизмов, при создании единицы продуктивной части урожая снижает затраты влаги на 20 – 30 % [12, 13]. В.Н. Жижин и др. указывают на положительное влияние внесения минеральных удобрений на усиление микробиологических процессов [14]. Опыты, проведённые Н.Н. Терещенко и др. [15], свидетельствуют о максимальной активизации микробиологической деятельности в июне, т.е. в этот период отмечается увеличение взаимосвязи разложения органического вещества с содержанием нитратного азота [16].
Цели исследования:
– изучить влияние содержания нитратного азота и ГТК вегетационного периода на уровень биологической активности почвы под посевом яровой твёрдой пшеницы в последействии чёрного кулисного пара;
– изучить влияние биологической активности почвы и ГТК на урожайность яровой твёрдой пшеницы в последействии чёрного кулисного пара.
Материал и методы исследования. Объектом исследования выступает яровая твёрдая пшеница в последействии чёрного кулисного пара, а также почвообразцы под этим вариантом.
Полевые опыты проводятся на чернозёме южном в центральной зоне Оренбургской области. Координаты расположения стационарного многолетнего участка – 51.775125° с.ш., 55.306547° в.д.
Схема опыта представлена возделыванием яровой твёрдой пшеницы по чёрному кулисному пару в системе шестипольного зернопропашного севооборота (пар чёрный кулисный – яровая твёрдая пшеница – яровая мягкая пшеница – кукуруза на силос, просо, горох – яровая мягкая пшеница – ячмень).
Яровая твёрдая пшеница в последействии чёрного кулисного пара возделывается на двух по интенсивности фонах питания. Размер делянок обычного (без внесения удобрений) фона составляет 14,4 × 60 м (864 м2), удобренного (при применении минеральных удобрений в дозе N40P80K40 д.в.) – 14,4 × 30 м (432 м2).
При оценке микробиологического состояния чернозёма южного применялся метод льняного полотна, который позволяет делать вывод о биологической деятельности микрофлоры, разрушающей целлюлозу по степени разложения и убыли массы ткани (источника клетчатки), располагаемой в почвенном слое. Данный метод позволяет наблюдать за функционированием активного (живого) компонента почвы во времени и в пространстве [17].
Результаты исследования. Показателем комплексной оценки погодных условий является ГТК (гидротермический коэффициент по Селянинову), который представляет собой соотношение суммы осадков (мм) к сумме температур воздуха >10°, уменьшенной в 10 раз (отношение суммы осадков к испарению) за определённый период времени. В последние годы отмечается уменьшение ГТК в летние месяцы, что свидетельствует о более жарких, сухих и дискомфортных условиях при возделывании культурных растений [18]. В таблице 1 представлены данные ГТК за вегетационный период по годам исследования и число суховейных дней с относительной влажностью воздуха 30 % и ниже. Вегетационные периоды 12 из 18 лет исследований характеризуются высокой засушливостью (ГТК составлял <0,6), 4 года – засушливостью и 2 года (2003 и 2013) – незначительной засушливостью.
1. Число суховейных дней и показатель ГТК за вегетационный период в годы проведения опыта
Год
Число дней с относительной влажностью воздуха 30 % и ниже за вегетацию
ГТК
месяц
средний
май
июнь
июль
август
за два месяца (июнь – июль)
за вегетационный период
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
51
22
41
41
45
51
79
89
109
89
92
86
73
63
84
44
54
112
0,65
1,47
0,24
0,24
0,78
1,05
1,21
0,75
0,02
0,95
0,35
0,20
0,13
0,11
0,99
0,74
0,58
0,42
0,85
1,57
0,72
0,64
0,38
0,57
0,51
0,29
0,01
0,67
0,59
0,36
0,63
0,27
0,22
0,71
0,33
0,09
0
1,11
0,62
0,79
1,08
1,39
0,68
0,20
0,13
0,35
0,31
1,06
0,08
0,43
0,31
0,48
0,25
1,52
0,35
0,22
0,47
0,11
0,27
0
0,40
1,02
0,44
0,39
0,10
1,67
0,13
0,47
0,02
0,06
0,15
0,58
0,42
1,34
0,67
0,71
0,73
0,98
0,59
0,24
0,07
0,51
0,45
0,71
0,35
0,35
0,33
0,59
0,29
0,80
0,46
1,09
0,50
0,44
0,63
0,75
0,70
0,56
0,15
0,59
0,34
0,82
0,24
0,57
0,26
0,46
0,34
0,65
Среднее за 2002 – 2019 гг.
68
0,60
0,52
0,60
0,38
0,56
0,53
В среднем за 18 лет (2002 – 2019 гг.) гидротермический коэффициент за вегетационный период составил 0,53, что свидетельствует о высокой аридности места проведения опытов. Большую роль в формировании урожайности яровой твёрдой пшеницы играет биологическая активность почвы. На усиление или снижение активизации микробного сообщества во многом оказывают влияние осадки и температурный режим вегетационного периода. Пик активизации микроорганизмов приходится на июнь – июль (в этот же период нами определялась степень разложения льняного полотна).
Гидротермический коэффициент двух месяцев (июнь – июль) имел некоторое различие с ГТК вегетационного периода. Так, 10 лет из 18 ГТК за два месяца превышал среднее значение за вегетационный период. В связи с этим нами была определена степень разложения льняного полотна по годам исследований, которая соответствовала уровню биологической активности почвы в %. Наиболее благоприятные погодно-климатические условия для активизации биопроцессов в почве сложились в 2003 г. (уровень биологической активности почвы на обычном фоне достигал 37 % и более). Положительное влияние применения минеральных удобрений на биологическую активность почвы нами отмечено 7 лет из 18 (табл. 2).
2. Урожайность яровой твёрдой пшеницы по чёрному кулисному пару в зависимости от биологической активности почвы и содержания нитратного азота на двух фонах питания
Год
Содержание N–NO3, мг на 100 г почвы
Биологическая активность почвы, %
Урожайность,
т с 1 га
в период посева
в период уборки
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
2,9
4,0
6,1
4,4
6,8
3,6
2,8
3,7
43
5,1
8,3
9,3
5,2
6,2
7,4
10,5
4,6
15,7
2,9
3,5
8,3
8,3
6,3
3,4
3,3
4,8
5,8
5,7
6,9
10,5
4,7
9,1
16,4
17,8
8,8
15,9
8,2
2,7
2,5
2,3
7,0
2,7
2,8
2,3
11,8
5,3
5,2
5,9
3,7
12,8
15,2
8,5
10,7
8,9
4,6
2,9
2,2
3,5
6,1
1,3
3,8
4,6
13,6
6,0
6,0
4,4
5,1
13,1
14,0
9,4
10,5
13,7
12,0
37,5
–
18,2
9,7
15,8
–
–
5,8
13,3
9,9
14,6
8,6
5,9
6,0
5,1
3,5
9,4
4,8
30,5
–
14,7
14,3
25,0
–
–
1,7
10,6
15,8
16,5
7,4
10,8
5,2
5,2
3,4
11,5
0,87
1,77
0,13
–
–
0,75
1,54
1,68
–
1,90
0,68
0,52
0,14
0,56
0,19
1,92
0,95
0,33
0,75
2,04
0,20
–
–
0,88
1,58
1,70
–
2,21
0,68
0,95
0,13
0,64
0,48
2,00
1,03
0,45
Среднее за 2002 – 2019 гг.
6,2
7,9
6,6
6,9
11,7
10,9
0,93
1,05
Примечание: А – неудобренный фон, В – удобренный фон.
В 2010 г. в результате острой засушливости вегетационного периода (ГТК = 0,15) процент разложения льняного полотна был ничтожен (биологические процессы в почве были подавлены) и составил на фоне с применением минеральных удобрений 1,7 %. Ввиду сложившегося комплекса неблагоприятных условий урожайность яровой твёрдой пшеницы отсутствовала по двум фонам питания.
Отсутствие урожайности твёрдой пшеницы отмечалось также в 2005 и 2006 гг.
Применение минеральных удобрений положительно влияет на аккумуляцию нитратного азота в почве, как в период посева яровой твёрдой пшеницы, так и к моменту её уборки. В среднем за 2002 – 2019 гг. внесение удобрений привело к увеличению содержания нитратного азота в период посева на 1,7 мг (21,5 %), в период уборки – на 0,3 мг (4,3 %) на 100 г почвы.
Яровая твёрдая пшеница проявляет положительную реакцию на применение минеральных удобрений. В среднем за 2002 – 2019 гг. применение минеральных удобрений было эффективным, прибавка урожайности составляла 0,12 ц с 1 га. В 2002, 2012 и 2014 гг. эффект от применения удобрений отсутствовал. В 2002 г. отмечалась отрицательная реакция на удобрения. Ввиду большого содержания нитратного азота и повышенной биологической активности почвы на обычном (без удобрения) фоне была получена урожайность твёрдой пшеницы 0,87 т с 1 га, что на 0,12 т (16 %) выше, чем на интенсивном фоне.
В таблицах 3 и 4 подведены итоги регрессии для биологической активности почвы под посевами яровой твёрдой пшеницы по чёрному кулисному пару в сопряжении с гидротермическим коэффициентом за вегетацию и за июнь, июль на двух по интенсивности фонах питания.
3. Итоги регрессии для зависимой переменной: биологическая активность почвы
под посевом яровой твёрдой пшеницы по чёрному пару
Фон питания
БЕТТА
Стд. ош.
В
Стд. ош.
t(13)
Р-уров.
Неудобренный
св. член
–1,89776
3,530879
–0,537477
0,600019
ГТК за вегетацию
0,760197
0,180192
25,92449
6,144981
4,218806
0,001004
R = 0,760; R2 = 0,577; F(1,13) = 17,79
Удобренный
св. член
–2,50540
2,938744
–0,852542
0,409346
ГТК за вегетацию
0,829153
0,155045
27,35128
5,114457
5,347835
0,000132
R = 0,829; R2 = 0,687; F(1,13) = 28,59
4. Итоги регрессии для зависимой переменной: биологическая активность почвы
под посевом яровой твёрдой пшеницы по чёрному пару
Фон питания
БЕТТА
Стд. ош.
В
Стд. ош.
t12)
Р-уров.
Неудобренный
Св. член
–1,63635
2,134715
–0,766544
0,458168
ГТК июнь
0,778436
0,124757
17,21704
2,759301
6,239637
0,000043
ГТК июль
0,411003
0,124757
6,88944
2,091234
3,294437
0,006406
R = 0,902; R2 = 0,81; F(2,12) = 26,24
Удобренный
Св. член
–1,07033
2,155803
–0,496487
0,628521
ГТК июнь
0,541012
0,130249
11,57446
2,786559
4,153674
0,001338
ГТК июль
0,678032
0,130249
10,99380
2,111893
5,205664
0,000220
R = 0,892; R2 = 0,797; F(2,12) = 23,58
Данные таблицы 3 свидетельствуют о высоком уровне значимости Р-уров. = 0,0010 и 0,0001.
Доля влияния фактора (ГТК за период вегетации) на уровень биологической активности на обычном (неудобренном) фоне составляла 76 %, а на удобренном – 82 %, что ещё раз подтверждает эффективность применения минеральных удобрений в повышении биоактивности почвы.
В таблице 4 представлена зависимость биологической активности почвы от температуры воздуха и осадков (ГТК) летних месяцев (июнь и июль). Интенсивность протекания микробиологических процессов на неудобренном фоне на 77 % зависит от ГТК июня и на 41 % – от ГТК июля. На удобренном фоне влияние ГТК в июне составляло 54 %, в июле – 67 %.
В таблице 5 представлена зависимость урожайности яровой твёрдой пшеницы на удобренном и неудобренном фонах питания от ГТК мая и июня. Доля влияния фактора ГТК мая на неудобренном фоне составляла 35 %, ГТК июня – 39 %. При применении минеральных удобрений под твёрдую пшеницу доля влияния фактора ГТК мая составила 38 %, ГТК июня – 34 %.
5. Итоги регрессии для зависимой переменной: урожайность яровой твёрдой пшеницы
по чёрному кулисному пару
Фон питания
БЕТТА
Стд. ош.
В
Стд. ош.
t(13)
Р-уров.
Неудобренный
Св. член
0,151577
0,254091
0,596544
0,561057
ГТК май
0,593781
0,223163
0,956953
0,359656
2,0660,747
0,019607
R = 0,593; R2 = 0,352; F(1,13) = 7,07
Св. член
0,113613
0,248471
0,457247
0,6550,41
ГТК июнь
0,626063
0,216270
1,124945
0,388606
2,894823
0,012532
R = 0,626; R2 = 0,391; F(1,13) = 8,38
Удобренный
Св. член
0,185702
0,272248
0,682107
0,507143
ГТК май
0,616958
0,218273
1,089224
0,385356
2,826540
0,014285
R = 0,616; R2 = 0,380; F(1,13) = 7,98
Св. член
0,208771
0,282728
0,738418
0,473382
ГТК июнь
0,586484
0,224643
1,154427
0,442183
2,610745
0,021562
R = 0,586; R2 = 0,343; F(1,13) = 6,81
На рисунке 1 показан уровень урожайности яровой твёрдой пшеницы и биологической активности почвы под её посевами в последействии чёрного кулисного пара на обычном (без удобрений) фоне.
Рис. 1 – Уровень урожайности и биологическая активность почвы под посевом яровой твёрдой пшеницы в последействии чёрного кулисного пара на неудобренном фоне
На рисунке 2 показано содержание нитратного азота в период посева твёрдой пшеницы и степень его влияния на микробиологические процессы в почве. Графически видно, что при увеличении содержания нитратного азота повышается уровень биоактивности почвы.
Рис. 2 – Биологическая активность почвы и содержание нитратного азота под посевом яровой твёрдой пшеницы в последействии чёрного кулисного пара на неудобренном фоне
Выводы.
1. Яровая твёрдая пшеница проявляет положительную реакцию на минеральные удобрения, и в среднем за 18 лет исследований прибавка урожайности от их применения составила 0,12 т с 1 га.
2. При увеличении нитратного азота под посевами яровой твёрдой пшеницы повышается уровень биологической активности почвы.
3. Результаты наших исследований позволили установить связи ГТК с биологической активностью почвы. При увеличении гидротермического коэффициента активизируется микробиологическая активность почвы.
Литература
1. Влияние предшественников на продуктивность яровой твёрдой пшеницы, усвоение осадков и весенние запасы влаги в почве на чернозёмах южных степной зоны Южного Урала / Н.А. Максютов, В.Ю. Скороходов, Д.В. Митрофанов [и др.] // Животноводство и кормопроизводство. 2018. Т. 101. № 2. С. 194 – 200.
2. Аникович В.Ф., Кремер Г.А. Приёмы совершенствования технологии возделывания твёрдой пшеницы // Пути увеличения производства зерна в Оренбургской области. Уфа, 1987. С. 16 – 20.
3. Бесалиев И.Н., Крючков А.Г. Обеспеченность растений яровой твёрдой пшеницы азотом в зависимости от условий агротехники и её урожайность // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 5 (61). С. 27 – 30.
4. Бесалиев И.Н., Тухфатуллин М.Ф. Урожайность сортов твёрдой пшеницы на фоне различных видов основной обработки почвы в Оренбургском Предуралье // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2009. Т. 1. № 1 (21). С. 22 – 23.
5. Сандакова Г.Н. Твёрдая пшеница в целинных районах Оренбургского Зауралья: перспективы производства // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2004. № 1 С. 30 – 31.
6. Крючков А.Г., Тейхриб П.П., Попов А.Н. Твёрдая пшеница (современные технологии возделывания). Оренбург: ООО «Орен. кн. изд-во», 2008. 704 с.
7. Ряховский А.В., Ярцев Г.Ф., Кравченко В.Н. Применение удобрений под полевые культуры // Агробиологические особенности, технологии возделывания и параметры высокопродуктивных агроценозов полевых культур в условиях Южного Урала: научные труды. Юбилейный выпуск / под науч. и общ. ред. проф. Г.В. Петровой. Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2006. С. 54 – 72.
8. Гулянов Ю.А., Карпов М.С., Коренной А.С. Влияние озимой пшеницы на урожайность зерна на чернозёмах Южного Урала // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 1 (57). С. 23 – 26.
9. Биологическая активность почвы в специализированном севообороте при использовании пожнивного сидерата и соломы в качестве удобрения / В.Г. Лошаков, В.Т. Емцев, Л.К. Нице [и др.] //Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 1986. № 4. С. 10 – 17.
10. Бесалиев И.Н., Крючков А.Г. Обеспеченность растений яровой твёрдой пшеницы азотом в зависимости от условий агротехники и её урожайность // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 5 (61). С. 27 – 30.
11. Оценка биологического состояния южного чернозёма под разными севооборотами / ЮМ. Возняковская, Ю.Ф. Курдюков, Л.П. Лощинина [и др.] // Почвоведение. 1996. № 9. С. 1107 – 1111.
12. Кирюшин В.И. Классическое наследие и современные проблемы агропочвоведения // Почвоведение. 1996. № 3. С. 269 – 276.
13. Панников В.Д., Минеев В.Г. Почва, климат, удобрение и урожай. М.: Колос, 1977. 414 с.
14. Биологическая активность почвы под посевом проса в зависимости от предшествующих звеньев севооборотов на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья / В.Н. Жижин, В.Ю. Скороходов, Ю.В. Кафтан [и др.] //Вестник мясного скотоводства. 2013. № 2 (80). С. 124 – 126.
15. Микробиологические процессы в ризосфере при различных обработках почвы / Н.Н. Терещенко, Н.А. Лапшинов, В.Н. Пакуль [и др.] //Достижения науки и техники АПК. 2011. № 12. С. 12 – 15.
16. Скороходов В.Ю. Накопление и использование нитратного азота различными видами пара в период их парования на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья // Животноводство и кормопроизводство. 2018. Т. 101. № 1. С. 204 – 212.
17. Федорец Н.Г., Медведева М.В. Методика исследования почв урбанизированных территорий / Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2009. 84 с.
18. Васильев А.А. Изменение климата на Урале // Инновация и модернизация сельскохозяйственного производства в условиях меняющегося климата: матер. междунар. науч.-практич. конф. Оренбург: ГНУ Оренбургский НИИ сельского хозяйства РАСХН, 2011. 362 с.
№ 3 (83)
