Kazan', Russian Federation
In conditions of limited water supply, increasing the efficiency of spring barley cultivation remains a significant challenge. The objective of the study was to analyze the impact of mineral fertilizers and a moisture sorbent on growth, development and yield of the crop. The study was carried out on gray forest soils in the Republic of Tatarstan from 2022 to 2024 under various agrometeorological conditions. The experimental design involved studying the following variants: without fertilizers and hydrogel (control); N37P60K73; Akvasin hydrogel 50 kg/ha; N37P60K73 + Akvasin 50 kg/ha; Akvasin 100 kg/ha; N37P60K73 + Akvasin 100 kg/ha. Spring barley was sown at a rate of 4.5 million viable seeds per 1 ha. Observations of plant growth and development were carried out according to the methods of State variety testing. The crop was harvested in plots by direct threshing, the yield was recorded recalculated for 14% moisture content and 100% grain purity. During the research years, higher foliar photosynthetic potential was formed by crops in the variants with the introduction of N37P60K73 in combination with 50 kg/ha and 100 kg/ha of hydrogel; the value of this indicator increased, compared to the control, by 41% and 50%, respectively. With fertilizer application, total water consumption was higher and water consumption coefficients were lower than the control, especially with hydrogel application. Application of N37P60K73 resulted in an average 24.5% increase in barley grain yield over three years compared to the control. With an additional application of 50 kg/ha of hydrogel, the increase was 31.2%, and with 100 kg/ha of hydrogel, 36.7%.
spring barley (Hordeum sativum L.), leaf area, mineral fertilizers, hydrosorbent, yield
Введение. Ячмень – ценнейшая продовольственная культура, которая используется для различных целей (корма, пивоварение, крупа и др.) и которая в условиях Средневолжского региона может обеспечивать получение высоких урожаев [1, 2, 3]. Огромным преимуществом этой культуры выступает короткий вегетационный период, скороспелость и засухоустойчивость, вследствие чего экономно расходуется влага [4, 5, 6]. Эта культура, особенно двурядный ячмень при достаточном количестве продуктивной влаги на глубине залегания узловых корней хорошо кустится и может образовать несколько продуктивных побегов до наступления засушливой погоды во второй половине лета. Несмотря на перечисленные положительные стороны этой культуры, нужно отметить, что в засушливых условиях урожайность ячменя может быть низкой [7, 8, 9]. В связи с этим сельскохозяйственным товаропроизводителям необходимо уделить внимание технологиям накопления влаги, в том числе применению суперабсорбентов – гидрогелей [10]. Исследования, проведённые по изучению гидрогеля, выявили, что его внесение не только сохраняло влагу в корнеобитаемом слое, но и увеличивало урожайность зерновых, овощных и ягодных культур [11, 12, 13].
Цель исследования – изучить влияние минеральных удобрений и влагосорбента, внесенных в почву, на рост, развитие и урожайность ярового двурядного ячменя для совершенствования технологии возделывания культуры.
Условия, материалы и методы. Работу выполняли в 2022–2024 годы на серых лесных почвах ООО «Агробиотехнопарк» при ФГБОУ ВО «Казанский ГАУ». Агрохимические показатели участка: содержание гумуса – 3,6%, подвижных фосфора и калия по Кирсанову – соответственно 256…270 и 121…125 мг/кг, кислотность почвы – близкая к нейтральной (рН в солевой вытяжке = 6,2 ед.).
Схема опыта: без удобрений и гидрогеля (контроль); N37P60K73; гидрогель Аквасин 50 кг/га; N37P60K73 + Аквасин 50 кг/га; Аквасин 100 кг/га; N37P60K73 + Аквасин 100 кг/га. Доза минеральных удобрений рассчитана на получение запланированного урожая 5 т/га зерна.
Площадь делянки общая – 26 м2, учётная – 20 м2. Повторность опыта – 4-кратная. Предшественник – озимая пшеница. Объектом исследования служил яровой двурядный ячмень сорт Раушан. Посев проводили рядовым способом нормой 4,5 млн всхожих семян на 1 га. Погодные условия в вегетационный период 2022 году были благоприятными для роста и развития ярового ячменя. За май выпала двойная норма осадков, а средняя температура воздуха была на 3,3 °С ниже нормы (табл. 1). В июне их было треть месячной нормы, все они отмечены в первой декаде. В июле осадки выпали равные многолетним значениям, а температура воздуха была выше обычной. В августе средняя температура воздуха была выше нормы на 4,5 °C при полном отсутствии осадков.
Таблица 1 ‒ Погодные условия в период вегетации ярового ячменя
|
Показатель |
Месяц |
|||
|
Ⅴ |
ⅤⅠ |
ⅤⅠⅠ |
ⅤⅠⅠⅠ |
|
|
2022 г. |
||||
|
Осадки, мм |
78 |
19 |
62 |
0 |
|
Температура воздуха, о С |
10,7 |
18,6 |
21,3 |
22,5 |
|
Гидротермический коэффициент |
3,70 |
0,35 |
0,93 |
0,00 |
|
2023 г. |
||||
|
Осадки, мм |
47 |
6 |
33 |
20 |
|
Температура воздуха, о С |
16,0 |
16,3 |
21,5 |
20,2 |
|
Гидротермический коэффициент |
2,40 |
0,12 |
0,50 |
0,33 |
|
2024 г. |
||||
|
Осадки, мм |
53 |
16 |
56 |
29 |
|
Температура воздуха, о С |
11,0 |
21,7 |
22,1 |
18,4 |
|
Гидротермический коэффициент |
2,40 |
0,24 |
0,82 |
0,50 |
|
Средние многолетние значения |
||||
|
Осадки, мм |
38 |
57 |
62 |
55 |
|
Температура воздуха, о С |
14,0 |
18,3 |
20,5 |
18,0 |
Метеорологические условия 2023 года для вегетации ярового ячменя были неблагоприятными. Сумма осадков в мае превысила климатическую норму, а температура воздуха – многолетние значения на 2,0 °С. Июнь был засушливым, гидротермический коэффициент (ГТК) снизился до 0,12. В июле осадки составили 53 % от нормы, ГТК – 0,50. В августе ГТК составил 0,33. В 2024 году май был холодным и влажным, ГТК составил 2,40. В июне ГТК составил 0,24.
Результаты и обсуждение. Применение минеральных удобрений оказывает положительное влияние на развитие листовой поверхности (табл. 2). Наибольший в опыте рост площади листьев отмечали в период от кущения до конца фазы выхода в трубку. Прекращение фотосинтеза и отмирание листьев начиналось в фазе молочной спелости и происходило до фазы восковой спелости. В среднем за 2022–2024 годы площадь листьев ярового ячменя в варианте с внесением N37P60K73 в фазе кущения составила 26,3 тыс. м2/га, выхода в трубку – 33,3, колошения – 41,2, молочной спелости – 13,7 тыс. м2/га, тогда как в контрольном варианте соответственно фазам развития – 18,0, 29,0, 35,2 и 9,7 тыс. м2/га. Использование минеральных удобрений и 50 кг/га гидрогеля способствовало увеличению площади листьев до 27,3 в фазе кущения, 35,0 – выхода в трубку, 42,8 – колошения и 13,8 тыс. м2/га – молочной спелости. Наибольшая в опыте листовая поверхность выявлена в варианте с совместным использованием N37P60K73 и 100 кг/га гидрогеля.
Таблица 2 – Динамика формирования площади листьев ярового ячменя в зависимости от фона питания и гидросорбента, тыс. м2 /га
|
Вариант |
Фаза вегетации растений |
|||
|
кущение |
выход в трубку |
колошение |
молочная спелость |
|
|
2022 г. |
||||
|
Без удобрений (контроль) |
18,5 |
29,6 |
36,1 |
10,6 |
|
N37P60K73 |
27,0 |
34,5 |
43,0 |
14,5 |
|
50 кг/га гидрогеля |
19,0 |
30,3 |
36,4 |
11,0 |
|
N37P60K73 + 50 кг/га гидрогеля |
29,6 |
36,6 |
44,3 |
14,7 |
|
100 кг/га гидрогеля |
20,6 |
30,5 |
36,8 |
11,5 |
|
N37P60K73 + 100 кг/га гидрогеля |
30,6 |
37,0 |
45,8 |
15,0 |
|
НСР05 |
0,6 |
0,8 |
0,6 |
0,3 |
|
2023 г. |
||||
|
Без удобрений (контроль) |
17,4 |
28,3 |
34,4 |
9,0 |
|
N37P60K73 |
25,5 |
32,1 |
38,3 |
12,9 |
|
50 кг/га гидрогеля |
17,7 |
29,0 |
35,0 |
9,2 |
|
N37P60K73 + 50 кг/га гидрогеля |
25,5 |
33,1 |
40,4 |
12,6 |
|
100 кг/га гидрогеля |
18,0 |
29,0 |
35,5 |
9,5 |
|
N37P60K73 + 100 кг/га гидрогеля |
26,3 |
34,4 |
41,4 |
13,6 |
|
НСР05 |
0,5 |
0,6 |
0,8 |
0,3 |
|
2024 г. |
||||
|
Без удобрений (контроль) |
18,0 |
29,0 |
35,0 |
9,5 |
|
N37P60K73 |
26,4 |
33,4 |
42,4 |
13,8 |
|
50 кг/га гидрогеля |
18,5 |
29,5 |
36,0 |
9,7 |
|
N37P60K73 + 50 кг/га гидрогеля |
26,9 |
35,2 |
43,8 |
14,1 |
|
100 кг/га гидрогеля |
18,7 |
31,5 |
36,7 |
10,5 |
|
N37P60K73 + 100 кг/га гидрогеля |
27,7 |
36,3 |
43,9 |
14,7 |
|
НСР05 |
0,5 |
0,6 |
0,8 |
0,3 |
Учёт продолжительности деятельности листовой поверхности дает более емкое представление, выражаемое как фотосинтетический потенциал посева (табл. 3). В варианте с внесением N37P60K73 листовой фотосинтетический потенциал был выше контроля на 34%. Использование 50 кг/га гидрогеля увеличило листовой потенциал на 4,8%, а 100 кг/га – на 9,4 %. Сравнительно высокий листовой фотосинтетический потенциал выявлен при использовании N37P60K73 и 50 кг/га гидрогеля, превышавший контроль на 41%. При внесении N37P60K73 и 100 кг/га гидрогеля он был выше контроля на 50%.
Таблица 3 – Листовой фотосинтетический потенциал за вегетацию ярового ячменя в зависимости от фона минерального питания и гидросорбента, тыс. м2 /сут на 1 га
|
Вариант |
2022 г. |
2023 г. |
2024 г. |
Среднее |
|
Без удобрений (контроль) |
1549,2 |
1435,6 |
1502,8 |
1495,5 |
|
N37P60K73 |
2097,5 |
1887,2 |
2039,1 |
2007,7 |
|
50 кг/га гидрогеля |
1658,7 |
1496,2 |
1549,3 |
1567,3 |
|
N37P60K73 + 50 кг/га гидрогеля |
2232,6 |
1975,0 |
2138,4 |
2114,3 |
|
100 кг/га гидрогеля |
1759,3 |
1523,3 |
1629,9 |
1636,4 |
|
N37P60K73 + 100 кг/га гидрогеля |
2375,8 |
2112,7 |
2226,8 |
2237,5 |
|
НСР05 |
5,03 |
4,50 |
4,78 |
|
При фотосинтезе происходит накопление и увеличение органической массы растения. Соотношение сухой биомассы к листовой поверхности определяют, как чистую продуктивность фотосинтеза (табл. 4). В 2022 году чистая продуктивность фотосинтеза в среднем за вегетационный период оказалась заметно выше, чем в последующие годы. Хотя динамика чистой продуктивности фотосинтеза ярового ячменя различалась по вариантам, существенных различий в средневзвешенных значениях за вегетацию не выявлено. Однако можно отметить, что в вариантах с применением N37P60K73 и N37P60K73 + 50 кг/га гидрогеля продуктивность была выше, по сравнению с контролем.
Таблица 4 – Чистая продуктивность фотосинтеза ярового ячменя в зависимости от фона минерального питания и гидросорбента, г/м2 в сутки
|
Вариант |
Год |
Среднее |
||
|
2022 |
2023 |
2024 |
||
|
Без удобрений (контроль) |
4,50 |
3,14 |
3,31 |
3,65 |
|
N37P60K73 |
4,60 |
3,17 |
3,34 |
3,70 |
|
50 кг/га гидрогеля |
4,44 |
3,15 |
3,35 |
3,65 |
|
N37P60K73 + 50 кг/га гидрогеля |
4,53 |
3,15 |
3,35 |
3,68 |
|
100 кг/га гидрогеля |
4,35 |
3,15 |
3,35 |
3,62 |
|
N37P60K73 + 100 кг/га гидрогеля |
4,43 |
3,08 |
3,33 |
3,61 |
|
НСР05 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
|
Влага служит очень важным фактором, влияющим на рост и развитие ярового ячменя (табл. 5). В 2022 году перед посевом в слое 0…100 см почвы накопилось 183…185 мм доступной растениям влаги. К фазе выхода в трубку ярового ячменя запасы продуктивной влаги оставались хорошими — 121…133 мм. К концу вегетации или к моменту уборки запасы продуктивной влаги снизились до 101…123 мм. В 2023 г. количество продуктивной влаги в метровом слое почвы перед посевом, в фазе выхода в трубку и к моменту уборки было наименьшим в опыте.
Таблица 5 – Запасы продуктивной влаги в слое почвы 0…100 см под посевами ярового ячменя в зависимости от фона минерального питания и гидросорбента, мм
|
Вариант |
Срок определения |
Соотношение использованной влаги к урожайности, м3/т |
Использованная растениями влага, м3/га |
||
|
до посева |
выход в трубку |
уборка |
|||
|
2022 г. |
|||||
|
Без удобрений (контроль) |
183 |
130 |
118 |
530 |
2240 |
|
N37P60K73 |
184 |
121 |
101 |
453 |
2420 |
|
50 кг/га гидрогеля |
184 |
132 |
121 |
517 |
2220 |
|
N37P60K73 + 50 кг/га гидрогеля |
185 |
128 |
108 |
418 |
2360 |
|
100 кг/га гидрогеля |
183 |
133 |
123 |
507 |
2190 |
|
N37P60K73 + 100 кг/га гидрогеля |
185 |
129 |
110 |
406 |
2340 |
|
НСР05 |
4 |
4 |
2 |
11 |
52 |
|
2023 г. |
|||||
|
Без удобрений (контроль) |
165 |
110 |
68 |
670 |
1830 |
|
N37P60K73 |
166 |
101 |
53 |
592 |
1990 |
|
50 кг/га гидрогеля |
166 |
112 |
72 |
623 |
1800 |
|
N37P60K73 + 50 кг/га гидрогеля |
167 |
107 |
57 |
546 |
1960 |
|
100 кг/га гидрогеля |
165 |
114 |
74 |
604 |
1770 |
|
N37P60K73 + 100 кг/га гидрогеля |
167 |
111 |
60 |
530 |
1930 |
|
НСР05 |
4 |
2 |
2 |
13 |
42 |
|
2024 г. |
|||||
|
Без удобрений (контроль) |
171 |
118 |
71 |
719 |
2050 |
|
N37P60K73 |
172 |
108 |
56 |
628 |
2210 |
|
50 кг/га гидрогеля |
173 |
120 |
74 |
694 |
2040 |
|
N37P60K73 + 50 кг/га гидрогеля |
173 |
115 |
60 |
599 |
2180 |
|
100 кг/га гидрогеля |
172 |
122 |
77 |
645 |
2000 |
|
N37P60K73 + 100 кг/га гидрогеля |
173 |
119 |
63 |
538 |
2150 |
|
НСР05 |
4 |
5 |
2 |
14 |
48 |
Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы перед посевом в 2024 году составили 171…173 мм, к фазе выхода в трубку ярового ячменя уменьшились до 108…122 мм. Во все годы исследований на всех вариантах к концу вегетации запасы продуктивной влаги уменьшались. Эти изменения обуславливаются помимо гидротермических условий, использованием влаги на создание массы урожая. В удобренных вариантах использованная растениями влага оказалась больше, а соотношение использованной влаги к урожайности – меньше, особенно при использовании гидрогеля. Эффективное использование продуктивной влаги установлено в 2022 году, когда были зафиксированы наименьшие в опыте коэффициенты водопотребления – 418…530 м³/т.
Урожайность ярового ячменя сорта Раушан в 2022 году без применения минеральных удобрений составила 4,23…4,32 т/га, а при внесении расчётной дозы удобрений N37P60K73 для получения 5 т/га зерна — 5,34…5,77 т/га. (табл. 6). В среднем за 2022–2024 годы применение минеральных удобрений N37P60K73 привело к росту урожайности на 24,5%. При добавлении 50 кг/га гидрогеля к N37P60K73 урожайность увеличилась на 31,2%, а при внесении 100 кг/га гидрогеля совместно с N37P60K73 – на 36,7%, по отношению к контролю.
Таблица 6 – Урожайность ярового ячменя сорта Раушан в зависимости от фона минерального питания и гидросорбента, т/га
|
Вариант |
Год |
Среднее |
||
|
2022 г. |
2023 г. |
2024 г. |
||
|
Без удобрений (контроль) |
4,23 |
2,73 |
2,85 |
3,27 |
|
N37P60K73 |
5,34 |
3,36 |
3,52 |
4,07 |
|
50 кг/га гидрогеля |
4,29 |
2,89 |
2,94 |
3,37 |
|
N37P60K73 + 50 кг/га гидрогеля |
5,65 |
3,59 |
3,64 |
4,29 |
|
100 кг/га гидрогеля |
4,32 |
2,93 |
3,10 |
3,45 |
|
N37P60K73 + 100 кг/га гидрогеля |
5,77 |
3,64 |
4,00 |
4,47 |
|
НСР05 |
0,07 |
0,05 |
0,05 |
|
Выводы. Использование гидрогеля и минеральных удобрений в дозе N37P60K73 способствовало увеличению площади листьев, листового фотосинтетического потенциала ярового ячменя и более эффективному расходованию продуктивной влаги. Максимальная в опыте урожайность 4,47 т/га отмечена при внесении N37P60K73 и 100 кг/га гидрогеля, при уменьшении дозы гидрогеля до 50 кг/га величина этого показателя снижалась до 4,29 т/га. Прибавка к варианту с использованием только удобрений составила соответственно 0,40 и 0,22 т/га, к контролю – 1,20 и 1,02 т/га.
1. Levakova OV, Eroshenko LM, Eroshenko AN. [Evaluation of grain productivity and adaptability of domestic and foreign varieties of spring barley in Non-Chernozem zone of the Russian Federation]. Agrarnyy nauchnyy zhurnal. 2021; 3. 30-33 p. doi:https://doi.org/10.28983/asj.y2021i3pp30-33.
2. Shalaeva LV. [Trends in barley production and consumption in the Russian Federation]. Prodovolstvennaya politika i bezopasnost. 2023; Vol.10. 4. 719-734 p. doi:https://doi.org/10.18334/ppib.10.4.117196.
3. Postnikov PA, Popova VV, Vasina OV. [Spring barley yield depending on meteorological factors and nutritional background]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2025; Vol.39. 2. 19-24 p. doi:https://doi.org/10.53859/02352451_2025_39_2_19.
4. Amirov MF, Suleymanov RR, Sharakova GI. [Response of multi-row spring barley to different doses of fertilizers in the conditions of Kama region of the Republic. The role of agricultural science in solving problems of modern agriculture]. Nauchnye trudy vserossiyskoy (natsionalnoy) nauchno-prakticheskoy konferentsii, Kazan, 05-06 aprelya 2023 goda. Kazan: Kazanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet. 2024; 142-149 p.
5. Blokhin VI, Serzhanov IM, Lanochkina MA. [Responsiveness of Kamashevskiy spring barley variety to seeding rate]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2019; Vol.33. 5. 39-44 p.
6. Anisimova NN, Ionova EV. [Morphological criteria for assessing the productivity and drought resistance of spring barley]. Zernobobovye i krupyanye kultury. 2014; 4 (12). 39-42 p.
7. Amirov MF, Suleymanov RR, Sharakova GI. [Ways to increase the efficient use of productive moisture in spring barley crops in the conditions of Kama region of the Republic of Tatarstan. The role of agricultural science in solving problems of modern agriculture]. Nauchnye trudy vserossiyskoy (natsionalnoy) nauchno-prakticheskoy konferentsii, Kazan, 05-06 aprelya 2023 goda. Kazan: Kazanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet. 2024; 66-74 p.
8. Zaytseva GA, Ryaskova OM, Ponomarev PN. [The influence of the least soil moisture capacity on barley yield]. Nauka i Obrazovanie. 2023; Vol.6. 1. 86-91 p.
9. Seminchenko EV. [Influence of weather conditions on spring barley productivity in the zone of influence of the forest belt]. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture. 2021; Vol.13. 2. 114-127 p. doi:https://doi.org/10.12731/2658-6649-2021-13-2-114-127.
10. Pulatov YaE, Bakhriev SKh, Pulatov ShYa. [Innovative moisture-saving technology: hydrogel and a device for its introduction into the soil]. Vodnye resursy, energetika i ekologiya. 2022; Vol.2. 3. 52-58 p.
11. Revenko VYu, Agafonov OM. [Use of hydrogels in plant growing]. Mezhdunarodnyy zhurnal gumanitarnykh i estestvennykh nauk. 2018; 11-2. 59-65 p. doi:https://doi.org/10.24411/2500-1000-2018-10193.
12. Tseplyaev AN, Semenenko SYa, Kupriyanov AA. [Comprehensive solution to resource conservation problem in growing potatoes under irrigation using hydrosorbents]. Melioratsiya i gidrotekhnika. 2024; Vol.14. 3. 31-45 p. doi:https://doi.org/10.31774/2712-9357-2024-14-3-31-45.
13. Yanchenko AV, Fedosov AYu, Menshikh AM. [Polymer gels in vegetable growing]. Agrofizika. 2023; 2. 52-62 p. doi:https://doi.org/10.25695/AGRPH.2023.02.08.
