Russian Federation
UDK 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
GRNTI 68.33 Агрохимия
The article presents the results of studies of the influence of soil cultivation methods, mineral fertilizers and biofungicide on yield, grain quality of spring wheat and economic indicators. The studies were carried out in 2018-2020. The soil of the experimental site is represented by slightly leached heavy loamy chernozem with a humus content of 5.8%. The object of research is spring wheat, grade “Ulyanovskaya 100”. The subject of research is six methods of soil cultivation: 1) moldboard - (plowing by 20-22 cm PLN-4-35) control; 2) differentiated - (plowing 25-27 cm for the previous crop, disking 6-8 cm for spring wheat); 3) mulching - (by 10-12 cm APK-3 in spring); 4) comb - (OP-3S for 13-15cm); 5) disk - (paper machine for 6-8cm); 6) flat-carved - (KPSh-3 by 13-15cm). The experiment was carried out on four backgrounds: 1) N0P0K0 (control); 2. Background (N30P30K30 - for pre-sowing cultivation); 3. “Fitotrix”; 4.Background N30P30K30 + Fitotrix. The experiment was repeated four times. The arrangement of the plots is systematic, the total area of the plot is 250 m2 (10 x 25), the accounting area is 125 m2 (5 x 25). The highest yield - 3.73 t/ha, was achieved with the use of differentiated tillage, here the profitability of grain production was 161%, the energy efficiency coefficient was 3.51 units, against plowing, where the indicators were respectively by 0.15 t/ha, 52% and 0.43 units below. The greatest responsiveness in the harvesting of grain from fertilizers was observed in the variant with ridge cultivation, where the increments were 0.49 t/ha against the background of the application of N30P30K30, against the background of N30P30K30 + “Fitotrix” - by 0.96 t/ha relative to the non-fertilized background. The quality characteristics of the grain were similar regardless of the main tillage methods. The highest indicators were observed in the combination of biofungicide with mineral fertilizers, where the increase in gluten and protein was 3.4 and 1.1%, compared with the non-fertilized background
spring wheat (Triticum aestivum), tillage options, mineral fertilizers, biofungicide, yield, ear length, grain content, protein, gluten
Урожайность полевых культур – важнейший показатель, отражающий эффективность агроприёмов. Обработка почвы, несомненно, оказывает на нее значительное влияние [1, 2, 3]. Формирование высоких и стабильных урожаев возможно на основе дифференцированного подхода к использованию природных, техногенных и экономических ресурсов. В современных условиях в каждом конкретном климатическом, природно-экономическом регионе и даже в отдельном хозяйстве должны быть разработаны и введены адаптивные ресурсосберегающие технологии возделывания сельскохозяйственных культур [4, 5, 6].
Улучшение плодородия почвы и повышение продуктивности пахотных земель неразрывно связано с освоением ресурсосберегающих инновационных способов обработки почвы в сочетании с рациональным использованием минеральных удобрений и средств защиты растений [7, 8]. Важным направлением решения этой задачи может быть применение удобрений на фоне менее затратных почвозащитных способов обработки почвы. Высокие экологические требования к сельскохозяйственной продукции предусматривают совершенствование ассортимента пестицидов и поиск путей наиболее рационального их применения. В последние несколько лет активно развивается новое направление защиты сельскохозяйственных культур, основанное на применении биологических средств защиты растений или биофунгицидов, к числу которых относят микробиологические препараты на основе микроорганизмов (бактерии, грибы, вирусы и простейшие) и продуктов их жизнедеятельности [9, 10].
Для рационального использования удобрений и биофунгицидов, нужно знать, какое влияние они оказывают на повышение урожайности и улучшение качества продукции на фоне разных способов и систем основной обработки почвы. Результаты исследований по минимизации обработки почвы, в зависимости от почвенно-климатических условий, сильно различаются. Пока не выработано единого мнения о преимуществе технологий с минимальными приемами обработки почвы, по сравнению с классической вспашкой. Не определена роль сочетания механической обработки почвы, удобрений и биопрепаратов в продукционных процессах полевых культур. В связи с этим изучение ресурсосберегающих систем обработки почвы, а также приемов, обеспечивающих защиту растений от болезний и дополнительное питание растений, – актуальная задача науки и производства.
Цель исследований – изучить влияние основной обработки почвы, минеральных удобрений и биофунгицида на урожайность и качество зерна яровой пшеницы для оптимизации агротехники культуры.
Условия, материалы и методы. Работу проводили в Ульяновском научно-исследовательском институте сельского хозяйства – филиале Самарского научного центра РАН в 2018–2020 гг. Почва опытного участка представлена слабовыщелоченным тяжелосуглинистым черноземом на желто-бурой карбонатной глине, который характеризуется следующими агрохимическими показателями: содержание гумуса (по Тюрину в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26213-91) – 5,8 %, подвижного фосфора и калия (по Чирикову в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26204-91) – 220…280 и 70…90 мг/кг соответсвенно, сумма поглощенных оснований (по Каппену-Гильковицу, ГОСТ 26212-84) – 46…59 мг-экв./100 г. Мощность гумусового горизонта – 79 см, pНвод в верхнем горизонте 7,0 ед., вниз по профилю увеличивается до 8,1 ед.
Материалом для исследований служил сорт яровой пшеницы Ульяновская-100. Схема опыта предусматривала изучение следующих вариантов обработки почвы (фактор А): отвальная вспашка на 20…22 см ПЛН-4-35 (контроль); дифференцированная разноглубинная – под предшествующую культуру вспашка на 25...27 см, под яровую пшеницу дискование на 6…8 см; без основной осенней обработки, весной мелкая мульчирующая обработка на 10…12 см АПК-3; гребнекулисная на 13…15 см ОП-3С; дисковая на 6…8 см БДМу; плоскорезная на 13…15 см КПШ-3.
Перед посевом во всех вариантах опыта проводили культивацию на глубину заделки семян (ОПО-4,25). Посев осуществляли дисковой сеялкой СЗ-5,4, с нормой высева 5,5 млн всхожих семян на 1 га, после этого почву прикатывали 3ККШ-6А.
Эффективность основной обработки почвы изучали на четырех фонах минерального питания растений (фактор B): без удобрений (контроль); N30P30K30 рекомендованная в зоне исследования стартовая доза под предпосевную культивацию; препарат «Фитотрикс»; N30P30K 30 + «Фитотрикс».
«Фитотрикс» – биологический фунгицид на основе почвенного гриба Trichoderma ASPERELLUM М 18. Он оказывает положительное влияние на рост и развитие растений, улучшает фитосанитарное состояние почвы. Подавляет около 60 видов почвенных патогенов, вызывающих корневые гнили, семенные инфекции, макроспориоз, фузариозное и вертициллезное увядание, черную ножку, белую гниль, ризоктиниоз, аскохитоз, фитофтороз, паршу и др. [11].
Удобрения в дозе N30P30K30 вносили под предпосевную культивацию навесным разбрасывателем (AMAZONE-ZA-M), биофунгицид – опрыскивателем ОП-2000 в фазе выхода в трубку.
Наблюдения и учеты проводили по общепринятым методикам. Структуру урожая анализировали на постоянных площадках 1 м2 по методике Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Массу 1000 зерен определяли по ГОСТ 28636-90, содержание клейковины, белка, засоренность – по ГОСТ 3040-55, ГОСТ 9404-60. Азот протеина определяли по методу Кьельдаля. Учет урожайности осуществляли путем сплошного обмолота всей массы с учетной делянки комбайном СК-5. Данные приводили к 100 %-ной чистоте и 14 %-ной влажности (ГОСТ 27548-97). Экономическую эффективность анализировали расчетно-нормативным методом по Методическим рекомендациям МСХ РСФСР.
Результаты исследований подвергали математической обработке методами дисперсионного и корреляционно-регрессионного анализов по Доспехову Б. А. с использованием программ AGROS версия 2.06, STATISTIKA 1991 и Microsoft Excel 2007.
Вегетационные периоды во все годы исследований характеризовались повышенным температурным режимом. Превышение за период май–август (среднемноголетняя 17,07 оС) в 2018 г. составило 2,03 оС, в 2019 г. – 1,43 оС, в 2020 г. – 0,98 оС. Типизация лет исследований на основе ГТК теплого периода позволяет классифицировать 2018 г. как засушливый (ГТК = 0,5 при норме 1,0) – осадков выпало на 49 % ниже многолетней нормы. В 2019 г.
(ГТК = 1,0) увлажнение находилось на уровне многолетней нормы, сумма осадков составила 220,3 мм. Вегетационный период 2020 г.
(ГТК = 1,3) характеризовался прохладной и дождливой погодой в апреле, мае, июне и августе. Осадков выпало на 29 % выше многолетней нормы (223 мм).
Анализ и обсуждение результатов. Уровень потенциальной продуктивности яровой пшеницы определяется продуктивным стеблестоем, который в опытах зависел от обработки почвы. Весенняя мелкая обработка снижала величину этого показателя, по сравнению с осенней вспашкой, на 20 шт./м2. В вариантах с мелкой гребнекулисной обработкой и дискованием продуктивная кустистость перед уборкой яровой пшеницы составила 381…380 шт./м2, что находилось на уровне контроля. Увеличение продуктивного стеблестоя в зависимости от обработки почвы, минеральных удобрений и биофунгицида математически доказуемо. Множественный коэффициент корреляции между густотой продуктивного стеблестоя и изучаемыми факторами характеризовал ее как значимую тесную r=0,897±0,10. Доля влияния обработки почвы (фактор А) составила – 13,4 %, применения удобрений и фунгицида (фактор B) – 14 %, взаимодействие А×В – 34,4 %.
Наименьшая длина стебля 84,3 см зафиксирована в варианте с весенней мелкой обработкой. Самым высоким он был на фоне дисковой и плоскорезной обработки – 89,1…89,5 см. В остальных вариантах длина стебля различалась незначительно и составила 87,0…87,5 см.
Наибольшую длину колоса (8,4 см) и число зерен в нем (36,8 шт.) отмечали в варианте с дифференцированной обработкой. Близкие по величине показатели (8,3 см и 34,9…35,8 шт. соответственно) зафиксированы в вариантах с дисковой и гребнекулисной обработкой. Наименьшие длину колоса (8,0 см), число зерен в колосе (31,9 шт.) и массу зерна с колоса (1,24 г) наблюдали в варианте с мелкой весенней обработкой (табл. 1), в котором множественные коэффициенты корреляции между длиной колоса и факторами А и B составили соответственно r=0,732±0,07 и r=0,691±0,06.
Массу 1000 зерен определяли гидротермические условия периода активной вегетации. Она в большей степени зависела от метеоусловий отдельного года, чем от способов основной обработки почвы. В вариантах без вспашки масса 1000 зерен в среднем за годы исследований составила 38,5…38,9 г, с дифференцированной и отвальной обработкой –
39,0…39,1 г. Наибольшая масса 1000 зерен за весь период исследований отмечена в 2020 г. –
40,5 г. Этому способствовали лучшие условия влагообеспеченности этого года, которые привели к увеличению продолжительности всех фаз формирования зерна и стабильному накоплению сухого вещества. В 2018 г. из-за минимального за годы исследований количества осадков, наряду с повышенными температурами воздуха, зерно было самым мелким – масса 1000 шт. 37,9 г.
Отмечена тенденция к изменению элементов структуры урожая при использовании минеральных удобрений и биофунгицида Фитотрикс. Под влиянием минеральных удобрений масса зерна с колоса возрастала в среднем на 0,15 г, число зерен в колосе – на 2,5 шт. Наиболее высокими величины этих показатели были при сочетании биофунгицида с удобрением: соответственно на 0,23 г и 3,9 шт. выше, чем на фоне естественного плодородия почвы. Лучшие показатели зафиксированы варианте с дифференцированной обработкой и совместным применением минеральных удобрений (N30P30K30) с биофунгицидом «Фитотрикс». Отмечена высокая положительная связь между числом зёрен в колосе и урожайностью – r=0,76±0,09, между урожайностью и массой зерна с колоса – от r=0,63±0,07. Масса 1000 зёрен во все годы изучения положительно коррелировала с урожайностью, но связь была слабой.
Воздействие изучаемых элементов технологии возделывания на урожайность было значимым и неравноценным. Доля влияния фактора А составила 2,70 %, фактора В –
68,3 %, взаимодействия А×В – 20,7 %,. Исследуемые варианты основной обработки почвы не оказывали значительного влияния на продукивность. В годы исследований ее, прежде всего, определяли складывающиеся климатические условиями. Вклад фактора год в проявление признака составлял 23,7 %. В связи с тем, что поле, на котором проводили исследования, расположено в зоне неустойчивого увлажнения решающее значение в создании уровня продуктивности культуры имела обеспеченность посевов влагой. Суммарное количество осадков весенне-летнего периода вегетации достаточно четко определяло уровень урожайности зерна. Наибольшая урожайность яровой пшеницы сформировалось в 2020 г. при их сумме за май–август 287 мм (климатическая норме 223 мм), в среднем по вариантам сбор зерна составил 3,90 т/га. В 2019 г. при снижении суммы осадков до 220,3 мм урожайность была меньше, чем в 2020 г., на 0,15 т/га. В более засушливом 2018 г., когда сумма осадков за май–август не превышала 108,5 мм, она составила всего 2,99 т/га, что на 0,91 т/га ниже, чем в 2020 гг.
В среднем за годы исследований более эффективной по действию на продуктивность оказалась дифференцированная в севообороте обработка почвы, на фоне которой продуктивность в среднем по всем фонам удобрений и средств защиты растений составила 3,73 т/га, что выше, чем после осенней вспашки, на 0,15 т/га. В этом варианте удалось достичь лучших экономических и биоэнергетических показателей. Производственные затраты и себестоимость продукции, по отношению к вспашке, снизились в среднем на 18 и 25 % соответственно. Условно чистый доход и коэффициент энергетической эффективности возросли на 25 % и 16 % соответственно.
Из вариантов безотвальной обработки наибольший сбор зерна обеспечила гребнекулисная – 3,63 т/га. На фоне отвальной, дисковой и плоскорезной обработкой различий в урожайности зерна практически не отмечали – 3,52…3,58 т/га, что свидетельствуе о равноценности этих вариантов. Причем безотвальные мелкие и поверхностные обработки дешевле и должны находить большее применение. Так, при гребнекулисной, плоскорезной и дисковой обработках производственных затрат снижались, по сравнению с традиционной вспашкой, на 14, 15 и 18 % соответственно, что позволило уменьшить себестоимость продукции на 16, 13, 17 % и повысить рентабельность производства на 33, 26, 35 % соответственно.
Основные элементы минерального питания оказывают значительное влияние на биохимические и физиологические процессы, протекающие в растениях на протяжении всего периода вегетации и, следовательно, на величину и качество урожая. Внесение удобрений обеспечило достоверную прибавку урожайности изучаемой культуры. В среднем по способам обработки почвы на фоне естественного плодородия почвы она составила 3,23 т/га. Внесение N30P30K30 повышало продуктивность на 0,43 т/га. Обработка растений «Фитотриксом» увеличивала сбор зерна, по сравнению с не удобренным фоном, на 0,16 т/га, его совместное применение с N30P30K30 – на 0,67 т/га.
Наибольшую отзывчивость на удобрения наблюдали в варианте с гребнекулисной обработкой – урожайность возрастала с 3,20 т/га (без удобрения) до 4,16 т/га (N30P30K30 + «Фитотрикс»). При отвальной обработке прибавки составляли 0,20…0,30 т/га. В остальных вариантах результативность применения минеральных удобрений отдельно и в сочетании с биофунгицидом составила соответственно 0,42…0,55 и 0,59…0,75 т/га соответственно.
Качественные характеристики зерна были высокими, не зависели от основной обработки почвы. В среднем по вариантам содержание клейковины составляло от 28,0 до 29,1 %, протеина – от 12,5 до 13,1 % (табл. 2).
Известно, что между содержанием белка и клейковины в нормально развитом и созревшем зерне существует тесная связь, которая выражается высоким коэффициентом прямой корреляции и отношением клейковины к белку, равным 2,2 [12]. Это подтвердилось и в наших исследованиях. Отношение клейковины к белку в среднем по фонам удобренности составило 2,23.
Применение минеральных удобрений в дозе N30P30K30 повышало содержание клейковины и белка в зерне яровой пшеницы во всех вариантах в среднем на 2,7 и 0,9 %. Наилучшие показатели качества зерна отмечены при сочетании биофунгицида с минеральными
1. Zabrodin AA. [Influence of various methods of soil cultivation on the yield and grain quality of winter wheat]. Vestnik Orel GAU. 2012; 2 (12): 28-31 p.
2. Sabitov MM. [Cultivation of spring wheat at different intensification levels]. Zashchita i karantinrastenii. 2017; (3): 20-23 p.
3. Kuzina EV. [Changes in the yield of winter wheat and grain quality depending on the methods of basic tillage and the level of fertilization]. Agrarnyi nauchnyi zhurnal. 2016; (11): 24-29 p.
4. Kulikova AKh, Nikitin SN, Toigildin AL. Biopreparations in the spring wheat fertilization system. Research journal of pharmaceutical, biological and chemical sciences. 2017; 1 (8); 1796-1800 p.
5. Solodovnikov AP, Levkina AYu. [Influence of tillage methods and agrochemicals on the yield and quality of winter wheat grain in Saratov region]. Agrarnyi nauchnyi zhurnal. 2020; (3): 29-35 p.
6. Kiryushin VI. [Tasks of scientific and innovative support of agriculture in Russia]. Zemledelie. 2018; (3): 3-8 p.
7. Lapshinov NA, Pakul VN, Bozhanova GV, Kuksheneva TP. Accumulation and preservation of productive moisture in resource-saving technologies. Research Jornal of international Studies. Mezdunarodnyj naueno-issledovatelskij zurnal. 2013; 4 (11): 131-134 p.
8. Raimanova I. The effects of differentiated water supply after anthesis and nitrogen fertilization on 15N of wheat grain. Haberle. Rapid Commun: Mass Spectrom. 2010; 3 (24): 261-266 p.
9. Zakharenko VA. [Economic feasibility of the system of protection of grain crops in Russia]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2018; 32 (7): 5-8 p.
10. Manylova OV, Chernyshkov BN, Kartashov MI. [The effectiveness of biofungicides against root rot and septoria winter wheat in the forest-steppe of Altai region]. Vestnik Altaiskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2018; 5 (163): 54-58 p.
11. LLC Scientific and Production Institute “Biopreparations”: Fitotriks. [Internet]. [cited 2021 March 18]. Available from: https://biopreparaty.ru/fitotriks/.
12. Kodanev IM. Agrotekhnika i kachestvo zerna. [Agrotechnics and grain quality]. Moscow: Kolos. 1970; 232 p.
