п.г.т. Усть-Кинельский, Самарская область, Россия
Цель исследований – повышение урожайности озимой пшеницы, увеличение содержания крахмала и сахаров в зерне путём биологизации агротехнологии в условиях Среднего Поволжья. Исследования проводились в 2017-2019 гг. на полях кафедры «Землеустройство, почвоведение и агрохимия», лаборатории «Агроэкология» Самарского ГАУ. Применяли три способа механической обработки почвы, изучали влияние сухого, жидкого органических удобрений ООО «АгроПромСнаб» и навоза на урожайность зерна, содержание крахмала, сахаров в зерне озимой пшеницы сорта Светоч. Урожайность по вспашке в среднем за годы исследований составила 3,43 т/га. Вариант без механической обработки почвы совместно с органическими удобрениями оказал большее воздействие и повысил урожайность зерна на 11,9%, применение навоза привело к повышению урожайности по сравнению с неудобренным фоном на 11,5%. Содержание крахмала в зерне в варианте по вспашке составило 69,2%, вариант без механической обработки почвы совместно с органическими удобрениями повысил содержание крахмала в зерне на 11,9%, применение навоза привело к повышению содержания крахмала в зерне по сравнению с неудобренным фоном на 11,8%. На накопление сахаров вариант без механической обработки почвы оказал воз-действие в большей степени и превысил другие варианты на 2,2 %, навоз в большей мере способствовал увеличению содержания сахаров, по сравнению с удобрениями. Максимальное значение отношения содержания крахмала к содержанию белка в зерне озимой пшеницы (показатель пищевой эффективности) было в варианте без осенней механической обработки – 4,85, вспашка с применением удобрений обеспечила повышение данного показателя на 3,6%, сухое органическое удобрение максимально увеличило данный показатель – на 4 %. Биологизация агротехнологии возделывания озимой пшеницы, включающая вариант без осенней механической обработки почвы и применение органических удобрений, таких как навоз, сухое и жидкое органические удобрения, способствовала повышению урожайности зерна и содержания крахмала, положительно отразилась на показателе пищевой эффективности.
озимая пшеница, обработка почвы, органические удобрения, урожайность, крахмал, сахара, пищевая эффективность
Принципом биологического земледелия является прежде всего глубокое знание и рациональное использование законов природы [1], куда относится обеспечение сельскохозяйственных растений азотным питанием за счет максимального использования биологического азота. При этом возможно применение органических азотных удобрений, полученных различными способами, так называемых новых азотных удобрений [1].
Теоретические основы биологизации были заложены в работах А. В. Советова, в которых он, отмечая роль корреляции земледелия с животноводством, придавал большое значение естественным процессам и взаимосвязям в агросистемах, благодаря которым осуществляется воспроизводство почвенного плодородия. В конце XIX столетия А. С. Ермолов обосновал направления, которые теперь называют принципами биологического земледелия. Базисом теории биологизации признается учение В. Р. Вильямса, считавшего возможным внедрение в нашей стране экологически сбалансированных систем и воспроизводство плодородия почв преимущественно естественным путем. Академиком А. А. Жученко была разработана стратегия адаптивной интенсификации растениеводства, основанная на экологизации и биологизации интенсивных процессов сельского хозяйства страны. При этом целесообразным стало адаптивное применение факторов интенсификации земледелия с учетом обязательного сохранения окружающей среды при более активном вовлечении в процесс сил природы [2].
Основными веществами пшеницы, ради которых она и возделывается, являются белок и крахмал. Кроме того, зерно содержит некоторое количество полувысыхающего жидкого масла, богатого ненасыщенными кислотами, зольные элементы и витамины группы В. Углеводы по количеству занимают первое место среди других веществ зерна, составляют главную массу зерна, примерно две трети [3], синтезируются из углекислого газа и воды и служат основным энергетическим запасным веществом развивающегося зародыша. Крахмал по количеству занимает первое место среди других веществ зерна [4].
Цель исследований – повышение урожайности озимой пшеницы, увеличение содержания крахмала и сахаров в зерне путём биологизации агротехнологии в условиях Среднего Поволжья.
Задача исследований – изучить влияние новых органических удобрений (сухого и жидкого органических удобрений ООО «АгроПромСнаб») и навоза на урожайность зерна, содержание крахмала, сахаров (моно- и дисахаридов, редуцирующих сахаров, прочих сахаров) в зерне озимой пшеницы при различных способах обработки почвы (вспашка на 20-22 см, рыхление на 10-12 см и без механической обработки); оценить пищевую эффективность зерна озимой пшеницы по отношению содержания крахмала к содержанию белка.
Материал и методы исследований. Озимая пшеница требовательна к влаге весь период вегетации. Является холодостойкой культурой, формирует высокую урожайность на обеспеченных питательными веществами почвах. Объект исследований – сорт озимой пшеницы Светоч. Сорт озимой мягкой пшеницы Светоч включен в Госреестр селекционных достижений с 2005 года по Средневолжскому региону. Среднеспелый сорт. Зимостойкость повышенная. Биологическая особенность сорта Светоч заключается в том, что в весенний период характеризуется быстрым темпом роста, в осенний период при дефиците влаги способен сформировать продуктивный колос [5]. В опытах высевали протравленные семена (элита).
Исследования проводились в 2017-2019 гг. на полях кафедры «Землеустройство, почвоведение и агрохимия», лаборатории «Агроэкология» Самарского ГАУ. Рельеф местности выровненный, почва опытного поля – чернозем типичный среднегумусный среднемощный тяжелосуглинистый [5]. Размер делянок мелкоделяночного опыта м2 (1 х 1). Повторность опыта трехкратная. Применяемый гербицид Прима в дозе в дозе 500 мл/га.
Поле расположено в центральной зоне Самарской области. Среднемноголетнее количество осадков составляет 410 мм, за вегетационный период в среднем 234 мм. Из них в апреле – 27, мае – 33, июне – 39, июле – 47, августе – 44 и в сентябре – 44 мм осадков. Средняя продолжительность теплого периода составляет 145-150 дней. Почва опытного участка содержит органического вещества 5,7%, подвижного фосфора – 130-152 мг/кг, обменного калия – 311-324 мг/кг, легкогидролизуемого азота – 105-127 мг/кг, рН – 5,8.
По данным метеостанции «Усть-Кинельская», метеорологические условия в период проведения исследований были контрастными и их можно охарактеризовать как не совсем благоприятными для возделывания озимых и ранних яровых, но позволившие получить хороший урожай.
Применяли три способа механической обработки почвы [5].
Вспашка на 20-22 см включает рыхление и перемешивание почвы. Вспашка предназначена для создания благоприятного водно-воздушного, теплового режимов заделки семян и остатков сорных растений. Создает оптимальные условия для накопления влаги.
Рыхление на 10-12 см позволяет увеличить доступ в почву воды, воздуха и питательных веществ. При этом создается мульчирующий слой, разрушается почвенная корка.
Без осенней механической обработки – позволяет увеличить накопление влаги в грунте, предотвращает водную и ветровую эрозии.
На всех вариантах после сбора урожая солому измельчали и оставляли на полях.
Озимую пшеницу выращивали в пятипольном зернопаровом севообороте по чистому пару.
В технологиях возделывания озимой пшеницы важное место занимает применение органических удобрений, которые играют значительную роль для воспроизводства плодородия почв, обеспечения бездефицитного баланса гумуса и биогенных элементов наряду с соблюдением научно
обоснованных севооборотов, снижением эрозионных потерь. ООО «АгроПромСнаб» производит инновационные органические удобрения на основе отходов животноводства, остатков сельскохозяйственных культур в соответствии ГОСТ Р 53117-2008 «Национальный стандарт Российской Федерации. Удобрения органические на основе отходов животноводства». Удобрения выпускаются в жидкой и твердой (сухой) форме. Предназначены для применения в сельскохозяйственном производстве, садоводстве, лесном хозяйстве, на приусадебных участках. Основой органических удобрений являются птичий помет, отходы животноводства и очистки семян с добавлением гуминовых кислот, фульвокислот и микроэлементов. Навоз содержит до 20% азота, 75-90% органического вещества, в том числе гуминовых кислот и других легко и трудно разлагающихся компонентов [5, 8].
Перепревший навоз вносили в количестве 30 т/га в физическом весе. В жидком органическом удобрении содержание сухого вещества в твердой форме удобрения составляет 2,2%, массовая доля общего азота 0,28 % при влажности 97,8 %. Содержание сухого вещества в твердой форме удобрения – 89,9%, массовая доля общего азота в удобрении с исходной влажностью – 5,28% [6].
Учет урожая проводили сплошным методом с пересчетом на 14% влажность зерна и 100% чистоту [6]. Все наблюдения и другие сопутствующие исследования проводили в трёхкратной повторности по соответствующим методикам [7, 8]. Аналитические определения проводили на кафедре «Садоводство, ботаника и физиология растений». Возделывание озимой пшеницы проводилось по общепринятой агротехнологии для условий Среднего Поволжья. Содержание крахмала в зерне определяли колориметрическим методом Ф. Л. Калинина (1962) и по Н. И. Ястребовичу, сахаров – по методике, представленной в источниках [9,10]. Расчет изучаемых показателей проводили согласно общепринятым методикам [11, 12, 13]. Статистическая обработка данных произведена с использованием пакета компьютерных программ Excel и «Пакет программ по статистике» [14,15].
Результаты исследований. Результаты изучения влияния способов обработки почвы и органических удобрений на продуктивность озимой пшеницы и на содержание углеводов в зерне представлены в таблице 1.
Таблица 1
Урожайность, содержание крахмала и сахаров в зерне озимой пшеницы в зависимости
от способов основной обработки почвы и удобрений (в среднем за период исследования)
|
Обработка почвы |
Удобрения |
Урожайность, т/га |
Крахмал, % |
Моно- |
Редуци- рующие сахара, % |
Прочие |
Отношение крахмала |
|
Вспашка |
Без удобрений |
3,12 |
62,3 |
2,68 |
0,60 |
0,28 |
4,55 |
|
Навоз, 30 т/га |
3,51 |
70,1 |
2,34 |
0,42 |
0,31 |
4,64 |
|
|
Сухое органическое удобрение |
3,37 |
69,6 |
2,0 |
0,35 |
0,34 |
4,80 |
|
|
Жидкое органическое удобрение |
3,42 |
68,1 |
2,34 |
0,46 |
0,33 |
4,70 |
|
|
Рыхление |
Без удобрений |
3,04 |
61,8 |
3,01 |
0,55 |
0,28 |
4,68 |
|
Навоз, 30 т/га |
3,39 |
68,4 |
2,68 |
0,30 |
0,27 |
4,75 |
|
|
Сухое органическое удобрение |
3,35 |
67,9 |
1,98 |
0,45 |
0,31 |
4,82 |
|
|
Жидкое органическое удобрение |
3,40 |
68,9 |
2,56 |
0,43 |
0,27 |
4,75 |
|
|
Без механической обработки |
Без удобрений |
3,00 |
61,5 |
3,45 |
0,60 |
0,31 |
4,70 |
|
Навоз, 30 т/га |
3,29 |
69,5 |
2,77 |
0,75 |
0,35 |
4,76 |
|
|
Сухое органическое удобрение |
3,37 |
68,1 |
2,44 |
0,50 |
0,36 |
4,90 |
|
|
Жидкое органическое удобрение |
3,38 |
68,9 |
2,87 |
0,62 |
0,34 |
4,89 |
|
|
Коэффициент вариации, V, % |
11 |
15 |
6 |
4 |
1,3 |
|
|
|
Без удобрений, среднее |
3,05 |
62,0 |
3,05 |
0,58 |
0,29 |
4,64 |
|
|
Навоз, среднее |
3,40 |
69,3 |
2,60 |
0,49 |
0,34 |
4,72 |
|
|
Сухое органическое удобрение, среднее |
3,36 |
68,6 |
2,14 |
0,43 |
0,33 |
4,84 |
|
|
Жидкое органическое удобрение, среднее |
3,38 |
68,5 |
2,58 |
0,47 |
0,30 |
4,78 |
|
Величина урожайности зерна озимой пшеницы за годы исследований варьировала и в среднем по вспашке было получено 3,43 т/га, что превысило на 2,4% урожайность в варианте без осенней механической обработки почвы и на 1,5 % – в варианте с рыхлением. Математическая обработка показала, что влияние обработки почвы с использованием удобрений по сравнению с неудобренным фоном было положительным. По вспашке средний показатель урожайности с применением удобрений превысил показатель без удобрений на 10%, по рыхлению – на 11,2% и без механической обработки – на 11,6%, что показывает более значительное влияние варианта без осенней механической обработки почвы с применением органических удобрений на урожайность озимой пшеницы по сравнению с другими способами обработки почвы.
Применяемые удобрения по-разному оказывали влияние на величину урожайности зерна. Урожайность с применением навоза повысилась на 11,5%, с применением сухого и жидкого органического удобрения – на 10,2-10,8% относительно варианта без удобрений, то есть влияние навоза на урожайность оказалось более значительным по сравнению с другими удобрениями.
Урожайность озимой пшеницы по вспашке – 3,43 т/га. Вариант без механической обработки почвы с органическими удобрениями оказал большее воздействие – повысил урожайность зерна на 11,9%, применение навоза привело к максимальному повышению урожайности по сравнению с неудобренным фоном (на 11,5%).
Содержание крахмала в зерне различалось в зависимости от способа обработки почвы, в среднем, было получено по вспашке – 69,2 %, что превысило вариант с рыхлением на 1,2 %, вариант без осенней механической обработки почвы – на 0,6%. Влияние обработки почвы с применением удобрений по сравнению с неудобренным фоном на содержание крахмала было положительным. Наибольшее содержание крахмала было в варианте без осенней механической обработки почвы – превысило содержание крахмала в варианте без удобрений на 11,9%, по вспашке превышение составило 11,1%, а по рыхлению – на 10,7%. Вариант без механической обработки почвы с совместно с органическими удобрениями оказал большее воздействие на содержание крахмала в зерне.
Использование навоза привело к максимальному повышению содержания крахмала в зерне по сравнению с неудобренным фоном на 11,8%, сухого и жидкого органического удобрения – в меньшей и в равной мере – на 10,5-10,6%.
Так, по вспашке было получено 69,2 % крахмала в зерне. Вариант без механической обработки почвы с совместно с органическими удобрениями оказал большее воздействие – повысил содержание крахмала в зерне на 11,9%, применение навоза привело к максимальному повышению содержания крахмала в зерне по сравнению с неудобренным фоном (на 11,8%).
Способы обработки почвы повлияли на содержание сахаров (как моно-, дисахаридов, так и редуцирующих). Вариант без механической обработки способствовал наибольшему накоплению сахаров (на 2,2 %), другие варианты в меньшей степени (1,7-2,0%) превышали средние показатели. Из применяемых удобрений навоз в большей мере способствовал увеличению содержания сахаров, несколько в меньшей степени было влияние сухого и жидкого органического удобрения.
Максимальное количество прочих сахаров, не вошедших в общее определение сахаров, наблюдали по вспашке: превысило значение в контрольном варианте на 14,3%, в варианте без механической обработки на 12,9%, а по рыхлению на 8,3%. Применение навоза положительно повлияло на данный показатель, разность составила 1-3 %.
Пищевая эффективность и питательность зерна определяется его химическим составом, главные вещества – это белок, крахмал и сахара. Отношение содержания крахмала к содержанию белка в зерне озимой пшеницы – это величина, которая является показателем пищевой эффективности. Максимальное значение данного показателя было в варианте без осенней механической обработки – 4,85, увеличение составило 0,08-0,15 % по сравнению с другими вариантами обработки почвы. Вспашка с применением удобрений обеспечила повышение данного показателя на 3,6%, без осенней механической обработки – на 3,2%, рыхление – на 2 %. Влияние удобрений имело другой характер, сухое органическое удобрение максимально увеличило данный показатель на 4 %, жидкое органическое удобрение – на 3%, навоз до 2%.
Максимальное значение пищевой эффективности зерна наблюдали в варианте без осенней механической обработки – 4,85, вспашка с применением удобрений обеспечила повышение данного показателя на 3,6%, сухое органическое удобрение максимально увеличило данный показатель
на 4 %.
Заключение. За годы проведения исследований величина урожайности озимой пшеницы в среднем по вспашке составила 3,43 т/га. Вариант без механической обработки почвы совместно с органическими удобрениями оказал большее воздействие – повысил урожайность зерна на 11,9%, применение навоза привело к повышению урожайности по сравнению с неудобренным фоном на 11,5%. По вспашке было получено 69,2 % крахмала в зерне. Вариант без механической обработки почвы совместно с органическими удобрениями оказал большее воздействие, повысил содержание крахмала в зерне на 11,9%, применение навоза привело к повышению содержания крахмала в зерне по сравнению с неудобренным фоном на 11,8%. На накопление сахаров вариант без механической обработки почвы отразился в большей степени и превысил другие варианты на 2,2 %, навоз в большей мере способствовал увеличению содержания сахаров. Максимальное значение показателя пищевой эффективности зерна было в варианте без осенней механической обработки – 4,85, вспашка с применением удобрений обеспечила повышение данного показателя на 3,6%, сухое органическое удобрение максимально увеличило данный показатель на 4 %.
Биологизация агротехнологии возделывания озимой пшеницы без осенней механической обработки почвы и применение органических удобрений, таких как навоз, сухой и жидкий удобрительные препараты ООО «АгроПромСнаб» способствовали повышению урожайности зерна и содержанию крахмала, положительно отразились на показателе пищевой эффективности. При определении пищевой эффективности выявлен сложный характер содержания отдельных биохимических показателей и их соотношения в зерне озимой пшеницы, отражающий генетические особенности формирования зерна, синтеза сахаров, а также запасного углевода крахмала.
В условиях перехода на биологическое земледелие для увеличения урожайности, улучшения качества зерна по углеводной направленности озимой пшеницы, а также улучшения пищевой эффективности и питательности зерна в условиях лесостепи Среднего Поволжья рекомендуется применять в качестве органических удобрений навоз (не менее 30 т/га в физическом весе), сухое и жидкое органические удобрения по рекомендованным производителем концентрациях.
1. Салтыкова О. Л., Зудилин С. Н. Возделывание озимой пшеницы для получения зерна высокой белково-сти в условиях Среднего Поволжья // Известия Самарской государственной академии. 2020. №1. С. 3-9. doi:https://doi.org/10.12737/36516.
2. Скорочкин Ю. П., Воронцов В. А. Биологизация земледелия: определение, принципы и направления развития [Электронный ресурс]. Агробизнес [сайт]. agbz.ru. URL: https://agbz.ru/articles/biologizatsiya-zemledeliya-opredelenie-printsipy-i-napravleniya-razvitiya/ (дата обращения 28.02.2022).
3. Бакаева Н. П., Салтыкова О. Л., Коржавина Н. Ю. Состояние углеводно-амилазного комплекса зерна озимой пшеницы разных сортов в зависимости от обработки микроудобрениями ЖУСС в сочетании с азотными удобрениями // Известия Самарской государственной академии. 2017. №1. С. 30-34. doi:https://doi.org/10.12737/24518.
4. Бакаева Н. П., Салтыкова О. Л., Запрометова Л. В. Фракционный состав белка зерна пшеницы в зави-симости от применения органических удобрений // Инновационные достижения науки и техники АПК : сбор-ник научных трудов Международной научно-практической конференции. Кинель : РИО Самарской ГСХА, 2018. С. 199-201.
5. Зудилин С. Н., Чухнина Н. В. Влияние инновационных органических удобрений на урожайность озимой пшеницы в лесостепи Среднего Поволжья // Известия Самарской государственной академии. 2021. №2. С. 3-9. doi:https://doi.org/10.12737/44164.
6. Зудилин С. Н., Чухнина Н. В. Влияние инновационных органических удобрений на урожайность озимой пшеницы в лесостепи среднего Поволжья // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2021. Т. 6, №2. С. 3-9.
7. Черкасов А. С. Накопление сахаров и крахмала в зерне озимой пшеницы // Современные проблемы аг-ропромышленного комплекса : сборник научных трудов. - Кинель : РИО Самарского ГАУ, 2019. С. 24-27.
8. Бакаева Н. П., Коржавина Н. Ю. Продуктивность и проявление сортовых особенностей озимых пшениц Поволжская 86 и Светоч при применении удобрений // Известия Самарской государственной академии. 2017. №1. С. 38-41. doi:https://doi.org/10.12737/24520.
9. Лабашов Е. С. Формирование урожайности озимой пшеницы в зависимости от способов обработки почвы, удобрений и сохранности растений к уборке // Современные проблемы агропромышленного ком-плекса : сборник научных трудов. Кинель : РИО Самарского ГАУ, 2019. С. 28-30
10. Бакаева Н. П., Салтыкова О. Л., Царевская В. М. Динамика азота и формирование белковой продук-тивности пшеницы при различных технологиях возделывания // Известия Самарской государственной академии. 2018. №4. С. 3-9. doi:https://doi.org/10.12737/23599.
11. Никитенкова О. Е. Влияние обработки почвы и удобрений на всхожесть и выживаемость растений пшеницы после перезимовки // Современные проблемы агропромышленного комплекса : сборник научных трудов. Кинель : РИО Самарского ГАУ, 2019. С. 31-33.
12. Бакаева Н. П. Интенсивность разложения растительных остатков и поступление гумуса в почву под посевами озимой пшеницы // Инновационные направления аграрной науки на современном этапе : сбор-ник статей Всероссийской научно-практической конференции. Тимирязевский, 2021. С. 18-22.
13. Запрометова Л. В., Бакаева Н. П Влияние гумата калия на сохранность растений и урожайность зерна озимой пшеницы // Инновационные достижения науки и техники АПК : сборник научных трудов Междуна-родной научно-практической конференции. Кинель : РИО Самарского ГАУ, 2020. С. 29-33.
14. Бакаева Н. П., Салтыкова О. Л., Нечаева Е. Х. Концентрационные отношения крахмала и амилазы в зерне озимой пшеницы при различных вариантах выращивания // Агрофизика. 2021. № 1. С. 19-26. - doi:https://doi.org/10.25695/AGRPH.2021.01.04.
15. Троц В. Б., Ахматов Д. А., Троц Н. М. Влияние минеральных удобрений на аккумуляцию тяжелых ме-таллов в почве и фитомассе зерновых культур // Зерновое хозяйство России. 2015. № 1. С. 45-49.
