Влияние основной обработки и органического удобрения на агрохимические показатели почвы и урожайность кукурузы в Западной Сибири
Влияние основной обработки и органического удобрения на агрохимические показатели почвы и урожайность кукурузы в Западной Сибири
Аннотация
Кукуруза — культура, которая хорошо отзывается на внесение удобрений, однако крайне мало информации о том, как способ обработки почвы после внесения органических удобрений оказывает влияние на питательный режим почвы. Цель исследования — установить влияние способа основной обработки почв на динамику питательных веществ в почве и урожайность кукурузы на зеленую массу. Схема опыта включала две обработки почвы (отвальная и безотвальная) и два варианта с уровнем питания (органические удобрения 30 т/га и вариант с естественным уровнем питания). Внесение органических удобрений способствовало повышению содержания нитратного азота в почве к посеву на 1,5–1,9 мг/кг почвы. Изменения содержания подвижных форм фосфора и калия на наблюдались. К фазе 8–9 листа кукурузы содержание нитратного азота на всех вариантах повышалось до 9,4–15,1 мг/кг и уменьшалось к уборке до 6,0–8,5 мг/кг на всех вариантах. Содержание подвижного фосфора и калия снижалось к уборке до 42–50 мг/кг и 56–62 мг/кг почвы. Урожайность зеленой массы кукурузы при отвальной обработке достигала 30,1 т/га при безотвальной — 23,9 т/га (6,2 т/га). Внесение органического удобрения на отвальном фоне повышало урожайность на 18% относительно контроля.
1. Введение
Кукуруза — это культура, имеющая важное экономическое значение для отрасли АПК . Связано это с тем, что она является многоцелевой, а именно ее используют для получения зерна, зеленого корма, корнажа и т.д. , . В связи с тем, что у кукурузы мощная корневая система, способы обработки почвы под ее посев имеют важное значение и находятся на одном уровне с питательным режимом и применением удобрений , . Условия питания имеют важное значение в получении высокотехнологичных сочных кормов на основе кукурузы, так как питание является одним из ключевых компонентов в увеличении биомассы растений, фотосинтетической активности, а также улучшает иммунную систему растений и способность сопротивляться патогенам .
В последнее время предпочтения начинают отдавать получению экологически чистой продукции в связи с чем, под пропашные культуры и в паровые поля начинают вносить органические удобрения, что снижает потребность в использовании минеральных форм в звене севооборота . Внесение органических удобрений способствует поступлению в почву дополнительного количества питательных веществ . Однако интересным моментом остается то, каким образом проводить обработку почвы после внесения удобрений и как после этого происходит высвобождение питательных веществ и меняется питательный режим почвы. По некоторым данным неполная заделка органических удобрений в почву приводит к потере значительного количества питательных веществ, что может снижать их эффективность , , . Цель исследования — установить влияние способа основной обработки почв на динамику питательных веществ в почве и урожайность кукурузы на зеленую массу.
2. Методы и принципы исследования
Исследования по изучению влияния способов обработки почвы и органических удобрений на агрохимические показатели почвы и урожайность кукурузы проводили на стационаре кафедры земледелия ГАУ Северного Зауралья, заложенного с 2015 года, в 2022–2024 году на черноземе выщелоченном. Схема опыта предусматривала варианты с отвальной и безотвальной основной обработкой почвы и двумя уровнями питания (контроль и внесением 30 т/га навоза).
В опыте общая площадь 120х210=25200 м2, под одним вариантом 60х105=6300 м2, 3-кратная повторность, размер делянок 20х35=700 м2.
В сентябре после уборки предшественника (овес), на участке, где предусмотрено внесение органического удобрения, проводили разбрасывание навоза в дозе 30 т/га разбрасывателем органических удобрений — РОУ. В дальнейшем на участках, где предусмотрено проведение отвальной обработки, проводили вспашку на глубину 28–30 см плугом ПН-4-35. На вариантах где предусмотрена безотвальная обработка проводили безотвальное рыхление ПЧН-2,3 на глубину 28–30 см.
Весной при наступлении физической спелости почвы боронили в два следа зубовыми боронами СГ-12. 25 мая проводили посев сеялкой СТВ-8КУ на глубину 7–8 см, с производственной нормой высева 80 тыс. растений на гектар (высеваемый сорт Воронежский 158). После посева прикатывали кольчатыми катками. В фазу 5–6 листа опрыскивали гербицидом Майсте Пауэр с нормой 1,5 л/га. Уборку проводили 15 сентября комбайном CLAAS.
Осенью после уборки предшественника (овса) и перед внесением органического удобрения, весной перед посевом, а также летом в фазу 8–9 листа, которая является фазой активного роста растений и перед уборкой кукурузы (за 2 суток) проводили отбор проб почвы с глубины 0–25 см агрохимическим щупом в 3-кратной повторности с каждого варианта из 30–40 точечных проб, и в лабораторных условиях на базе Центра фундаментальных и прикладных агробиотехнологий определяли следующие основные показатели:
- нитратный азот — ГОСТ 26951;
- фосфор и калий подвижный — ГОСТ26204;
- обменная кислотность — ГОСТ 26483.
В соответствии с методикой государственного сортоиспытания (1989) проводили учет урожая зеленой массы кукурузы в 4-кратной повторности, с размером учетной делянки 50 м2.
Рисунок 1 - Погодные условия 2022–2024 года
3. Основные результаты
В среднем осенью за годы исследований перед закладкой опыта содержание нитратного азота на отвальной обработке без применения удобрений составляло 7,3±0,4 мг/кг почвы (табл. 1). На варианте с применением органического удобрения содержание было выше — 9,0±0,3 мг/кг почвы. Подобная закономерность наблюдалась и на варианте с применением безотвального рыхления, где на варианте без внесения удобрения содержание N-NO3 составляло 7,2±0,2 мг/кг, а на удобренном было на 21% больше. Подобная тенденция может быть связана с тем, что стабильное внесение навоза под кукурузу на протяжении последних 10 лет способствовало улучшению агрохимических характеристик почвы, в том числе и содержание нитратного азота . Более высокое содержание нитратного азота на фоне внесения навоза на отвальном варианте наверняка связано с тем, что ежегодная отвальная обработка почвы способствовала улучшению агрофизических свойств почвы и аэрации, а это, как показывают исследования, усиливает процесс минерализации органического вещества почвы , .
Таблица 1 - Влияние основной обработки почвы и органического удобрения на динамику нитратного азота за 2022–2024 гг.
Варианты | Перед внесением удобрения, мг/кг | Перед посевом, мг/кг | Фаза 8-9 листа, мг/кг | Уборка, мг/кг | |
Отвальная (контроль) | Без удобрения | 7,3±0,4 | 8,2±0,4 | 10,1±0,6 | 7,1±0,4 |
Органическое удобрение | 9,0±0,3 | 10,9±0,3 | 15,1±0,4 | 8,5±0,3 | |
Безотвальная | Без удобрения | 7,2±0,2 | 8,1±0,5 | 9,4±0,5 | 6,0±0,6 |
Органическое удобрение | 8,7±0,4 | 10,2±0,3 | 13,6±0,5 | 7,3±0,4 | |
Весной за 1–3 суток перед посевом (конец первой начало второй декады мая) кукурузы содержание нитратов с пахотного слоя почвы составляло 8,2±0,4 и 8,1±0,5 мг/кг. На удобренных вариантах значения нитратов было выше 10,9±0,3 мг/кг на отвальном фоне и 10,2±0,3 мг/кг на безотвальном. Повышение содержания нитратного азота в почве с осени до весны связано с работой почвенных микроорганизмов и процессом накопления азота текущей нитрификации .
К фазе 8–9 листа кукурузы содержание нитратного азота на отвальном и безотвальном вариантах без применения удобрения увеличивалось до 10,1±0,6 и 9,4±0,5 мг/кг почвы. В то время как на удобренных вариантах отмечалось более существенное повышение до 15,1±0,4 и 13,6±0,5 мг/кг почвы. Повышение содержания нитратов в почве связано с рядом причин. Первая из которых — это слабое потребление кукурузой питательных веществ в первой половине вегетации из-за медленного набора биомассы. Вторая причина — это процесс нитрификации, который начинает активно проявляться с повышением температуры почвы , .
К уборке кукурузы содержание нитратного азота на вариантах без применения органических удобрений начинало снижаться до 7,1±0,4 мг/кг почвы на отвальной обработке и до 6,0±0,6 мг/кг на варианте с безотвальным рыхлением. На вариантах с применением органического удобрения также отмечалось снижение содержания нитратного азота, однако значения были выше и составляли на отвальном варианте 8,5±0,3 мг/кг почвы, а на безотвальном 7,3±0,4 мг/кг.
Более резкое уменьшение содержания нитратов в почве на фоне отвальной обработки связано с тем, как отмечают многие исследователи, что из-за более низкой плотности корневая система лучше развивается, тем самым более эффективно усваивает питательные вещества , .
Содержание подвижного фосфора осенью перед внесением удобрения составляло на отвальном варианте без применения удобрений 55±2,3 мг/кг на варианте с безотвальным рыхлением — 58±1,9 мг/кг почвы (табл. 2). На вариантах где предусмотрено систематическое применение органических удобрений содержание фосфора в почве было выше и достигало 61±3,1 мг/кг на отвальном варианте и 60±2,2 мг/кг на безотвальном. Некоторое достоверное различие в содержании подвижного фосфора между вариантами с применением удобрений и без них связано с систематическим внесением 30 т/га навоза под кукурузу в трехпольном севообороте (НСР05=3,4 мг/кг).
Таблица 2 - Влияние основной обработки почвы и органического удобрения на динамику подвижного фосфора за 2022–2024 гг.
Варианты | Перед внесением удобрения, мг/кг | Перед посевом, мг/кг | Фаза 8-9 листа, мг/кг | Уборка, мг/кг | |
Отвальная (контроль) | Без удобрения | 55±2,3 | 54±1,4 | 47±1,2 | 42±2,1 |
Органическое удобрение | 61±3,1 | 59±2,2 | 56±2,3 | 49±1,3 | |
Безотвальная | Без удобрения | 58±1,9 | 57±2,7 | 44±1,3 | 40±1,8 |
Органическое удобрение | 60±2,2 | 57±1,8 | 59±1,7 | 50±2,3 | |
Весной (перед посевом) содержание подвижного фосфора не изменялось в сравнении с осенними значениями отклонения были в пределах ошибки исследования (НСР05=5,1 мг/кг). Это связано с коротким теплым периодом между внесением удобрений и посевом, что не позволило микробной массе почвы трансформировать достаточное количество органического вещества, внесенного с навозов в минеральные соединения .
К фазе 8–9 листа кукурузы содержание подвижного фосфора в слое почвы 0–25 см на варианте с естественным уровнем питания снижалось до 47±1,2 мг/кг почвы на фоне отвальной обработки почвы и до 44±1,3 мг/кг на фоне безотвального рыхления. На удобренных вариантах отмечалось стабилизация содержания подвижного фосфора как на отвальном, так и на безотвальном вариантах. Данная тенденция связана с тем, что внесенные органические удобрения способствовали поступлению в почву дополнительного количества питательных веществ, что приводило к более равномерному их расходованию из почвы .
К уборке содержание подвижного фосфора на всех вариантах снижалось относительно предыдущей фазы. На варианте с отвальной обработкой почвы без применения удобрения снижение составило 5 мг/кг почвы, где значения опустились до 42 мг/кг. На варианте с внесением органического удобрения снижение составило 7 мг/кг. На вариантах с безотвальной обработкой в независимо от уровня питательного фона снижение составляло 4–9 мг/кг.
Содержание подвижного калия перед внесением удобрения составляло на всех вариантах от 106 до 112 мг/кг почвы (табл. 3).
Таблица 3 - Влияние основной обработки почвы и органического удобрения на динамику подвижного калия за 2022–2024 гг.
Варианты | Перед внесением удобрения, мг/кг | Перед посевом, мг/кг | Фаза 8-9 листа, мг/кг | Уборка, мг/кг | |
Отвальная (контроль) | Без удобрения | 106±6,3 | 104±4,3 | 84±3,4 | 56±2,2 |
Органическое удобрение | 111±4,5 | 109±4,0 | 93±3,9 | 62±3,1 | |
Безотвальная | Без удобрения | 109±7,1 | 106±3,7 | 83±4,2 | 57±2,7 |
Органическое удобрение | 112±5,7 | 108±5,1 | 95±4,5 | 64±3,6 | |
К посеву кукурузы значения содержания подвижного калия с учетом стандартной ошибки достоверно не отличались от осенних значений (НСР05=7,4 мг/кг).
К фазе 8–9 листа кукурузы содержание подвижного калия на всех вариантах снижалось. На вариантах с отвальной и безотвальной обработками без применения удобрения данный показатель опустился до 84±3,4 и 83±4,2 мг/кг, что на 19 и 22% ниже значений, полученных перед посевом. На вариантах с применением удобрения снижение было менее выражено. на отвальном варианте содержание подвижного калия опускалось до 93±3,9 мг/кг и на безотвальном до 95±4,5 мг/кг, ниже значений, полученных перед посевом на 15 и 12% соответственно. Существенное различие в содержании подвижного калия в этот период между вариантами с удобрениями и естественным уровнем питания связано с тем, что дополнительно поступивший калий из навоза хоть и в незначительном количестве способствовало стабилизации калийного режима .
К уборке кукурузы содержание подвижного калия на всех вариантах продолжало опускаться до 56–62 мг/кг почвы. Причем относительно предыдущего периода более интенсивно. Это связано с тем, что во второй половине вегетации у кукурузы отмечается активный набор биомассы, а большая часть калия сосредоточена именно в вегетативной массе .
Урожайность зеленой массы кукурузы в среднем за годы исследований на контроле достигала 30,1 т/га (рис. 2), внесение органического удобрения способствовало повышению урожайности зеленой массы на 20% (6,1 т/га) при НСР=1,84. На варианте с безотвальным рыхлением без применения удобрения выход зеленой массы кукурузы был достоверно ниже — 23,9 т/га, что более чем на 21% (6,2 т/га) ниже чем на контроле. Применение органического удобрения под безотвальное рыхление приводило к увеличению продуктивности относительно варианта без применения удобрения на 5,7 т/га, что на 24% больше. Однако относительно контроля достоверных отклонений не наблюдалось. При этом относительно удобренного отвального варианта значения были ниже на 6,6 т/га. Это может свидетельствовать том, что неполная заделка органических удобрений в почву приводит к значительному снижению их эффективности.
Рисунок 2 - Влияние основной обработки почвы и органического удобрения на урожайность зеленой массы кукурузы за 2022–2024 гг.
4. Заключение
1. Перед закладкой опыта содержание нитратов в почве варьировало от 7,2 до 9,0 мг/кг. Перед посевом содержание нитратов возрастало до 8,2 и 8,1мг/кг на вариантах без внесения удобрений, и при внесении удобрений до 10,9 мг/кг на отвальном фоне и 10,2 мг/кг на безотвальном. К фазе 8–9 листа кукурузы содержание нитратного азота на всех вариантах повышалось до 9,4–15,1 мг/кг почвы. К уборке кукурузы содержание нитратного азота снижалось до 6,0–8,5 мг/кг на всех вариантах.
2. Содержание подвижного фосфора перед внесением удобрений варьировало от 55 до 61 мг/кг. К весне значения подвижного фосфора не изменились. К фазе 8–9 листа кукурузы содержание подвижного фосфора на вариантах без применения удобрений снижалось до 44–47мг/кг почвы. На удобренных вариантах отмечалось стабилизация. К уборке содержание подвижного фосфора на всех вариантах снижалось относительно предыдущей фазы на 5–9 мг/кг почвы.
3. Перед закладкой опыта содержание подвижного калия варьировало в диапазоне 106–112 мг/кг. К посеву кукурузы значения содержания подвижного калия были без изменения. К фазе 8–9 листа кукурузы содержание подвижного калия на всех вариантах снижалось на 19–22% на вариантах без применения удобрений и на 12–15% на удобренных вариантах. К уборке кукурузы содержание подвижного калия на всех вариантах снизалось до 56–62 мг/кг почвы.
4. Урожайность зеленой массы кукурузы на контроле достигала 30,1 т/га. На варианте с безотвальным рыхлением урожайность была ниже на 21% (6,2 т/га). Внесение органического удобрения при отвальной обработке способствовало увлечению урожайности на 18% относительно контроля. На варианте с безотвальным рыхлением при внесении органического удобрения достоверных отклонений не наблюдалось.