EFFICIENCY OF ENCAPSULATED UREA APPLICATION IN POTATO CULTIVATION IN THE NORTHERN FOREST-STEPPE OF TYUMEN OBLAST
EFFICIENCY OF ENCAPSULATED UREA APPLICATION IN POTATO CULTIVATION IN THE NORTHERN FOREST-STEPPE OF TYUMEN OBLAST
Abstract
In regard to the intensification of agricultural production, ensuring the ecological purity of products and resource conservation, studies aimed at reducing the losses of nitrogen fertilizers and the accumulation of excess nitrate forms in the soil and products are of great importance. Objective of research: to study the effect of encapsulated urea on yield and quality of potato varieties Nevsky, Lux and Charoit. The experiment was laid on the experimental field of the State Agrarian University of the Northern Trans-Urals from 2018 to 2020. It was found that for all years of research the greatest yield increase was given by the variant with encapsulated urea, in the variety Nevsky it was 15 t/ha, in the variety Charoit – 13.5 t/ha, in the variety Lux – 12.1 t/ha. At the same time, in the control variant the yield was 23.4-32.2 t/ha. The highest yield for all years was in the variety Charoit on average equal to 40.4 tonnes/ha. Starch content under the influence of nitrogen fertilizers varied 13.2-16.4%. The highest indicator was observed in Charoit variety (16.4%) in the variant with encapsulated urea. Nitrate content in potato tubers in all variants did not exceed the maximum permissible concentration (MPC) equal to 250 mg/kg. The level of nitrate nitrogen decreased in variants with application of encapsulated urea with silicate film from 33.6 to 67.4% compared to standard urea and ammonium nitrate. It was established that the application of prolonged urea insignificantly increases the yield of marketable tubers. The results of these studies indicate that the use of silicate-coated urea increases yield and quality indicators of potatoes, but further study of optimization of technologies of their application is required.
1. Введение
Плодородие почв и продуктивность сельскохозяйственных культур в значительной степени определяется содержанием в почвах питательных веществ и органического вещества . Особое внимание заслуживает в этом отношении азот, так как формы его формы в почвах весьма подвижны. Применение азотных удобрений в нашей стране имеет решающее значение в повышении урожая сельскохозяйственных культур на большинстве почв. Помимо этого азотные удобрения улучшают качество продукции растениеводства , .
В течение вегетации в почве под различными сельскохозяйственными культурами происходит процесс нитрификации, который позволят дополнительно обеспечить от 60 до 100 кг/га нитратным азотом культурные растения. Интенсивность этого процесса зависит от погодных условий, системы земледелия и вида сельскохозяйственных растений , .
Для пополнения дефицита азота в почвах широко используют мочевину, которая является самым концентрированным азотным удобрением 46,6% N). Россия входит в пятёрку ключевых производителей, но не является крупным потребителем карбамида. Разложение мочевины, поступающей в почву, представляет собой реакцию ферментативного гидролиза, которая катализируется почвенной уреазой. Большая часть почв Западной Сибири отличается высокой уреазной активностью, который ускоряет гидролиз мочевины , . Высокая скорость гидролиза приводит к снижению эффективности использования мочевины за счет высоких потерь азота, загрязнению окружающей среды улетучивающимся при этом в атмосферу NH3, а также к возможному накоплению нитратов в растительной продукции в дозах, превышающих допустимые нормы. Возникает проблема ингибирования минерализации внесенной в почву мочевины, которую можно решить двумя путями: капсулирование мочевины и инактивация почвенной уреазы с использованием различных ингибиторов , , .
В настоящее время накоплено много данных по производству капсулированных удобрений и их влиянию на трансформацию азота в почве в различных почвенно-климатических зонах страны. Интерес к этой проблеме не ослабевает в связи с тем, что появляются все более перспективные покрытия из органических и неорганических материалов, служащие в качестве капсул для азотных удобрений , , .
Для сокращения потерь азота в 90-е годы прошлого века на кафедре общей химии аграрного университета под руководством профессора И.Д. Комиссарова разработали метод силикатного покрытия, который позволяет благодаря толщине оболочке контролировать интенсивность растворения удобрений. Силикатное покрытие не токсичное и не создает негативного последствия для почвенной микробиоты, также растворенная оболочка является питательным веществом для растений , .
Ранее проведенные исследования по изучению капсулированной мочевины на яровой пшенице показали, что данный вид азотных удобрений повышал урожайность до 39,9 ц/га, тогда как мочевина без покрытия повышала урожайность до 34.5 ц/га, а естественный агрофон обеспечивал получение не более 21,7 ц/га .
Е.Г. Козел в своих исследованиях установила, что совместное использование мочевины с гидрохиноном и пирокатехином повышает урожайность свеклы на 49-56% соответственно, одновременно с этим в корнеплодах снижалось качество нитратов до 39%, а количество водорастворимых сахаров повышалось на 4-5% .
Положительный эффект от применения капсулированной мочевины проявился и в опытах при выращивании листового салата . Капсулирование позволяет снизить количество нитратов в листьях салата, а также повысить урожай этой культуры на 29,7% по сравнению с контролем.
Влияние медленнодействующей формы карбамида на урожай и качество картофеля раннее изучалось на примере сорта Невский. Исследование по применению капсулированной мочевины с ингибиторами уреазы обеспечивает значительную прибавку урожая картофеля, которая выше чем на варианте со стандартной мочевиной на 8 т/га. В работах также отмечается положительная активность совместного использования мочевины, гидрохинона и гумата натрия на содержание сахаров , .
В исследованиях на раннеспелых сортах картофеля Ред Скарлетт и Жуковский заметного эффекта от внесения капсулированной мочевины не проявилось, урожайность была ниже, по сравнению с другими формами азотных удобрений .
2. Методы и принципы исследования
Исследования проводились на опытном поле аграрного университета, на протяжении трех лет, с 2018 до 2020 года. Участок расположен в районе д. Труфанова Тюменского района, Тюменской области.
Цель работы – изучить действие капсулированной мочевины на урожайность и качество клубней картофеля сортов Невский, Люкс и Чароит в сравнении со стандартной мочевиной и аммиачной селитрой. Для выполнения поставленной цели необходимо было решение следующих задач:
- оценить влияние капсулированной мочевины на урожайность картофеля;
- установить влияние капсулированной мочевины на содержание крахмала в клубнях картофеля;
- определить влияние капсулированной мочевины на накопление нитратов в клубнях картофеля;
Агроклиматические условия опытного участка характеризуются как континентальные. Количество осадков в год достигает 374 мм, за теплый период времени, который длится 110-115 суток, их количество составляет 232 мм.
Почвенный покров опытного участка – чернозём выщелоченный, маломощный, тяжелосуглинистый. Содержание подвижного фосфора достигает 195 мг/кг, подвижного калия 130 мг/кг, азота в нитратной форме 17 мг/кг. Кислотность почвы – слабокислая 5,8 ед.рН. Среднеобеспечен по содержанию гумуса 6,0.
Объектом исследования являются сорта картофеля Невский (среднеранний), Люкс (ранний), Чароит (ранний) и азотные удобрения – гранулированная мочевина CO(NH2)2 (ГОСТ 2081-2010) , капсулированная мочевина и аммиачная селитра. Для сокращения потерь азота из карбамида был разработан метод покрытия гранул силикатной композицией. Медленнорастворимая капсула на поверхности гранул удобрения создаётся в результате взаимодействия 20%-ного водного растворов силиката натрия и 33%-ного раствора хлорида кальция при температуре 30-40°С в течении 9-12 минут с расходом 0,032 кг и 0,013 кг соответственно, в расчете на 1 кг удобрения , .
Схема опыта:
контроль – без удобрений;
1 вариант – аммиачная селитра (45 кг/га по д.в);
2 вариант – капсулированная мочевина (45 кг/га по д.в);
3 вариант – стандартная мочевина (45 кг/га по д.в).
Удобрения вносили вручную перед посадкой, которая была проведена в оптимальные сроки с 25 по 30 мая при температуре почвы +7+8°С. Схема посадки – 70х40см, общая площадь делянки – 35 м2, учетная – 25 м2, повторность в опыте 3-х кратная, размещение делянок систематическое.
Обработка почвы производилась трактором МТЗ-82 с культиватором-доминатором на глубину 14-17 см, нарезка гребней трактором «Беларус»-320 с культиватором окучником навесным КОН-1.5, посадка вручную, уборка урожая трактором МТЗ-82 картофелекопателем навесным КТН-2в, учётных участков вручную, осенняя обработка трактором МТЗ-82 с плугом навесным ПН-3-35 на глубину 28-30 см.
Уход за посадками картофеля заключался в 1-ой междурядной обработкой культиватором КОН-1.5 со стрельчатыми лапами и 2-ой междурядной обработкой – окучивание.
Фенологические наблюдения и учеты проведены по методикам Госсортсети , всероссийский научно исследовательский институт картофельного хозяйства (ВНИИКХ) им А.Г. Лорха , содержание нитратов в клубнях картофеля по методическим указаниям МУ 5048-89 , крахмала поляриметрическим методом (ГОСТ 26176-91) .
3. Основные результаты
Информация о погодных условиях в годы проведения исследовательской работы была получена с метеорологической станции Тюмень (Тюменская область, Россия). Современное местоположение метеостанции: широта 57.12, долгота 65.43, высота над уровнем моря 102 м. Годы проведенных исследований отличались по теплу и влагообеспеченности. Так, 2018 и 2020 гг. характеризовались жаркой и сухой погодой, 2019 год был более благоприятным по теплу и осадкам для возделывания картофеля (таблица 1).
Таблица 1 - Метеорологические условия в годы проведения исследований 2018-2020 гг
Год | Температура воздуха, о С | |||||
май | июнь | июль | август | сентябрь | Среднее за вегетацию | |
2018 | 7,9 | 14,4 | 21,3 | 15,5 | 11,6 | 14,1 |
2019 | 13,0 | 14,6 | 20,4 | 15,7 | 11,5 | 15,0 |
2020 | 14,9 | 14,6 | 21,6 | 18,3 | 10,2 | 19,9 |
Средне-многолетнее | 10,6 | 16,0 | 18,6 | 14,9 | 12,4 | 14,5 |
| Осадки, мм | За вегетацию | ||||
2018 | 82 | 58 | 51 | 112 | 4 | 307 |
2019 | 40 | 81 | 102 | 70 | 32 | 325 |
2020 | 51 | 66 | 19 | 44 | 74 | 254 |
Средне-многолетнее | 38 | 63 | 84 | 58 | 28 | 271 |
Урожайность картофеля на опытном участке изучаемых сортов на всех вариантах выше, чем в контроле (таблица 2). На участках контрольного варианта урожай картофеля составил в среднем 23,4-32,2 т/га. Наибольшую прибавку урожая во все годы исследований дал вариант с капсулированной мочевиной, у сорта Невский она составила 15 т/га, у сорта Чароит – 13,5 т/га, у сорта Люкс – 12,1 т/га при наименьшей существенной разнице НСР05 =2,3 т/га.
Таблица 2 - Влияние азотных удобрений на урожайность клубней картофеля в период с 2018-2020 гг
Сорт (Фактор А) | Удобрение (Фактор В) | Урожайность, т/га | К контролю ± | ||||
2018 г | 2019 г | 2020 г | средняя | т/га | % | ||
Невский | контроль, без удобрений | 23,4 | 24,0 | 24,1 | 23,8 | - | - |
аммиачная селитра | 31,5 | 29,0 | 32,0 | 30,8 | +7 | 29,4 | |
мочевина капсулированная | 38,5 | 39,0 | 39,0 | 38,8 | +15 | 63,0 | |
мочевина стандартная | 28,8 | 33,0 | 37,0 | 32,9 | +9,1 | 38,2 | |
Люкс | контроль, без удобрений | 21,5 | 29,3 | 19,4 | 23,4 | - | - |
аммиачная селитра | 30,0 | 40,0 | 22,0 | 30,6 | +7,2 | 30,7 | |
мочевина капсулированная | 36,5 | 46,0 | 24,0 | 35,5 | +12,1 | 51,7 | |
мочевина стандартная | 31,5 | 41,0 | 28,0 | 33,5 | +10,1 | 43,1 | |
Чароит | контроль, без удобрений | 32,5 | 43,0 | 21,3 | 32,2 | - | - |
аммиачная селитра | 40,6 | 57,0 | 26,0 | 41,2 | +10 | 31,0 | |
мочевина капсулированная | 44,3 | 62,0 | 31,0 | 45,7 | +13,5 | 41,9 | |
мочевина стандартная | 41,0 | 60,0 | 27,0 | 42,6 | +10,4 | 32,2 | |
НСР05 | А-2,3 В-3,6 АВ-5,6 | ||||||
Урожайность картофеля в вариантах с другими азотными удобрениями была ниже. При внесении стандартной мочевины урожай сорта Чароит в среднем за 3 года составил 42,6 т/га, что на 10,4 т/га выше, чем в контроле, у сорта Люкс и Невский прибавки к урожаю соответственно равны 9,1 и 10,1 т/га. Такие же закономерности у всех изучаемых сортов прослеживаются при внесении аммиачной селитры. В среднем за три года исследований во всех вариантах наиболее урожайным оказался сорт Чароит 40,4 т/га, самый высокий показатель был отмечен в 2019 году 62,0 т/га.
Крахмалистость – это одно из основных качеств, за которое ценится картофель. Анализируя результаты за три года исследований необходимо отметить, что содержание крахмала под влиянием азотных удобрений в среднем изменялось от 13,2 до 16,4% (таблица 3).
Таблица 3 - Влияние азотных удобрений на содержание крахмала в клубнях картофеля в период с 2018-2020 гг
Сорт (Фактор А) | Удобрение (Фактор В) | Крахмал, % | |||
2018 г | 2019 г | 2020 г | средняя | ||
Невский | контроль, без удобрений | 12,1 | 15,3 | 12,7 | 13,3 |
аммиачная селитра | 12,5 | 20,0 | 13,1 | 15,2 | |
мочевина капсулированная | 14,1 | 17,1 | 15.,7 | 14,9 | |
мочевина стандартная | 12,6 | 16,2 | 13,7 | 14,1 | |
Люкс | контроль, без удобрений | 13,9 | 12,9 | 13,0 | 13,3 |
аммиачная селитра | 14,7 | 15,0 | 13,5 | 14,4 | |
мочевина капсулированная | 14,9 | 15,2 | 16,7 | 15,6 | |
мочевина стандартная | 14,6 | 13,2 | 15,7 | 14,5 | |
Чароит | контроль, без удобрений | 13.,5 | 11,1 | 14,1 | 13,0 |
аммиачная селитра | 13,8 | 11,4 | 14,6 | 13,2 | |
мочевина капсулированная | 16,4 | 14,2 | 18,5 | 16,4 | |
мочевина стандартная | 14,9 | 14,0 | 17,0 | 15,3 | |
НСР05 | А-0,50 В-0,73 АВ-1,2 | ||||
Самый высокий показатель в среднем 16,4% за три года был отмечен у сорта Чароит, в варианте с капсулированной мочевиной, что выше контроля на 26 % при НСР05=0,5%.
Накопление нитратов в овощах зависит не только от форм, доз и сроков внесения минеральных удобрений, но и от видовых и сортовых особенностей растений. Среди факторов внешней среды на содержание нитратов в растениях больше всего влияет влажность, свет, температура воздуха и почвы, которые действуя в комплексе, усиливают или ослабляют свое взаимодействие.
Рисунок 1 - Содержание нитратов в клубнях картофеля сорта Невский в период с 2018-2020 гг
Рисунок 2 - Содержание нитратов в клубнях картофеля сорта Люкс» в период с 2018-2020 гг
Немного другая картина наблюдается у картофеля сорта Чароит (рисунок 3). В 2018 и 2019 году отмечается самые высокие показатели нитратного азота в клубнях картофеля равные 232 мг/кг и 220 мг/кг в варианте со стандартной мочевиной. Немного ниже в эти же годы содержится нитратов в варианте с аммиачной селитрой (180 мг/кг и 220 мг/кг). В 2020 году показатели накопления нитратов при внесении этих форм азотных удобрений были меньше и равнялись 130 мг/кг (стандартная мочевина) и 125 мг/кг (аммиачная селитра).
Применение капсулированной мочевины имело так же положительный эффект по количеству нитратов в клубнях сорта Чароит, как и у других изучаемых сортов картофеля. В среднем за три года на 33,6% и 39,9% N-NO3 содержится меньше на вариантах при использовании капсулированных форм азотных удобрений, чем при использовании аммиачной селитры и стандартной мочевины.
Рисунок 3 - Содержание нитратов в клубнях картофеля сорта Чароит в период с 2018-2020 гг
4. Обсуждение
Картофель – культура высокого выноса элементов минерального питания, поэтому для картофеля необходимы оптимальные дозы внесения минеральных удобрений. Чтобы не было вымывания азота и растения могли его использовать в периоды повышенной потребности, целесообразно применение капсулированных удобрений с регулируемой скоростью растворения , , .
Наши исследования показали, что в независимости от погодных условий капсулированная мочевина показывает наилучший эффект в сравнении с классическими азотными удобрениями, где прибавка в урожае достигает от 2 до 8 т/га. Это связано с тем, что силикатная оболочка не позволяет чтобы мочевина быстро растворялась. Высвобождение питательных веществ из мочевины происходит равномерно на протяжении всего периода вегетации картофеля, что позволяет удовлетворять потребность в азоте растений на протяжении всего периода развития .
Важным фактором в урожае картофеля принято считать его качество, которое зависит от состава химических компонентов в нем. Основные показатели качества, которые учитывают селекционеры при создании сорта и предприятия это высокое содержание сухого вещества, крахмала и витаминов, а также низкие концентрации редуцирующих сахаров и нитратов. Наиболее экологически устойчивым показателем считается крахмал , .
Установлено, что погодные условия оказывают значительное влияние на содержание крахмала в клубнях картофеля. Однако во все исследуемые годы отслеживается тенденция по повышению этого вещества на вариантах с использованием азотных удобрений. Наибольшее количество крахмала отмечается на вариантах с использованием капсулированной мочевины. Это происходит из-за равномерного поступления азота в почву на протяжении периода вегетации картофеля, и полностью покрывает потребность в этом элементе. Подобная тенденция отмечена в работах многих авторов , , .
Избыток нитратов в плодах, овощах, клубнях при неправильном использовании азотных удобрений бич современной химизации земледелия. В наших исследованиях содержание нитратного азота в клубнях картофеля имело определенную зависимость от применения разных видов азотных удобрений. Внесение стандартной мочевины и аммиачной селитры существенно увеличило содержание нитратного азота. Самые высокие показатели были отмечены в вариантах с применением стандартной мочевины у сорта Чароит равные 232 мг/кг (2018 г) и 229 мг/кг (2019г). Использование капсулированной мочевины силикатом кальция в большинстве случаев снижало накопление нитратов по сравнению с другими азотными удобрениями в 1,3-2,3 раза.
5. Заключение
В результате проведенной работы было установлено, что капсулированная мочевина повышала урожайность картофеля на 2,0-8,0 т/га в сравнении с традиционными азотными удобрениями. Использование капсулированной мочевины силикатом кальция повысило качество клубней картофеля. В большинстве случаев содержание крахмала в клубнях увеличивалось на 1,6-2,3% соответственно. Уровень нитратов в клубнях картофеля, из-за равномерного растворения капсулированных удобрений на протяжении вегетации, был ниже на 44-47% по сравнению с применением стандартной мочевины и аммиачной селитры. Данные полученные в результате исследования позволят получать на сельскохозяйственных предприятиях более качественные и высокие урожай картофеля. Для понимания полной картины влияния капсулированной мочевины необходимо проведение исследований на других овощных культурах, которые интенсивно накапливают в продукции нитраты.