The influence of main cultivation and organic fertiliser on agrochemical parameters of soil and maize yield in Western Siberia
The influence of main cultivation and organic fertiliser on agrochemical parameters of soil and maize yield in Western Siberia
Abstract
Corn is a crop that responds well to fertilisation, but there is very little information on how soil cultivation affects soil nutrient status after organic fertiliser application. The aim of the study was to determine the effect of main soil cultivation methods on soil nutrient dynamics and corn green mass yield. The experimental scheme included two soil treatments (ploughing and non-ploughing) and two variants with different nutrient levels (organic fertilisers at 30 t/ha and a variant with natural nutrient levels). The application of organic fertilisers increased the nitrate nitrogen content in the soil before sowing by 1.5–1.9 mg/kg of soil. No changes in the content of mobile forms of phosphorus and potassium were observed. By the 8–9 leaf stage of corn, the nitrate nitrogen content in all variants increased to 9.4–15.1 mg/kg and decreased to 6.0–8.5 mg/kg in all variants by harvest. The content of mobile phosphorus and potassium decreased to 42–50 mg/kg and 56–62 mg/kg of soil by harvest. The yield of green corn mass with ploughing reached 30.1 t/ha, while with non-ploughing it reached 23.9 t/ha (6.2 t/ha). The application of organic fertiliser with ploughing increased the yield by 18% compared to the control.
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.