Оптимизация минерального питания озимой пшеницы

Текст: В. В. Никитин, д-р с.-х. наук; А. Н. Воронин, д-р с.-х. наук; В. Д. Соловиченко, д-р с.-х. наук, ФГБНУ «Белгородский научно-исследовательский институт сельского хозяйства»

Известно, что уровень клейковины в зерне — один из важных признаков его качества, и чем выше данный показатель, тем более высокую рыночную стоимость имеет сырье. Повышать концентрацию этого вещества можно различными методами, но наиболее эффективным способом получения желаемого результата является использование минеральных удобрений.

Наиболее актуальным и сложным элементом системы внесения агрохимической продукции в севообороте является выбор доз и соотношений значимых микро- и макроэлементов. Важность этого аспекта объясняется регламентирующим воздействием минерального питания на оптимальный уровень развития растений в течение всего вегетационного периода, поэтому недостаток или, наоборот, избыток необходимых веществ могут привести к снижению не только урожайности, но и качества получаемого зерна.

ЖИВОЙ ОРГАНИЗМ

В основе большинства исследований влияния минерального питания на те или иные культуры лежит метод растительной диагностики. Разработке его основных принципов было посвящено большое число работ, а в связи с внедрением в производство интенсивных технологий выращивания сельскохозяйственных растений количество популярных изданий, брошюр и рекомендаций по растительной диагностике применительно к району выращивания той или иной культуры в последние годы существенно возросло. Однако большинство предлагаемых методов, в основе которых лежит разовое определение запасов питательных веществ, как правило, в пахотном горизонте, несут в себе довольно существенный элемент риска.

Почва представляет собой сложный живой гетерогенный организм, поведение которого жестко детерминируется складывающимися погодными условиями. Температурный и водно-воздушный режимы оказывают значительное влияние на направленность и интенсивность химических реакций, происходящих в почвенном растворе и почвенно-поглотительном комплексе, прямым путем и опосредованно через биоту. В силу этого для объективного представления о режиме обеспеченности культур питанием необходим оперативно-диагностический контроль путем взятия растительных образцов в критические фазы развития и последующего их анализа на элементы питания.

ПИТАНИЕ И ПРОДУКТИВНОСТЬ

В рамках длительного стационарного опыта, направленного на изучение влияния минеральных удобрений в широком диапазоне доз и соотношений азота, фосфора и калия на урожай и качество зерна озимой пшеницы в зерносвекловичном севообороте на типичных черноземах Центрального Черноземья, специалисты ФГБНУ «Белгородский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» решили использовать свой метод растительной диагностики, а также рассчитать математические модели в системе «почва — удобрения — продуктивность — качество». При разработке метода, прежде всего, определялся среднемноголетний максимальный уровень урожайности культуры, исходивший из сложившихся в данной зоне почвенно-климатических параметров. Следует отметить, что наличие на этой территории интенсивной инсоляции позволяло добиваться высоких показателей продуктивности. В частности, при использовании 2,5 процента фотосинтетически активной радиации, приходящей в юго-западной части ЦЧЗ за вегетацию, урожаи составляли порядка 65 ц/га. Однако такие цифры лимитировались влагообеспеченностью посевов. Наблюдения в течение 15 лет показали, что с учетом коэффициента общего водопотребления при условии значительного уровня химизации возможные среднемноголетние урожаи перспективных сортов равнялись 45–55 ц/га.

Используя результаты длительных наблюдений, специалисты установили зависимость между наличием ведущих макроэлементов в растениях по основным фазам развития, совпадающим с критическими периодами в жизни культуры, с этапами максимального потребления питательных веществ и продуктивностью озимой пшеницы. Так, коэффициенты детерминации между содержанием главных макроэлементов во время весеннего отрастания и трубкования для валового азота составляли 0,92–0,94, фосфора — 0,96–0,98, калия — 0,77–0,8. Представленные данные свидетельствуют о значимости питательных компонентов, но актуализация первоочередности и необходимости состава подкормок должна регламентироваться обеспеченностью почв региона этими веществами в усвояемой форме.

КОНЦЕТРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ

Результаты последних пяти циклов агрохимического обследования, проведенного специалистами в рамках наблюдений, показали, что концентрация щелочно-гидролизуемого азота в пахотном слое за несколько лет стабилизировалась на уровне 160 мг/кг, что позволяло отнести почвы Центрального Черноземья по этому ресурсу к среднеобеспеченным. Детерминация урожая таким азотом составляла 0,41, нитратным — 0,91, причем содержание последней формы этого элемента в корнеобитаемой зоне ранней весной в среднем за много лет находилось на уровне менее 20 кг/га. Многолетние полевые опыты, проведенные ранее в ФГБНУ «Белгородский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» и подтвержденные на научных площадках в большинстве административных районов, показали, что в среднем за много лет рано весной при выходе растений в ранневесеннюю вегетацию в пахотном слое содержание минерального азота составляло шесть процентов от метрового запаса, а более 30 процентов этого элемента находились на глубине одного метра. В особенности данное явление проявилось в нынешнем году, для которого были характерны обильные снегопады.

В рамках наблюдения и анализа также удалось установить, что усвояемыми формами фосфора и калия черноземы данного региона обеспечены довольно хорошо по причине антропогенного или природного происхождения этих элементов. По данным многочисленных опытов, подтвержденных 50-летней статистической выборкой в производственных условиях, на долю азотных удобрений приходилось порядка 85 процентов создаваемой продуктивности озимой пшеницы, фосфорных — 10 процентов, калийных — пяти процентов. Поэтому в Центральном Черноземье обязательным должно стать весеннее внесение азота на озимом поле.

РАСЧЕТ ПОДКОРМОК

Растительная диагностика подразделяется на тканевую и листовую разновидности. В первом случае на ранних стадиях развития анализируются все части растения или только листья в фазе трубкования, а при тканевой — растительный сок, выдавленный путем микропресса и обработанный специальным составом. Сравнение интенсивности окраски со шкалой, приложенной к прибору-анализатору, позволяет сделать вывод об обеспеченности почвы усвояемым азотом. При проведении листовой диагностики оптимальным содержанием этого элемента в растительной массе следует считать 4,8–5 процентов в фазу кущения, 3,3–3,6 процента — в период выхода в трубку, 3,5–3,8 процента — во время колошения. При этом в первые два срока в анализ вовлекается все растение, в третий — только три верхних листа.

В рамках проводимого эксперимента, используя данные трех ротаций зерносвекловичного севооборота, специалисты ФГБНУ «Белгородский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» методом корреляционно-регрессионного анализа рассчитали необходимое содержание валового азота для пшеницы при различных плановых урожаях зерна. Опираясь на полученные результаты и нормативы затрат минеральных удобрений на единицу прибавочной продукции, они определили дозы вегетационных подкормок азотом для получения продуктивности зерна пять тонн с гектара. Несмотря на некоторую условность предлагаемых рекомендаций в связи с отсутствием опосредованности метода, данными таблицами можно пользоваться как первым приближением. Довольно большие дозы удобрений при очень низком и низком уровнях обеспеченности не должны смущать сельхозпроизводителей. На практике обычно не встречаются черноземы с таким уровнем плодородия, который формировал бы растительный покров с подобным урожаем.

ВАЖНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ

Основной характеристикой качества зерна озимой пшеницы, контролируемой лабораториями хлебоприемных пунктов, является содержание сырой клейковины. Для получения ценного и сильного зерна, как правило, проводится некорневая подкормка посевов в фазу колошения и налива зерна раствором карбамида. Сегодня же в производственных условиях о необходимости и целесообразности внесения удобрений нередко судят по результатам тканевой диагностики, которая осуществляется с помощью экспресс-лаборатории и разработанной балльной оценки обеспеченности посевов азотом. Так, при данном показателе, равном 1–1,8 балла, необходимо вносить 60 кг/га азота, при 1,9–2,5 балла — 30 кг/га, а если количество баллов превышает 2,5, то подкормка исключается. Однако, как показывает практика, соотношение прогноза, составленного по данной методике, с реальными результатами не всегда имеет необходимый уровень доверия. Так, при невысоком балле довольно часто количество клейковины удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ценным пшеницам, а при значительном уровне нитратов концентрация данного вещества в зерне может оказаться небольшой. Данный факт вполне объясняется изменчивостью содержания нитратов в растениях даже в течение суток. Кроме того, по наличию этих веществ еще нельзя судить об обеспеченности культуры подвижным азотом в аспекте оптимизации.

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ВЫБОРКА

При наличии экстремальных условий — недостатке влаги, пониженных температурах, несбалансированности минерального питания и так далее, препятствующих нормальному ходу физиологических процессов, минеральный азот обычно не включается в цикл синтеза белковых соединений и накапливается в нитратной форме. Учитывая данный факт, специалисты в рамках научных исследований оценивали обеспеченность озимой пшеницы азотом двумя методами: тканевой диагностики и химическим способом, то есть по содержанию этого элемента в биомассе, и сопоставляли результаты анализов с концентрацией сырой клейковины в зерне при уборке. При этом на первых фазах развития, когда тканевую диагностику проводить невозможно, осуществлялся анализ растительных образцов на концентрацию валового и нитратного азота. При наступлении периода выхода в трубку нитратный азот определялся химическим и экспрессным методами, а во время колошения нитраты устанавливали, как и при кущении, химическим путем.

Все результаты проведенных исследований были статистически обработаны путем большой выборки, а также были графически определены зависимости между концентрацией разных форм азота в растениях озимой пшеницы и содержанием сырой клейковины в зерне. Максимальный коэффициент корреляции по объему общего азота наблюдался в фазы кущения и выхода в трубку — 0,68 и 0,58 соответственно, несколько меньший — при колошении. Только в этих случаях коэффициенты связи были достоверны на уровне вероятности 95 процентов, в то время как наличие нитратного азота неадекватно отражало обеспеченность этим элементом питания. Результаты данных исследований лишний раз подчеркивают необходимость проведения полевых анализов ближе к месторасположению посевов.

ТОЧНАЯ ДОЗИРОВКА

Для критериальной оценки специалистами была осуществлена проверка разработанной методики в АО «Колос», расположенном в Чернянском районе Белгородской области, на площади 1740 га. Прогнозирование содержания клейковины в зерне проводилось по существующей и разработанной специалистами методикам. Практический опыт показал, что минимальное отклонение от фактической концентрации наблюдалось при использовании уравнения связи клейковины с наличием валового азота в растениях в фазу кущения, максимальное — при прогнозе по баллам обеспеченности нитратным азотом. Точность способов прогноза содержания клейковины в зерне определялась по общепринятым статистическим методикам. Прогноз по балльной шкале оценивался критерием Фишера, который был выше табличного — 0,95. То есть выборка, полученная этим методом, существенно отличалась от фактического количества клейковины. По остальным апробированным методикам фактический критерий Фишера был ниже табличного, следовательно, формально эти выборочные ряды можно отнести к одной генеральной совокупности. Ошибка разности среднего показателя по каждому методу определялась критерием Стьюдента. Способ балльной оценки давал ошибку больше табличной, поэтому он не может быть рекомендован для прогноза. Другая технология удовлетворяла общепринятым в статистике требованиям с риском ошибки до пяти процентов. Тем не менее минимальный критерий Стьюдента, равный 0,52, наблюдался при определении общего азота в растениях в фазу кущения.

Таким образом, на основании обработки результатов многолетних наблюдений и экспериментальных данных, полученных в трех ротациях зерносвекловичного оборота, путем регрессионного анализа специалистами ФГБНУ «Белгородский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» был разработан химический метод растительной диагностики. Он позволяет точно рассчитать содержание сырой клейковины при разных уровнях концентрации общего азота в растениях озимой пшеницы. С помощью результатов краткосрочных и длительных опытов, проведенных в Центральном Черноземье, удалось определить оптимальные дозы азотных подкормок, необходимых в ту или иную фазу развития культуры, с целью получения ценного и сильного зерна.