Влияние длительного применения удобрений на продуктивность и качество кормовых культур в условиях Севера

УДК 631.86.232.322.4

Влияние длительного применения удобрений на продуктивность и качество кормовых культур в условиях Севера

Чеботарёв Н. Т., доктор сельскохозяйственных наук

Шергина Н. Н., кандидат биологических наук

Институт агробиотехнологий им. А. В. Журавского Федерального исследовательского центра «Коми научный центр Уральского отделения Российской академии наук»

167023, Россия, Республика Коми, г. Сыктывкар, ул. Ручейная, д. 27

E-mail: sherginanika@gmail.com

В условиях Республики Коми в полевом стационарном опыте на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве изучена эффективность различных доз органических и минеральных удобрений, а также совместного их применения. Исследования проводили в 1978–2019 годах на опытных полях Института агробиотехнологий ФИЦ Коми НЦ УрО РАН. Целью проводимых исследований было изучение влияния комплексного применения удобрений на продуктивность и качество кормовых культур в шестипольном севообороте. Кормовой севооборот имел следующее чередование культур: картофель, викоовсяная смесь с подсевом многолетних трав, многолетние травы 1 г.п., многолетние травы 2 г.п., викоовсяная смесь, картофель. В результате научных исследований (более 40 лет) установлено, что наиболее эффективной была органоминеральная система удобрений, особенно при внесении 80 т/га торфонавозного компоста (ТНК) и минеральных удобрений. Многолетние исследования показали, что наиболее значительные урожаи кормовых культур (в среднем за три ротации) получены при использовании 80 т/га ТНК и NPK: однолетних трав — 4,4 т/га; многолетних трав — 6,2 и картофеля — 7,1 т/га сухого вещества высокого качества. Содержание сухого вещества в клубнях картофеля в вариантах с NPK составило 18,0–18,8%, на органическом фоне — 18,4–18,9 и при комплексном применении удобрений — 17,1–17,7; в контроле — 19,6%. Количество крахмала в картофеле незначительно различалось по вариантам опыта и равнялось 12,6–13,1%. Содержание нитратов не превышало ПДК (250 мг/кг сырой массы). Количество сухого вещества в однолетних и многолетних травах изменялось незначительно и составляло 19,0–19,8 и 25,0–26,8% соответственно. Установлено, что удобрения способствовали повышению содержания сырого протеина в однолетних и многолетних травах до 13,1–15,0% (в контроле — 11,2%) и 8,8–10,6 % (в контроле — 8,1%) соответственно.

Ключевые слова: почва, удобрение, культуры, кормовой севооборот, урожайность, система удобрений, химический состав кормовых культур, однолетние, многолетние травы, картофель.

Задача повышения продуктивности агроценозов Европейского Северо-Востока требует неотложного решения вопросов сохранения и повышения плодородия почв, сокращения материальных и энергетических затрат на производство сельскохозяйственной продукции. Для Республики Коми (РК) характерны прохладное и короткое лето, поздние весенние и ранние осенние заморозки, что ослабляет рост растений и снижает потребление питательных веществ (Заболоцкая и др., 1978). На пахотных угодьях РК представлены в основном дерново-подзолистые почвы, для которых характерно очень низкое естественное плодородие (Заболоцкая и др., 1978; Забоева, 1975). При резком сокращении объёмов применения удобрений и химических мелиорантов почвы быстро подвергаются деградационным процессам, что сопровождается снижением содержания почвенного органического вещества (ПОВ), питательных веществ и ухудшением физико-химических свойств. Для широкого воспроизводства продуктивности агроценозов РК требуется: совершенствование технологий сохранения и воспроизводства плодородия почвы; возделывание сельскохозяйственных культур, адаптированных к региональным почвенно-климатическим условиям (Заболоцкая, 1985; Войтович, 2005); переход от зональной системы к адаптивно-ландшафтному земледелию и биологизированному кормопроизводству (Нурлыгаянов и др., 2010; Пегова, Холзаков, 2015; Сысуев, 2015; Исаичева, Труфанов, 2016).

В связи с недостаточными ресурсами органических удобрений и высокой стоимостью минеральных, в повышении плодородия почв возрастает роль севооборотов с высокой насыщенностью однолетними и многолетними травами, позволяющими без значительных затрат повышать продуктивность культур (Дмитриев, 2014; Мёрзлая и др., 2012; Чеботарёв, 2012; Ekschmitt et al., 2005) и получать сельскохозяйственную продукцию высокого качества (Ситников, 2016). Наиболее полно изучить возможность применения таких севооборотов и оценить влияние вносимых доз удобрений на продуктивность и качество получаемой продукции, рациональное использование материальных ресурсов и возмещение в почву элементов питания и органического вещества позволяют длительные полевые опыты (Мёрзлая и др., 2012; Минеев и др., 2004; Лапа и др., 2009; Изместьев, Свечников, 2015), один из которых, заложенный на землях Института агробиотехнологий Коми НЦ УрО РАН, послужил основой для проведения данных исследований. Изучение применения органических и минеральных удобрений в кормовом севообороте проводится более 40 лет (Чеботарёв, 2012; Чеботарёв, Юдин, 2015).

Целью проводимых исследований было изучение влияния комплексного применения удобрений на продуктивность и качество кормовых культур в шестипольном севообороте в условиях Севера.

Методика исследований. Исследование по использованию различных систем удобрений в кормовом севообороте проводили в 1978–2019 годах на дерново-подзолистой легкосуглинистой среднеокультуренной почве по методике Б. А. Доспехова (1985). Агрохимические показатели почвы были следующими: содержание гумуса — 2,1–2,4%; рНKCl — 5,2‒5,4; Нг — 3,4–3,7 ммоль/кг; Р2О5 — 193–211 мг/кг и К2О — 146–156 мг/кг почвы.

Кормовой севооборот имел следующее чередование культур: картофель, викоовсяная смесь с подсевом многолетних трав, многолетние травы 1 г.п., многолетние травы 2 г.п., викоовсяная смесь, картофель.

Средние агрономические показатели торфонавозного компоста (ТНК) были следующими: рНKCl — 7,2‒7,6, содержание сухого вещества — 26‒30%, зольность — 20‒24%, содержание общего азота — 0,52‒0,60%, общего фосфора — 0,5‒0,56%, общего калия — 0,42‒0,48%. Для восполнения выноса элементов питания урожаями сельскохозяйственных культур ежегодные дозы минеральных удобрений составили: под картофель — N60P30K180, под викоовсяную смесь — N40P32K116, под многолетние травы (клевер луговой + тимофеевка луговая) — N40P32K108. В опыте также использовали пониженные дозы минеральных удобрений (1/2 и 1/3 от полной дозы), в качестве контроля использовали вариант без удобрений. Планируемая урожайность зелёной массы викоовсяной смеси — 20,0 т/га, многолетних трав — 15,0 т/га и картофеля — 15,0 т/га.

Сорта исследуемых культур: картофель Невский, овёс Горизонт, вика Льговская 22, клевер луговой Трио, тимофеевка луговая Северодвинская.

Повторность опыта четырёхкратная, площадь опытной делянки — 100 м2. Учёт урожайности сплошной, поделяночный.

В работе использовали следующие методы анализов.

В почве: содержание гумуса определяли по ГОСТ 26213-91; общий азот — по ГОСТ 26107-84; гидролитическую кислотность — по ГОСТ 26212-91; рНсол — по ГОСТ 26483-85; содержание подвижного фосфора и обменного калия — по ГОСТ 26207-914; валовой анализ биофильных элементов в почве и удобрениях — адсорбционным и рентгено-флюоресцентным (VRA-33) методами; в растениях: азот общий — фотоколориметрическим методом, сырую клетчатку — по Геннебергу и Штоману (1969); сырую золу — сухим озолением в муфельной печи, фосфор — по Курмису (1974) ванадомолибдатным методом, калий — на пламенном фотометре после сухого озоления, кальций — трилонометрически; кормовые единицы, БЭВ, сырой протеин — расчётным методом, нитратный азот — ионоселективным методом; азот и углерод — методом газовой хроматографии.

Результаты исследований. Длительное применение (42 года) органических и минеральных удобрений в кормовом севообороте оказало существенное влияние на продуктивность и качество кормовых культур. Установлено, что оптимальным приёмом удобрения культур в севообороте является периодическое (два раза за 6 лет) применение 80 т/га ТНК и полной дозы NPK. В среднем за три ротации севооборота получены значительные урожаи культур: картофеля — 7,0 т/га; однолетних трав — 4,4 т/га, многолетних трав — 6,2 т/га сухого вещества, что на 59,1; 100,0 и 106,6% превышало вариант без удобрений (табл. 1).

При применении трёх доз NPK получен менее значительный урожай — 4,7–5,5 т/га и двух доз ТНК — 4,9–6,0 т/га сухого вещества.

Системы удобрений в разной степени влияли на химический состав возделываемых культур. Содержание сухого вещества в клубнях картофеля на минеральном фоне составило 18,0‒18,8%, на органическом — 18,4‒18,9% и на органоминеральном — 17,1‒17,7%, в контроле — 19,6%. Содержание сырого протеина с увеличением доз NPK повышалось до 9,4‒10,0%, в контроле — 8,1%. Количество фосфора, калия и кальция в продукции повышалось незначительно. Содержание крахмала в клубнях картофеля было на уровне 12,6‒13,0%, в контроле — 13,2%. Содержание нитратов в продукции варьировалось от 74 до 134 мг/кг сырой массы и не превышало ПДК (250 мг/кг сырой массы) (табл. 2).

Количество сухого вещества в однолетних травах изменялось незначительно — 19–19,6%, в контроле — 20,5%. Содержание сырого протеина на минеральном фоне составило 14,4–15,0%, на органическом — 13,1–14,4%, без удобрений — 11,2%. Содержание фосфора и кальция по вариантам опыта также изменялось незначительно. С увеличением доз NPK содержание калия в продукции однолетних трав повышалось до 2,8–3,3%, в контроле — 2,4% (табл. 3).

Количество сухого вещества в многолетних травах изменялось незначительно — 25,2–26,8%, в контроле — 20,6%. Содержание сырого протеина в продукции составило 8,8–10,6%. Количество фосфора, калия и кальция по вариантам опыта изменялось незначительно и составило (в среднем за три ротации): фосфора — 0,28–0,31%, калия — 2,3–2,5% и кальция — 0,64–0,68%.

Заключение. В результате длительных научных исследований установлено, что оптимальной системой удобрений в среднетаёжной зоне Евро-Северо-Востока на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве является совместное применение ТНК в дозе 80 т/га и NPK. Приведённая система удобрений способствовала повышению плодородия почвы.

Органоминеральная система удобрений способствовала получению значительных урожаев культур в шестипольном кормовом севообороте: картофеля — 6,7–7,0 т/га; однолетних трав — 4,2–4,6 т/га и многолетних трав — 5,2–6,2 т/га сухого вещества высокого качества. При использовании органоминеральной системы удобрений наиболее значительно повышалось качество кормовых культур севооборота: в картофеле — количество крахмала; в однолетних и многолетних травах — содержание сырого протеина.

Работа выполнена в рамках Государственного задания № 0333-2019-0008-С-01 по Программе ФНИ государственных академий наук на 2013–2020 годы, Рег. № НИОКТР АААА-А19-119031390055-1.

Литература

  1. Войтович Н. В. Оптимизация минерального питания в агроценозах Центрального Нечерноземья / Н. В. Войтович, Б. П. Лобода. — М.: НИИСХ ЦРНЗ, 2005. — 194 с.
  2. Дмитриев В. И. Однолетние кормовые культуры в полевом кормопроизводстве Омской области / В. И. Дмитриев // Вестник Омского государственного аграрного университета. — 2014. — № 2. — С.12‒14.
  3. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) / Б. А. Доспехов. — М.: Агропромиздат, 1985. — 351 с.
  4. Забоева И. В. Почвы и земельные ресурсы Коми АССР / И. В. Забоева / Отв. ред. И. П. Герасимов. — Сыктывкар: Коми книжное издательство, 1975. — 344 с.
  5. Заболоцкая Т. Г. Биологический круговорот элементов в агроценозах и их продуктивность / Т. Г. Заболоцкая. — Л.: Наука, 1985. — 179 с.
  6. Заболоцкая Т. Г. Северный подзол и удобрения / Т. Г. Заболоцкая, И. И. Юдинцева, А. В. Кононенко. — Сыктывкар, 1978. — 94 с.
  7. Изместьев В. М. Влияние длительного применения минеральных удобрений на продуктивность кормовых севооборотов / В. М. Изместьев, А. К. Свечников // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. — 2015. — № 1 (44). — С.29‒34.
  8. Исаичева У. А. Эффективность биологизации систем удобрений в оптимизации гумусового состояния дерново-подзолистой супесчаной почвы / У. А. Исаичева, А. М. Труфанов // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. — 2016. — № 1 (135). — С.43‒47.
  9. Лапа В. В. Влияние органоминеральной системы удобрений на продуктивность севооборота и баланс гумуса в дерново-подзолистых почвах / В. В. Лапа, В. Н. Босак, Г. В. Пироговская // Агрохимия. — 2009. — № 2. — С.40‒44.
  10. Эффективность длительного применения органических и минеральных удобрений на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве / Г. Е. Мёрзлая, Г. А. Зябкина, Т. П. Фомкина, А. В. Козлова, О. В. Макшакова, С. П. Волошин, А. Н. Хромова, И. В. Панкратенкова // Агрохимия. — 2012. — № 2. — С.37‒46.
  11. Минеев В. Г. Плодородие и биологическая активность дерново-подзолистой почвы при длительном применении удобрений и их последствии / В. Г. Минеев, Н. Ф. Гомонова, М. Ф. Овчинникова // Агрохимия. — 2004. — № 7. — С.5‒10.
  12. Нурлыгаянов Р. Б. Адаптивное кормопроизводство как экологический аспект формирования сельскохозяйственных угодий / Р. Б. Нурлыгаянов, В. П. Данилов, М. В. Бекасова // Экономика, труд, управление в сельском хозяйстве. — 2010. — № 4 (5). — С.45‒47.
  13. Пегова Н. А. Ресурсосберегающая система обработки дерново-подзолистой почвы / Н. А. Пегова, В. М. Холзаков // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. — 2015. — № 1 (44). — С.35‒40.
  14. Ситников Н. П. Основные аспекты региональной стратегии кормопроизводства / Н. П. Ситников // Адаптивное кормопроизводство. — 2016. — № 4. — С.35-41.
  15. Сысуев В. А. Приоритеты и проблемы аграрной науки на Евро-Северо-Востоке России / В. А. Сысуев // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. — 2015. — № 3 (46). — С.4‒9.
  16. Чеботарёв Н. Т. Об эффективности использования удобрений при возделывании кормовых культур в условиях Республики Коми / Н. Т. Чеботарёв // Кормопроизводство. —2012. — № 8. — С.32‒33.
  17. Чеботарёв Н. Т. Динамика плодородия и продуктивности дерново-подзолистой почвы под действием длительного применения удобрений в условиях Республики Коми / Н. Т. Чеботарёв, А. А. Юдин // Достижения науки и техники АПК. — 2015. — Т. 29. — № 2. — С.11.
  18. Ekschmitt K. Strategies used by soil biota to overcome soil organic matter stability – why is dead organic matter left over in the soil / K. Ekschmitt, M. Liu, O. Fox // Zeoderma. — 2005. — Vol. 128. — No. 1‒2. — P.167‒176.

The effect of long-term fertilization on forage crop productivity and quality in the North

Chebotarev N. T., Dr. Agr. Sc.

Shergina N. N., PhD Biol. Sc.

Institute of Agricultural Biotechnology n. a. A. V. Zhuravskiy of Komi Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

167023, Russia, the Komi Republic, Syktyvkar, Rucheynaya str., 27

E-mail: sherginanika@gmail.com

The impact of various rates of organic and mineral fertilizers was analyzed in the Komi Republic on sod-podzolic soil with low loam content. The research took place at the Institute of Agricultural Biotechnology in 1978–2019. The goal was to test forage crop productivity and quality under fertilization and six-field crop rotation. Crop rotation happened as follows: potatoes, vetch-oat mixture overseeded by perennial grasses, first-year perennial grasses, second-year perennial grasses, vetch-oat mixture, potatoes. For 40 years the combination of mineral and organic fertilizers was the most effective. The highest yields for three rotations were observed under the application of 80 t ha-1 of peat-manure compost and NPK: annual grasses produced 4.4 t ha-1; perennial grasses — 6.2, and potatoes — 7.1 t ha-1 of high-quality dry matter (DM). Potato tubers accumulated 18.0–18.8% of DM under NPK application, 18.4–18.9 — under organic nutrition, 17.1–17.7 — when using complex fertilization, and 19.6% — in the control. Starch content varied within 12.6–13.1% in potatoes. Nitrate content did not exceed the maximum acceptable concentration (250 mg/kg of raw mass). DM concentrations amounted to 19.0–19.8 and 25.0–26.8% in annual and perennial grasses, respectively. Fertilization increased crude protein amount in annual and perennial grasses up to 13.1–15.0% (versus 11.2% in the control) and 8.8–10.6 % (versus 8.1%), respectively.

Keywords: soil, fertilizer, crop, crop rotation, productivity, fertilizer complex, chemical composition, annual, perennial grass, potato.

References

1. Voytovich N. V. Optimizatsiya mineralnogo pitaniya v agrotsenozakh Tsentralnogo Nechernozemya / N. V. Voytovich, B. P. Loboda. — Moscow: NIISKh TsRNZ, 2005. — 194 p.

2. Dmitriev V. I. Odnoletnie kormovye kultury v polevom kormoproizvodstve Omskoy oblasti / V. I. Dmitriev // Vestnik Omskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. — 2014. — No. 2. — P.12‒14.

3. Dospekhov B. A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoy obrabotki rezultatov issledovaniy) / B. A. Dospekhov. — Moscow: Agropromizdat, 1985. — 351 p.

4. Zaboeva I. V. Pochvy i zemelnye resursy Komi ASSR / I. V. Zaboeva / Otv. red. I. P. Gerasimov. — Syktyvkar: Komi knizhnoe izdatelstvo, 1975. — 344 p.

5. Zabolotskaya T. G. Biologicheskiy krugovorot elementov v agrotsenozakh i ikh produktivnost / T. G. Zabolotskaya. — Leningrad: Nauka, 1985. — 179 p.

6. Zabolotskaya T. G. Severnyy podzol i udobreniya / T. G. Zabolotskaya, I. I. Yudintseva, A. V. Kononenko. — Syktyvkar, 1978. — 94 p.

7. Izmestev V. M. Vliyanie dlitelnogo primeneniya mineralnykh udobreniy na produktivnost kormovykh sevooborotov / V. M. Izmestev, A. K. Svechnikov // Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. — 2015. — No. 1 (44). — P.29‒34.

8. Isaicheva U. A. Effektivnost biologizatsii sistem udobreniy v optimizatsii gumusovogo sostoyaniya dernovo-podzolistoy supeschanoy pochvy / U. A. Isaicheva, A. M. Trufanov // Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. — 2016. — No. 1 (135). — P.43‒47.

9. Lapa V. V. Vliyanie organomineralnoy sistemy udobreniy na produktivnost sevooborota i balans gumusa v dernovo-podzolistykh pochvakh / V. V. Lapa, V. N. Bosak, G. V. Pirogovskaya // Agrokhimiya. — 2009. — No. 2. — P.40‒44.

10. Effektivnost dlitelnogo primeneniya organicheskikh i mineralnykh udobreniy na dernovo-podzolistoy legkosuglinistoy pochve / G. E. Merzlaya, G. A. Zyabkina, T. P. Fomkina, A. V. Kozlova, O. V. Makshakova, S. P. Voloshin, A. N. Khromova, I. V. Pankratenkova // Agrokhimiya. — 2012. — No. 2. — P.37‒46.

11. Mineev V. G. Plodorodie i biologicheskaya aktivnost dernovo-podzolistoy pochvy pri dlitelnom primenenii udobreniy i ikh posledstvii / V. G. Mineev, N. F. Gomonova, M. F. Ovchinnikova // Agrokhimiya. — 2004. — No. 7. — P.5‒10.

12. Nurlygayanov R. B. Adaptivnoe kormoproizvodstvo kak ekologicheskiy aspekt formirovaniya selskokhozyaystvennykh ugodiy / R. B. Nurlygayanov, V. P. Danilov, M. V. Bekasova // Ekonomika, trud, upravlenie v selskom khozyaystve. — 2010. — No. 4 (5). — P.45‒47.

13. Pegova N. A. Resursosberegayushchaya sistema obrabotki dernovo-podzolistoy pochvy / N. A. Pegova, V. M. Kholzakov // Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. — 2015. — No. 1 (44). — P.35‒40.

14. Sitnikov N. P. Osnovnye aspekty regionalnoy strategii kormoproizvodstva / N. P. Sitnikov // Adaptivnoe kormoproizvodstvo. — 2016. — No. 4. — P.35-41.

15. Sysuev V. A. Prioritety i problemy agrarnoy nauki na Evro-Severo-Vostoke Rossii / V. A. Sysuev // Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. — 2015. — No. 3 (46). — P.4‒9.

16. Chebotarev N. T. Ob effektivnosti ispolzovaniya udobreniy pri vozdelyvanii kormovykh kultur v usloviyakh Respubliki Komi / N. T. Chebotarev // Kormoproizvodstvo. —2012. — No. 8. — P.32‒33.

17. Chebotarev N. T. Dinamika plodorodiya i produktivnosti dernovo-podzolistoy pochvy pod deystviem dlitelnogo primeneniya udobreniy v usloviyakh Respubliki Komi / N. T. Chebotarev, A. A. Yudin // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. — 2015. — Vol. 29. — No. 2. — P.11.

18. Ekschmitt K. Strategies used by soil biota to overcome soil organic matter stability – why is dead organic matter left over in the soil / K. Ekschmitt, M. Liu, O. Fox // Zeoderma. — 2005. — Vol. 128. — No. 1‒2. — P.167‒176.

Обсуждение закрыто.