Цель исследований – выявление наиболее оптимальных доз внесения минеральных удобрений при выращивании кукурузы на чернозёмовидной почве в южной сельскохозяйственной зоне Амурской области. В статье представлены результаты исследований 2014-2017, 2019-2020 гг. по изучению действия различных доз минеральных удобрений на содержание доступных форм азота, фосфора, калия в почве под посевами кукурузы, а также их влияние на урожайность зелёной массы и зерна кукурузы. Применение азотно-фосфорных удобрений не только обеспечивает культуру питательными элементами на протяжении всей вегетации, но и способствует увеличению содержания минерального азота и подвижного фосфора в чернозёмовидной почвы. Накопление азота в почве после возделывания культуры в зависимости от дозы составляло 2,1-14,0 мг/кг почвы, в большей степени в варианте N120P60. Дозы минерального удобрения N60P60 и N120P60 повышали содержание подвижного фосфора в почве на 18,8-93,5 %. Урожайность кукурузы зависела от дозы минеральных удобрений. В среднем за годы исследований наибольшая урожайность зелёной массы (62,1 т/га) отмечалась при N30P30+N20, урожайность зерна (8,20 т/га) – при N60P30. Наиболее экономически эффективным является возделывание кукурузы на фоне удобрений N60P30.
1. Введение
Кукуруза – одна из важнейших сельскохозяйственных культур в мире. Её уникальность состоит в высокой потенциальной урожайности и широкой универсальности использования [1].
Амурская область занимает первое место по возделыванию кукурузы на кормовые цели в Дальневосточном федеральном округе. В последнее время заметно вырос интерес аграриев региона к кукурузе, выращиваемой на зерно, во многом это связано с реализацией программ Министерства сельского хозяйства Амурской области по развитию животноводства; увеличению производства зерновых и зернобобовых культур; оптимизации севооборотов, за счёт рентабельных зерновых культур. А также материальной поддержки хозяйств, практикующих возделывание кукурузы на зерно и её переработку [2].
В Амурской области посевные площади кукурузы на зерно за период с 2014 по 2020 гг. варьировали от 12,5 до 24,68 тыс. га, при урожайности – 34,9-60,6 ц/га [3].
Применение минеральных удобрений является важным условием повышения количества и качества урожая кукурузы [4, С. 34-35], [5], [6]. К тому же они способствуют повышению почвенного плодородия, внесение азотно-фосфорно-калийных удобрений увеличивает содержание основных элементов питания и обеспечивает высокую продуктивность сельскохозяйственных культур [7, С. 35], [8, С. 8].
В условиях Приамурья многие ученые изучали влияние удобрений на урожайность зерна и зелёной массы кукурузы, потребление и вынос основных элементов питания с урожаем. К. В. Кибиревым [9] было показано, что применение бурого окисленного угля, в качестве органо-минерального удобрения, увеличивало урожайность зерна кукурузы на 56-110 % по сравнению с контролем, а скорость потребления азота на 36-59 %, фосфора – на 24-43 %, калия – на 25-45 %. По данным О. А. Косицыной [10] на аллювиально-буроземно-дерновой почве в Амурской области хозяйственный вынос 1 т зерна и соответствующим количеством побочной продукции составил N – 25; Р2О5 – 7 и К2О – 24 кг, коэффициент использования Р2О5 и К2О из почвы – 8 и 32 % соответственно.
С. Б. Пак [11] отмечал, что орошение в сочетании с внесением минеральных удобрений на чернозёмовидных почвах юга Амурской области позволяет получать высокие запланированные урожаи зелёной массы кукурузы. Так, урожайность зелёной массы в варианте водного режима почвы с предполивной влажностью 80 % НВ на фоне внесения минеральных удобрений дозой N240P180K90 была близка к 80 т/га. Т. Г. Шуран [12] в условиях Приамурья рекомендует для получения максимальной урожайности кукурузы на силос вносить N120P90K70 при внутрипочвенном орошении почвы.
А. В. Чепелева и Г. П. Чепелев [13, C. 52-54] установили влияние погодных условий на эффективность применения удобрений при выращивании кукурузы: в засушливых условиях урожайность кукурузы не зависела от дозы применения минеральных удобрений, при сильном переувлажнении почвы наибольшая урожайность была получена в варианте с N30P60.
Ранее нами изучалось влияние минеральных удобрений на питательный режим и ферментативную активность чернозёмовидной почвы под посевами кукурузы. Была установлена тесная связь содержания минерального азота и подвижных форм фосфора с активностью ферментов уреазы и фосфатазы в почве [14]. Однако этих данных недостаточно специалистам сельского хозяйства для выбора оптимальных доз удобрений с целью повышения урожайности кукурузы и сохранения почвенного плодородия. Поэтому исследование является актуальным и имеет особую значимость для агропромышленного комплекса Амурской области.
Цель исследований – выявление наиболее оптимальных доз внесения минеральных удобрений при выращивании кукурузы на чернозёмовидной почве в южной сельскохозяйственной зоне Амурской области.
2. Методы и принципы исследования
Полевые опыты проводились в Амурской области на опытном поле ФГБОУ ВО Дальневосточный ГАУ (с. Грибское, Благовещенский район) в 2014-2017 гг. и 2019-2020 гг.
Метеорологические условия в Амурской области в годы проведения исследований различались по температурному режиму и количеству выпавших осадков. Наглядным показателем увлажнённости местности и влагообеспеченности периода вегетации является гидротермический коэффициент (ГТК), согласно которому три года были избыточно влажными (ГТК = 2,1-3,1) и три года с удовлетворительным увлажнением (ГТК = 1,5-1,9). В годы с избыточным увлажнением (2016, 2019, 2020 гг.) наибольшее количество осадков выпадало в мае и августе, дефицит влаги наблюдался в июне 2014, 2015 гг. и июле 2020 г.
Почва опытного участка – чернозёмовидная среднемощная с содержанием гумуса 3,4-3,8 %, рНKСl 5,0-5,2. Содержание минерального азота (Nмин) в почве до внесения удобрений варьировало: 2014, 2016, 2017 гг. отмечена средняя обеспеченность (44,7-50,4 мг/кг почвы), 2015, 2019, 2020 гг. – низкая (30,9-38,9 мг/кг почвы); в 2016 году содержание подвижного фосфора (P2О5) (по А.Т. Кирсанову) в почве было повышенное (154 мг/кг почвы), в 2017 году – высокое (144 мг/кг почвы), в остальные годы обеспеченность подвижным фосфором была средняя (58-99 мг/кг почвы); содержание подвижного калия (К2О) (по А.Т. Кирсанову) в 2016, 2017 годы было повышенное (156 и 168 мг/кг почвы), в остальные годы – высокое и очень высокое.
В исследования был включён гибрид кукурузы Пионер ПР39х32 с ФАО 180. Схема опыта содержала 7 вариантов в четырёхкратной повторности:
1) контроль (без внесения удобрения);
2) N30P30;
3) N60P30;
4) N60P60;
5) N90P60;
6) N120P60;
7) N30P30+N20 (некорневая).
В опыте использовали 3 вида удобрений: аммофос и аммиачная селитра вносились весной до посева вручную под предпосевную культивацию, и мочевина в виде некорневой подкормки по вегетации в фазе 3-5 листа. Общая площадь делянок – 700 м2, учётная площадь делянки – 32 м2.
Исследования проводили в динамике роста и развития кукурузы: 3-5 лист, 9-11 лист, початкообразование, полная спелость. В почвенных образцах для слоя 0…20 см определяли нитратный азот [15]; обменный аммоний [16]; подвижный фосфор и калий методом А.Т. Кирсанова [17]. Учёт урожая проводили ручным сбором початков с учётных делянок.
Полученные в опыте данные подвергались математической обработке методом дисперсионного анализа. Корреляционный анализ был проведён по средним значениям, количество пар равно количеству вариантов (n = 7). Статистическую значимость различий между средними значениями параметров оценивали при уровне вероятности (р) 0,05.
3. Результаты и обсуждение
Внесение минеральных удобрений приводит к накоплению питательных веществ в почве [18]. Азот является важнейшим питательным элементом для роста и развития растения [19]. Запас минерального азота перед посевом кукурузы в слое почвы 0-20 см в среднем за 4 года составлял 44,1 мг/кг почвы (табл. 1). В фазе 3-5 листа отмечено увеличение количества Nмин в почве при применении азотно-фосфорных удобрений. При этом накопление Nмин по вариантам опыта растет с увеличением дозы вносимого азота. Максимальное его количество отмечено в варианте N120P60 – 109,1 мг/кг, что выше контроля в 3,7 раза. Интенсивный рост надземной массы кукурузы (фаза 9-11 листа) приводил к снижению Nмин в почве, которое продолжалось до фазы полной спелости. Наибольшее содержание Nмин в почве наблюдалось в варианте N120P60. Увеличение содержания Nмин относительно контроля в данном варианте составляло, соответственно, 79,8; 31,0; 14,0 мг/кг почвы.
Содержание минерального азота в почве по фазам роста и развития растений кукурузы
Вариант | До посева, | 3-5 лист, | 9-11 лист, | Початкообразование, | Полная спелость, |
Контроль | 44,1 | 29,3 | 31,5 | 24,1 | 26,7 |
30 | 44,6 | 45,5 | 25,3 | 29,6 | |
30 | 64,4 | 40,5 | 28,8 | 31,8 | |
60 | 66,3 | 53,9 | 32,7 | 31,2 | |
60 | 75,3 | 47,5 | 28,7 | 28,8 | |
60 | 109,1 | 62,5 | 45,9 | 40,7 | |
20 | 69,4 | 40,7 | 28,3 | 35,0 |
Фосфор является одним из важнейших элементов, несмотря на то, что он менее распространён в чернозёмовидных почвах, чем азот и калий. Перед посевом кукурузы содержание подвижного фосфора в среднем за 4 года составляло 109 мг/кг почвы (табл. 2). Наибольшее содержание P2О5 в почве отмечено в фазе 9-11 листа – 170 мг/кг почвы (вариант N60P60), что выше контроля почти в 2 раза. С фазы цветения начинается снижение в почве P2О5, что связано с формированием урожая и накоплением элементов питания в зерне. К фазе полной спелости количество P2О5 в почве контрольного варианта составляло 70 мг/кг, в вариантах N60P60, N120P60 и N30P30+N20 было на 32-49 мг/кг больше. Наибольшим содержанием P2О5 в почве в период вегетации кукурузы выделялись варианты N60P60 и N120P60.
Содержание подвижного фосфора в почве по фазам роста и развития растений кукурузы
Вариант | До посева | 3-5 лист | 9-11 лист | Початкообразование | Полная спелость |
Контроль | 109,4 | 90,6 | 88,0 | 83,4 | 69,6 |
30 | 93,1 | 123,3 | 90,9 | 73,9 | |
30 | 92,0 | 100,8 | 92,1 | 78,2 | |
60 | 107,6 | 170,3 | 134,2 | 101,8 | |
60 | 122,8 | 140,9 | 118,6 | 93,7 | |
60 | 116,3 | 146,7 | 136,5 | 118,4 | |
20 | 132,0 | 110,9 | 100,7 | 110,2 |
В среднем за 4 года исследований содержание K2O в почве перед посевом кукурузы составляло 204 мг/кг почвы (табл. 3). Применение азотно-фосфорных удобрений не оказало существенного влияния на количество K2O в почве, обеспеченность была на уровне контрольного варианта. В фазе 9-11 листа содержание K2O в почве было самым низким за всю вегетацию, его количество по вариантам опыта уменьшилось на 6-22 мг/кг относительно содержания до посева. К фазе початкооброзвания наблюдалось повышение K2O в почве по всем вариантам. Наибольшее содержание K2O в почве было отмечено в фазе полной спелости зерна, вследствие оттока калия из растений в почву.
Содержание подвижного калия в почве по фазам роста и развития растений кукурузы
Вариант | До посева | 3-5 лист | 9-11 лист | Початкообразование | Полная спелость |
Контроль | 204,3 | 208,5 | 172,7 | 190,8 | 211,0 |
30 | 210,8 | 179,2 | 188,2 | 217,1 | |
30 | 186,8 | 166,4 | 197,9 | 242,3 | |
60 | 192,1 | 177,8 | 188,9 | 230,5 | |
60 | 180,3 | 165,5 | 182,1 | 207,1 | |
60 | 189,2 | 163,0 | 181,6 | 227,8 | |
20 | 180,0 | 158,3 | 194,5 | 221,1 |
Вносимые под кукурузу минеральные удобрения оказали положительное влияние на показатели продуктивности кукурузы. Наиболее высокие растения отмечены в фазе полной спелости в вариантах N120P60 и N30P30+N20 – 291,0 и 292,6 см, что выше контроля на 19,7 и 21,3 см соответственно. Максимальная площадь листьев за вегетационный период отмечена в фазе образования початков. Самый большой прирост площади листьев отмечен в варианте N120P60 и составил 70,0 тыс. м2/га, это выше контроля на 24,3 тыс. м2/га. Наибольшее накопление сухой наземной массы культуры отмечено в фазе молочной спелости зерна в варианте N120P60 – 34,3 ц/га, превышение контроля составляло 33 %.
Урожайность зелёной массы кукурузы в контрольном варианте изменялась по годам от 19,7 до 63,4 т/га и в среднем составила 43,9 т/га (табл. 4). Удобрения оказали существенное влияние на величину урожайности. В среднем за годы исследований внесение N90P60 повышало её на 16,1 т/га (36,7 %), N120P60 – 17,3 т/га (39,4 %). Максимальная урожайность зелёной массы (62,1 т/га) отмечена в варианте с применением мочевины в дозе N20 в виде некорневой подкормки.
Наибольшая урожайность зеленой массы по годам исследований получена в 2015 году (63,4-92,4 т/га), несмотря на то, что летний период характеризовался повышенным температурным режимом и дефицитом осадков.
Урожайность кукурузы в зависимости от минеральных удобрений
Вариант | Урожайность по годам, т/га | Прибавка урожайности, | |||||||
2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2019 | 2020 | средняя | т/га | % | |
зелёная масса | |||||||||
Контроль | 26,0 | 63,4 | 60,0 | 60,1 | 34,2 | 19,7 | 43,9 | - | - |
30 | 30,0 | 69,1 | 68,7 | 64,6 | 42,8 | 22,7 | 49,6 | 5,8 | 13,0 |
30 | 32,2 | 75,7 | 64,4 | 75,2 | 43,0 | 24,4 | 52,5 | 8,6 | 19,6 |
60 | 34,6 | 79,0 | 59,5 | 72,3 | 62,6 | 26,2 | 55,7 | 11,8 | 26,9 |
60 | 38,4 | 86,1 | 68,6 | 72,0 | 65,7 | 29,0 | 60,0 | 16,1 | 36,7 |
60 | 29,5 | 92,4 | 75,1 | 77,4 | 70,1 | 22,3 | 61,2 | 17,3 | 39,4 |
20 | 35,1 | 90,0 | 73,1 | 81,0 | 67,1 | 26,6 | 62,1 | 18,3 | 41,5 |
05 | 1,5 | 9,8 | 8,3 | 2,4 | 1,2 | 0,4 | 0,5 | ||
зерно | |||||||||
Контроль | 5,61 | 6,47 | 5,84 | 7,04 | 7,42 | 4,24 | 6,10 | - | |
30 | 5,77 | 9,23 | 6,19 | 7,50 | 9,14 | 5,74 | 7,26 | 1,16 | 19,0 |
30 | 6,70 | 9,56 | 6,28 | 8,13 | 11,27 | 7,25 | 8,20 | 2,09 | 34,4 |
60 | 6,41 | 9,13 | 6,77 | 7,77 | 10,48 | 7,17 | 7,95 | 1,85 | 30,3 |
60 | 6,22 | 9,36 | 6,68 | 7,79 | 9,87 | 6,29 | 7,70 | 1,60 | 26,2 |
60 | 6,27 | 9,04 | 6,56 | 7,65 | 9,65 | 6,26 | 7,57 | 1,47 | 24,1 |
20 | 6,07 | 9,81 | 6,45 | 7,94 | 9,25 | 6,13 | 7,61 | 1,50 | 24,7 |
05 | 0,44 | 0,18 | 0,32 | 0,20 | 0,58 | 0,17 | 0,15 |
В среднем за 6 лет урожайность зерна кукурузы в контрольном варианте составляла 6,10 т/га (табл. 4). Применение азотно-фосфорных удобрений способствовало повышению урожайности, максимальная урожайность зерна кукурузы получена в варианте N60P30, прибавка по сравнению с вариантом без удобрений составила 2,09 т/га или 34,4 %.
Благоприятные сочетания тепла и увлажнения летом 2019 года обусловили формирование наибольшей урожайности зерна кукурузы. Максимальная урожайность зерна в этот год получена также в варианте N60P30 – 11,27 т/га, превышение контроля составляло 3,85 т/га.
Условия минерального питания оказывают большое влияние на структуру урожая кукурузы. Основными элементами структуры урожая являются: высота крепления початка, длина стержня, масса одного початка, число зёрен в початке, масса зерна с початка, масса 1000 зёрен [20].
Самое высокое крепление початка отмечено в варианте с высокой дозой удобрения (N120P60) – 89 см, это выше контроля на 12 см. Такое высокое крепление початков способствует упрощению уборки кукурузы. Масса зерна с каждого початка также заметно различалась и зависела от дозы вносимого удобрения. Значительно большей массой зерна обладали початки в варианте N60P30. С увеличением дозы минеральных удобрений масса 1000 зёрен значительно увеличивалась и составляла по вариантам опыта 231,4-269,5 г.
Между урожайностью и содержанием минерального азота наблюдается довольно тесная зависимость, особенно в фазах 3-5 и 9-11 листа (r=0,64 и r=0,52 соответственно). Зависимость урожайности от содержания подвижного фосфора в почве была средней силы во все периоды развития кукурузы, коэффициенты корреляции составляли 0,48-0,55. Выявлена сильная положительная связь между урожайностью зерна и сухой надземной массой (r = 0,76), а также между урожайностью зерна и площадью листовой поверхности (r = 0,78).
В производственных условиях важное значение имеет не только повышение урожайности возделываемых культур, но и окупаемость применяемых удобрений. Применение азотно-фосфорного удобрения в дозе N60P30 под кукурузу обеспечивает не только высокую урожайность зерна, но и самый высокий уровень рентабельности – 174,0 %, что на 16,9 % выше контрольного варианта, при этом себестоимость продукции снижается, и увеличивается дополнительный доход. Основываясь на полученных данных, можно считать вариант N60P30 экономически выгодным и целесообразным.
4. Заключение
По результатам исследований применения минеральных удобрений на посевах кукурузы в южной сельскохозяйственной зоне Амурской области установлено:
1. Внесение азотно-фосфорных удобрений способствует обогащению чернозёмовидной почвы подвижными формами питательных элементов: N120P60 – увеличивает содержание минерального азота на 1,2-21,8 мг/кг; N60P60 и N120P60 – повышают содержание подвижного фосфора на 18,8-93,5 % и при этом не оказывают существенного влияния на количество подвижного калия в почве.
2. Предпосевное внесение N30P30 в сочетании с некорневой подкормкой N20 в фазе 3-5 листа обеспечивает наибольшую урожайность зелёной массы кукурузы, которая в среднем за шесть лет составляла 62,1 т/га, что выше контроля на 41,5 %.
3. Внесение N60P30 повышает урожайность зерна кукурузы на 2,09 т/га относительно контроля, к тому же данный вариант является наиболее экономически выгодным.
The additional file for this article can be found as follows:
Further description of analytic pipeline and patient demographic information. DOI:
None
None