Влияние азотных удобрений на показатели растительной диагностики и продуктивность зерновых культур и горчицы белой в условиях центрального района нечернозёмной зоны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Специальность- Агрохимия

на тему: Влияние азотных удобрений на показатели растительной диагностики и продуктивность зерновых культур и горчицы белой в условиях центрального района нечернозёмной зоны

Выполнил:

Сопов Иван Валентинович

Москва 2009

Диссертационная работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова Российской академии сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Афанасьев Рафаил Александрович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Соколов Олег Алексеевич, кандидат биологических наук Батура Инна Николаевна

Ведущая организация: ГНУ НИИ сельского хозяйства Центральных районов Нечернозёмной зоны РФ Россельхозакадемии

Защита состоится « 26 » февраля 2009 года в 16:00 часов на заседании диссертационного совета Д 006.029.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте агрохимии имени Д.Н. Прянишникова

Адрес: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д.31 а, ГНУ ВНИИА.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенных по установленной форме, можно присылать по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 31 а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВНИИА.

Автореферат разослан « 23 » января 2009 года и помещен на сайте www.vniia-pr.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета Л.В. Никитина.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние годы во многих странах с развитым сельским хозяйством большое внимание уделяется рациональному использованию азотных удобрений на основе физических методов диагностики в отличие от ранее применяемых химических методов стеблевой (тканевой) и листовой диагностики, требующей мокрого озоления растительного материала и определения в нем общего азота (Церлинг, 1990). Химические методы имеют ряд существенных недостатков, связанных с использованием сильных кислот и щелочей, значительными затратами времени на отбор проб и их анализ, необходимостью лабораторных условий для аналитических работ.

В зарубежной практике в последние 10-15 лет преобладающим методом диагностики азотного статуса растений служит фотометрия, основанная на косвенном определении обеспеченности их азотом по взаимодействию света с хлорофиллом листовых пластинок (Scharf et al., 1996). Этот метод применяется в различных устройствах, портативных и мобильных, с пассивным или активным влиянием световой энергии на растения и регистрацией ответной реакции облученных растений или их листьев в отраженном или проникающем свете.

В нашей стране до сих пор физические методы не нашли широкого применения ввиду высокой, по отечественным меркам, стоимости зарубежных приборов, с одной стороны, и отсутствия более дешевых отечественных аналогов, с другой. Однако возрастающие требования к оптимизации азотного питания основных сельскохозяйственных культур, обусловленные экономическими и экологическими факторами, ставят разработку отечественных методов физической диагностики в ряд актуальных вопросов современного земледелия. Разработка научно-методических основ фотометрической диагностики с учетом районированных сортов сельскохозяйственных культур и соответствующих почвенно-климатических условий позволит создавать отечественные приборы для адекватной оценки азотного статуса растений.

Цель исследований: обоснование нового способа диагностики азотного питания растений на основе фотометрии.

Задачи исследований:

- установить влияние азотных удобрений на урожайность культур звена севооборота и биохимический состав растений;

- выявить влияние возрастающих доз азотных удобрений на показатели стеблевой диагностики культур звена севооборота;

- определить влияние возрастающих доз азотных удобрений на содержание хлорофилла в листьях растений;

- установить зависимость показателей фотометрии от возрастающих доз азотных удобрений и их связь с другими характеристиками биологических объектов;

- дать энергетическую и экономическую оценку оптимизации азотного питания растений.

Научная новизна. Впервые в условиях Центральных районов Нечернозёмной зоны РФ установлена возможность использования фотометрии для диагностики азотного питания озимой пшеницы, ярового ячменя и горчицы белой. Согласно полученным данным, цифровые показатели используемых фотометрических экспериментальных приборов ВНИИА - Спектролюкс отражают зависимость обеспеченности растений азотом. Показатели диагностических приборов с дозами азота, содержанием нитратов в стеблях растений, определенных полуколичественным методом, содержанием хлорофилла и биопродуктивностью культур находятся в тесной корреляционной зависимости (r = 0,83 - 0,97).

Защищаемые положения

1. Зависимость урожайности культур звена севооборота, возделываемых на дерново-подзолистой суглинистой почве, хорошо обеспеченной подвижным фосфором и средне - обменным калием, от возрастающих доз азотных удобрений характеризовалась параболической кривой, что позволяет определить оптимальные дозы азота по максимальным, статистически достоверным прибавкам урожайности этих культур.

2. Показатели стеблевой (тканевой) диагностики, определяемые полуколичественным методом по реакции нитратов с дифениламином (по методу В.В. Церлинг), хорошо коррелируют с дозами азотных удобрений, внесенных под культуры, однако значения этих показателей существенно меняются в зависимости от фазы развития растений и других условий.

3. Зависимости концентрации хлорофилла в листьях зерновых культур и горчицы белой от возрастающих доз азотных удобрений аппроксимируются параболическими кривыми, что указывает на затухающее действие азота в высоких дозах не только на урожайность, но и содержание хлорофилла в фотосинтезирующих органах растений.

4. Фотометрическая диагностика, осуществляемая экспериментальными приборами, адекватно отражает уровень обеспеченности растений азотом и может служить информационной основой для определения и регулирования их азотного питания.

5. Энергетическая и экономическая оценка действия азотных удобрений свидетельствует о высокой их эффективности в дозах, не превышающих оптимальные для урожайности культур звена севооборота.

Практическая значимость. Экспериментальные данные по диагностике азотного питания на основе фотометрии могут использоваться для разработки фотометрических методов и приборов для диагностики обеспеченности сельскохозяйственных культур азотом.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований доложены на международных конференциях ВНИИА в Москве в 2007, 2008 гг., научно-технической конференции в ВВЦ в Москве в 2007 г. По теме диссертации опубликовано 6 статей, в том числе 1 в журнале, включенном в перечень изданий ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 175 страницах машинописного текста, состоит из введения, 3 глав, списка литературы и выводов. Текстовая часть работы проиллюстрирована 36 таблицами, 75 рисунками. Список литературы включает 267 наименований, в том числе 33 на иностранных языках. Приложения содержат 15 таблиц.

Проведенные исследования являются частью НИР ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова по выполнению этапа 02.03.01. «Усовершенствовать приемы управления продукционным процессом сельскохозяйственных культур агрохимическими средствами в системе почва-растение с целью повышения окупаемости удобрений и увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур».

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обзор литературы.

В данной главе проведен анализ отечественных и зарубежных исследований по влиянию азотных удобрений на урожайность и качество сельскохозяйственных культур, продукционные процессы в растительных организмах. Особое внимание обращено на методические вопросы диагностики азотного питания зерновых и других культур, применяемой в целях регулирования их азотного статуса. Отмечено, что, несмотря на многочисленные исследования в этом направлении, недостаточно разработаны физические методы растительной диагностики, в частности с использованием фотометрии.

Объект и методы проведения исследований.

Исследования проводились в 2005-2008 гг. в трех краткосрочных полевых опытах, заложенных на окультуренных дерново-подзолистых суглинистых почвах Центрального региона Нечерноземной зоны. Из них два опыта (опыты 1 и 2) заложены на Полевой опытной станции РГАУ-МСХА им. Тимирязева и один (опыт 3) - на Центральной опытной станции ВНИИА (Домодедовский р-н Московской области). Объектами исследований в опыте 1 служили агроценозы культур звена севооборота: озимой пшеницы сорта Московская 39 - ячменя сорта Михайловский - горчицы белой сорта Рапсодия, в опыте 2 - озимой пшеницы разных сортов и линий, в опыте 3 - ячменя сорта Эльф. Почва опытных участков дерново-подзолистая, разной степени окультуренности: среднесуглинистая на Полевой опытной станции РГАУ-МСХА и тяжелосуглинистая - на опытном участке ЦОС ВНИИА. Агрохимическая характеристика почвы опытных участков приведена в таблице 1.

1. Агрохимическая характеристика почвы опытных участков

№ опыта	рНсол	Гумус, %	Р2О5	К2О
			мг/кг
1	4,8	1,9	283	134
2	6,2	1,9	193	54
3	6,3	2,0	102	160

Агрометеорологические условия в годы исследований в целом были типичными для зоны, но различались по количеству осадков и температуре. В 2006 году среднее значение температуры было близким к климатической норме, но засушливыми условиями характеризовался, по существу, весь весенне-летний период вегетации озимой пшеницы. Недостаток влаги негативно отразился на развитии озимых и яровых культур и формировании урожайности, вызвав, в частности, щуплость зерна. В 2007 году наблюдалась также сильная засуха в течение почти всего периода вегетации, о чем также свидетельствует значение ГТК периода май - август, составившего 0,8. Это привело к сокращению межфазных периодов, ускоренному росту и развитию ярового ячменя и озимой пшеницы. В 2008 году, напротив, в период вегетации осадков выпало значительно больше нормы. ГТК за май - август составил 2,0, что свидетельствует об избыточном увлажнении сельскохозяйственных культур в этот период.

Возделывание в полевых опытах разных генотипов сельскохозяйственных культур на почвах разного уровня окультуренности при различных погодных условиях направлено на повышение репрезентативности оценки влияния азотных удобрений на урожайность и качество этих культур, а также результатов фотометрической диагностики их экспериментальными спектроанализаторами.

В полевом опыте 1 изучалось влияние азотных удобрений в возрастающих дозах от N0 в контрольных вариантах до N150 на посевах ячменя и горчицы белой и до N180 - на посевах с озимой пшеницей с интервалом между дозами 30 кг/га д.в. На посеве озимой пшеницы опыта 1 дозы азота (фактор А), по методу расщепленной делянки, вносили в два срока (фактор Б): в октябре 2005 г. в фазу осеннего кущения растений и в начале мая 2006 г. при весеннем кущении. На посевах последующих культурах звена севооборота - ячменя (2007 г.) и горчицы белой (2008 г.) азотные удобрения вносили весной поверхностно, после высева семян. Ввиду достаточной обеспеченности почвы опытного участка подвижными формами фосфора и калия соответствующие виды удобрений не применяли. В опыте 2 азотные удобрения применялись на фоне допосевного внесения комплексных удобрений с микроэлементами Кемира (N_20-23P_24-80K_50-120), в опыте 3 - на фоне применения фосфорно-калийных удобрений (Р₆₀К₆₀).

На опытном участке 1 весной 2005 г. в качестве предшественника озимой пшеницы и рекогносцировочного посева была высеяна вико-овсяная смесь, убранная на зеленый корм. Скашивание проводили механизированно. Учет урожайности зеленой массы осуществлялся весовым способом на 24 делянках площадью по 20 мІ. Сбор зеленой массы викоовсяной смеси по делянкам колебался от 101,9 ц/га до 139,5 ц/га при среднем значении 121,1 ц/га. Варьирование урожайности носило в основном случайный характер. Урожайность делянок дробного учета колебалась вокруг среднего значения, причем характер этих колебаний существенно не менялся при переходе от делянки к делянке, и разности между выборочными средними значениями, характеризующими отдельные участки дробного учета, были статистически несущественны. На основании полученных результатов рассчитан коэффициент вариации (V - 10,8%), который является относительным показателем изменчивости, выраженным в процентах. По классификации Б.А. Доспехова (1975), изменчивость признака - урожайность вико-овсяной смеси - можно считать незначительной.

В почвенных образцах, отобранных на опытных участках, на основе Методических указаний по проведению исследований в длительных опытах с удобрениями (1975, ч. 1) определяли: влажность почвы - термостатно-весовым методом (ГОСТ 26268-89); кислотность (рН сол.) - потенциометрически (ГОСТ 26483-85); гидролитическую кислотность - по Каппену (ГОСТ 26212-91); щелочногидролизуемый азот - по методу Корнфилда (МУ, 1985); содержание гумуса - по Тюрину (ГОСТ 26213-91); содержание подвижного фосфора и калия - по Кирсанову (ГОСТ 26207-91); содержание обменных кальция и магния - по ГОСТ 26487-85.

Комплексная диагностика азотного питания растений в течение вегетации включала: стеблевую диагностику по В.В. Церлинг (1990); фотометрическую диагностику на приборах ВНИИА - Спектролюкс; определение хлорофилла и каротиноидов по методике кафедры физиологии растений РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева.

Урожайность сельскохозяйственных культур определяли весовым методом, зерна - с пересчетом на 14% влажность. На посеве горчицы белой урожайность определяли дважды: зеленой массы - пробными площадками (Кудрявцева, 1959), семян - сплошным учетом при прямом комбайнировании с выключкой пробных площадок из учета.

Для определения химического состава получаемой в полевых опытах продукции - зерна и зеленой массы - проводился ее анализ по следующим показателям общепринятыми методами агрохимических исследований: содержание общего азота - по Къельдалю (ГОСТ 13496.4-93); фосфора - на фотоколориметре (ГОСТ 26657-97); калия - на пламенном фотометре (ГОСТ 30504-97). Статистическую обработку полученных результатов проводили методами регрессионно-дисперсионного анализа (Доспехов, 1976).

Энергетическую оценку действия азотных удобрений выполняли по методике энергетической оценки технологий возделывания полевых культур Г.С. Посыпанова, В.Е. Долгодворова (1995), экономическую - по Методическим указаниям РГАУ-МСХА (2005).

Урожайность сельскохозяйственных культур.

Озимая пшеница. В полевом опыте 1 с возрастанием доз азотных удобрений при осеннем внесении урожайность зерна озимой пшеницы повышалась с 26 ц/га на контроле до 42,8 ц/га при дозе азота - 90 кг/га. Прибавка урожая по этому варианту по сравнению с контролем составила 16,8 ц/га, или превосходила контроль на 64,6%. При этом в расчете на 1 кг действующего вещества азотных удобрений получено 18,7 кг зерна. С повышением доз удобрений сверх 90 кг/га по д.в. продуктивность озимой пшеницы снижалась до 39 ц/га, а окупаемость - до 7,2 кг/кг (табл. 2). Параболическая форма зависимости урожайности от возрастающих доз азота аппроксимирована кривой квадратичного уравнения регрессии (1):

y = -0,9262xІ + 9,631x + 17,314; r = 0,98 (1)

Табл. 2. Урожайность озимой пшеницы при осеннем и весеннем внесении азотных удобрений, опыт 1, 2006 г.

Доза N, кг/га	Урожайность, ц/га	Прибавка урожая	Окупаемость 1 кг N зерном, кг
	Осеннее внесе- ние	Весеннее внесе-ние	ц/га	%	Осеннее внесе-ние	Весеннее внесе-ние
			Осеннее внесе-ние	Весеннее внесе-ние	Осеннее внесе-ние	Весеннее внесе-ние
0	26,0	27,9	-	-	-	-	-	-
30	33,6	32,8	7,6	4,9	29,2	17,6	25,3	16,3
60	36,0	39,3	10	11,4	38,5	40,9	16,7	19
90	42,8	43,0	16,8	15,1	64,6	54,1	18,7	16,8
120	41,2	47,0	15,2	19,1	58,5	68,5	12,7	15,9
150	42,6	45,4	16,6	17,5	63,8	62,7	11,1	11,7
180	39,0	41,8	13	13,9	50	49,8	7,2	7,7
НСР05	5,6	6,6

Урожайность зерна озимой пшеницы при весеннем сроке внесения азота находилась в интервале от 27,9 ц/га на контроле до 47 ц/га при дозе азота 120 кг/га. С учетом НСР₀₅ для частных различий оптимальной следует признать дозу азота 90 кг/га, при которой сбор зерна кондиционной влажности составил 43 ц/га. Прибавка урожая по этому варианту по сравнению с контролем равнялась 15,1 ц/га, или превосходила контроль на 54,1 %. Окупаемость 1 кг азота зерном в данном варианте составила 16,8 кг. Аналогично с осенним сроком внесения, при весеннем сроке также наблюдалась тесная нелинейная корреляционная зависимость урожайности озимой пшеницы от возрастающих доз азотных удобрений при коэффициенте криволинейной корреляции (корреляционном отношении) r = 0,99, которая аппроксимируется квадратичным уравнением регрессии (2):

y = -0,981xІ + 10,512x + 17,171; r = 0,99 (2)

Таким образом, и при осенней, и при весенней подкормке озимой пшеницы азотными удобрениями при дозе 90 кг/га д.в. получена практически одинаковая урожайность культуры, хотя в среднем по вариантам весенняя подкормка растений была эффективнее осенней на 2,3 ц/га.

Параллельно с основным опытом 1, на Полевой опытной станции РГАУ-МСХА в 2006 г. проводился опыт 2 по нижеприведенной схеме (табл. 3). Целью исследований в этом опыте в 2006 году явилось, прежде всего, изучение влияния сроков азотных подкормок на урожайность озимой пшеницы. На основании результатов опыта можно сделать заключение о том, что с применением азотных подкормок в разные периоды вегетации растений и с увеличением доз азота с 70 до 140 кг/га не было отмечено увеличения урожайности зерна озимой пшеницы. Влияние этих агрохимических факторов на качество зерновой продукции рассматривается в следующем разделе автореферата. В 2008 году схема опыта 2 была изменена, и для изучения влияния доз азотных удобрений, вносимых в виде вегетационных подкормок, на урожайность озимой пшеницы сорта Московская 39 использовались 4 варианта азотных подкормок общей дозой от 0 до 240 кг/га (рис. 1). Урожайность озимой пшеницы находилась в интервале от 50,2 ц/га на контроле до 68,6 ц/га - при внесении в целом 170 кг/га азота (70 кг/га - в фазу выхода в трубку, 30 кг/га - в фазу начала колошения и 70 кг/га - во время налива зерна) при снижении урожайности, которая описывается уравнением регрессии (3) от общей дозы азота 240 кг/га.

y = -4,275xІ + 25,745x + 28,175; r = 0,98 (3)

Табл. 3. Урожайность озимой пшеницы селекционной линии Л-1, ц/га, опыт 2, 2006 г.

Вариант внесения азота, кг/га	Урожайность	Прибавка урожая от азотных подкормок
Припосевное внесение N20P80K120 - фон	56,6	-
Фон + 70 в кущение	54,9	-1,7
Фон + 70 в трубкование	55,6	-1,0
Фон +70 в колошение	57,2	0,6
Фон + 70 в кущение + 35 в трубкование + 35 в колошение	54,4	-2,4
НСР05 5,1



Рис. 1. Зависимость урожайности озимой пшеницы и окупаемости 1 кг N от доз азота в опыте 2, 2008 г.

Азотные удобрения повлияли на физические свойства зерна озимой пшеницы. В частности, с увеличением доз азота наблюдалось снижение натуры зерна, особенно в вариантах с максимальной урожайностью, а также массы 1000 зерен. В вариантах с максимальной урожайностью масса 1000 зерен несколько возрастала. В среднем по всем вариантам опыта коэффициенты парной линейной корреляции доз азота с натурой зерна при осеннем и весеннем внесении удобрений составили соответственно r = -0,8 и r = -0,65, с массой 1000 зерен - r = -0,87 и r = -0,54.

Ячмень. В 2007 г. на опытном участке 1 изучалось влияние возрастающих доз азотных удобрения на урожайность ячменя сорта Михайловский (табл. 4). При увеличении дозы азота с 0 до 60 кг/га урожайность зерна ярового ячменя возросла с 30,8 до 35,8 ц/га, которая была в данном случае оптимальной. В расчете на 1 кг действующего вещества азотных удобрений в этом варианте получено 8,3 кг зерна. Тесная связь между урожайностью и дозами азотных удобрений подтверждается высоким значением коэффициента криволинейной корреляции (r = 0,98). Повышение доз азота до 150 кг/га вызвало снижение урожайности культуры с 35,8 до 32,2 ц/га, что обусловлено преимущественным влиянием избыточного азота на развитие вегетативной биомассы, включая образование подгона, в ущерб формированию генеративных органов. На криволинейную, параболическую зависимость урожайности ячменя от возрастающих доз азотных удобрений указывает квадратичное уравнение регрессии (4):

y = -0,7089xІ + 5,3196x + 26,05; r = 0,98 (4)

Табл. 4. Урожайность ячменя, опыт 1, 2007 г.

Вариант	Доза N, кг/га	Урожайность, ц/га	Прибавка урожая	Окупаемость 1 кг N зерном, кг
			ц/га	%
1	0	30,8
2	30	33,6	2,8	9,1	9,3
3	60	35,8	5	16,2	8,3
4	90	35,6	4,8	1,6	5,3
5	120	35,5	4,7	15,3	3,9
6	150	32,2	1,4	4,5	0,9
НСР05 3,4



Рис. 2. Зависимость урожайности ячменя и окупаемости 1 кг N от доз азота в опыте 3 (средние данные за 2006-2008 гг.)

В полевом опыте 3 на Центральной опытной станции ВНИИА с яровым ячменем сорта Эльф в среднем за три года исследований (2006-2008 гг.) оптимальная доза азотных удобрений на фоне Р90К90 также составила 60 кг/га азота (НСР₀₅ - 1,5 ц/га), при которой получена средняя урожайность - 36,9 ц/га зерна при окупаемости 1 кг N в среднем за три года - 24,8 кг зерна (рис. 2). азот удобрение хлорофилл растения

Горчица белая. Влияние различных доз азотных удобрений на урожайность зеленой массы и семян горчицы белой сорта Рапсодия изучалось в опыте 1 в 2008 году. Из приведенных данных (табл. 5) видно, что максимальная урожайность семян горчицы белой составила 16,2 ц/га при дозе азотных удобрений 90 кг/га по д.в. Однако с повышением дозы азота до 150 кг/га отмечается снижение урожайности до 12,2 ц/га. Такая же тенденция к снижению урожайности при увеличении дозы азотных удобрений после оптимальной характерна и для урожайности зеленой массы горчицы белой (рис. 3). После достижения максимального значения - 295 ц/га при дозе азота 120 кг/га урожайность снизилась на 20 ц/га и составила при дозе 150 кг/га азота 275 ц/га зеленой массы (при средней влажности 78%).

Табл. 5. Урожайность семян горчицы белой, опыт 1, 2008 г.

№ варианта	Доза азота, кг/га	Урожайность семян, ц/га	Продуктивность, ц з.е./га	Прибавка урожая	Окупаемость 1 кг N семенами, кг з.е.
				ц/га	ц з.е./га	%	-
1	0	10,7	16,7	-	-	-	-
2	30	13,1	20,4	2,4	3,7	22	12,5
3	60	13,2	20,6	2,5	3,9	23	6,5
4	90	16,2	25,3	5,5	8,6	51	9,5
5	120	15,9	24,8	5,2	8,1	49	6,8
6	150	12,2	19	1,5	2,3	14	1,5
НСР05 3,3

Рис. 3. Зависимость урожайности зеленой массы горчицы белой от доз азота в опыте 1, 2008 г.

Высокая зависимость урожайности семян и зеленой массы горчицы белой от возрастающих доз азота аппроксимируется уравнениями регрессии (5, 6) с соответствующими коэффициентами криволинейной корреляции:

y = -0,5732x² + 4,5525x + 6,31; r = 0,87 (5) (для урожайности семян)

y = -3,8037x³ + 40,225x² - 92,429x + 208,93; r = 0,97 (6) (для урожайности зеленой массы).

Биохимический состав растений.

Озимая пшеница. Содержание азота в вегетативной массе озимой пшеницы (в фазу трубкования) варьировало в зависимости от вариантов опыта от 1,8 до 5,99% при осеннем внесении удобрений и от 1,96 до 5% при весеннем внесении (табл. 6). Минимальное содержание азота, составлявшее соответственно 1,8 и 1,96 % сухого вещества при осеннем и весеннем внесении удобрений, может быть объяснено ингибированием переносчиков нитратного азота в растениях избытком нитратов, о механизме которого сообщают А.И. Осипов и О.А. Соколов (2001). Содержание фосфора находилось в пределах от 0,16 до 1,07% при осеннем внесении удобрений и от 0,59 до 1,12% при весеннем внесении. При этом экстремально низкое содержание фосфора, отмеченное в одном из вариантов опыта (0,16% в среднем по двум аналитическим пробам), может быть связано с аналитическими погрешностями вследствие появления в испытуемом растворе мешающих ингредиентов, содержащихся в растениях данного варианта. Содержание калия в исследуемой продукции достигло своего максимума при дозе 60 кг/га N, внесенного осенью, а общий интервал, в котором находились определяемые результаты, составил 3,1 - 4,5%. Тесной корреляционной зависимости химического состава биомассы озимой пшеницы от возрастающих доз азотных удобрений, внесенных осенью 2005 г. или весной 2006 г., выявить не удалось. Наиболее заметным оказалось только снижение концентрации элементов питания в варианте с внесением 90 кг/га азота как при осеннем, так и при весеннем внесении удобрений под озимую пшеницу, т.е. в вариантах, оптимальных с точки зрения оценки влияния азота на урожайность зерна, что можно объяснить эффектом разбавления, связанным с развитием вегетативной биомассы озимой пшеницы.

Для повышения качества зерна важное значение имеет не только увеличение доз азота, вносимого под озимую пшеницу, но и сроки их внесения. Из таблицы 7 видно, что одна и та же доза азота (70 кг/га), примененного в разные фазы развития растений, заметно повлияла на хлебопекарные свойства пшеничной муки. При некотором снижении урожайности зерна при перенесении азотных подкормок с ранних фаз развития растений на более поздние (коэффициент линейной корреляции r =-0.24) в зерновой продукции наблюдалось повышение ее белковости, качества клейковины (по ИДК-1), упругости теста, объема выпеченного хлеба. Применение повышенной дозы азота (140 кг/га) в три срока - кущение, трубкование и колошение - вызвало дальнейшее увеличение в зерне содержания сырой клейковины и улучшение ее качества.

Табл. 6. Биохимический состав вегетативной массы озимой пшеницы в фазу трубкования, % сухого вещества, опыт 1, 2006 г.

Вариант N, кг/га	N	Сырой протеин	N	Сырой протеин	P2O5	K2O
	осеннее внесение	весеннее внесение	осеннее внесение	весеннее внесение	осеннее внесение	Весеннее внесение
0	3,92	24,50	2,31	14,44	0,90	0,92	3,2	4,1
30	2,45	15,31	3,01	18,81	0,78	0,97	4,2	4,2
60	5,92	37,00	2,63	16,44	1,07	0,95	4,5	4,2
90	3,01	18,81	2,21	13,81	0,16	1,07	3,6	3,1
120	4,48	28,00	5,00	31,25	1,07	1,12	4,1	4,0
150	5,99	37,44	2,77	17,31	1,04	1,02	4,0	4,1
180	1,80	11,25	1,96	12,25	1,04	0,59	4,4	4,4

Табл. 7. Качество зерновой продукции озимой пшеницы в зависимости от доз и сроков внесения азотных удобрений, опыт 2, 2006 г. (по данным Полевой опытной станции РГАУ-МСХА)

Вариант внесения азота, кг/га	Показатели качества муки
	Содержание белка, %	Содержание сырой клейковины, %	ИДК-1, е.п.	Упругость теста, мм	Объем хлеба из 100 г муки, мл
Контроль, б/у	11,4	20,9	60	64	960
70 в кущение	13,5	28,6	70	78	1160
70 в трубкование	13,6	29,7	70	72	1180
70 в колошение	15,9	33,2	75	90	1100
70 в кущение + 35 в трубкование + 35 в колошение	15,6	35,3	77	85	1320

Ячмень. Содержание азота в зерне ячменя находилось в пределах от 2,02% при дозе в 30 кг/га д.в. азотных удобрений до 2,66% при дозе 150 кг/га N. Максимальное содержание фосфора - 1,1% соответствовало варианту опыта, при котором под яровой ячмень вносили 120 кг/га азота. Содержание калия достигло своего максимального значения при дозе 90 кг/га азотных удобрений (табл. 8). Наиболее точно зависимость биохимического состава зерна ячменя от возрастающих доз азотных удобрений описывается криволинейными зависимостями: коэффициенты корреляции квадратичных уравнений составили для общего азота 0,94 (вогнутая кривая аппроксимации), фосфора - 0,77, калия - 0,59.

Табл. 8. Биохимический состав зерна ярового ячменя, % сухого вещества, опыт 1, 2007 г.

Дозы азота, кг/га	N	Сырой белок	P2O5	К2О
0	2,53	14,5	0,97	0,26
30	2,02	11,6	1,04	0,2
60	2,12	12,2	1,05	0,37
90	2,12	12,2	1,01	0,51
120	2,22	12,8	1,1	0,16
150	2,66	15,3	1,07	0,2

Горчица белая. Изменение содержания азота в зеленой массе было значительным и варьировало от 1,61% при дозе 30 кг/га д.в. азотных удобрений до 2,66% при дозе 120 кг/га (табл. 9). Соответственно при этом варьировало и содержание сырого протеина - от 10,1% до 16,6%. Содержание фосфора находилось в пределах от 1,23% до 1,45 %, а калия от 0,72 до 2,23%. Зависимость химического состава горчицы белой от возрастающих доз азотных удобрений в фазу полного цветения в целом связана с увеличением ее наземной биомассы под влиянием удобрений. Также установлено, что с приближением к средним дозам азота содержание общего азота, фосфора и калия в биомассе растений снижается, а затем снова возрастает. При этом данная тенденция по вариантам опыта проявляется неоднозначно: коэффициенты криволинейной корреляции для общего азота и фосфора не превышают 0,5-0,6 и только для калия эта зависимость более значима (r = 0,82). Минимальные значения показателей биохимического состава наземной биомассы также приходятся на разные варианты опыта: для общего азота - N30, фосфора - N90, калия - N60, что, очевидно, связано с метаболическими процессами в растениях горчицы, зависящими от соотношения питательных веществ в почвенной среде, формируемого под влиянием различных доз азотных удобрений.

В биохимическом составе семян горчицы белой наблюдается отрицательная корреляция между содержанием азота и калия: коэффициент парной линейной корреляции составил r = -0,6. Соответственно выявлена отрицательная взаимосвязь содержания калия в урожае зеленой массы горчицы и ее семенах (r = -0,65). Возможно, что при формировании зеленой биомассы оптимизация метаболических процессов в растениях связана с необходимостью накопления в растительных организмах углеводов, в чем немаловажную роль должен играть калий. При формировании генеративных органов (семян) горчицы белой, богатых липидами и белком, но бедных углеводами, биохимическая роль калия отходит на второй план, что в конечном итоге и отражается на их химическом составе.

Табл. 9. Биохимический состав зеленой массы и семян горчицы белой, % сухого вещества, опыт 1, 2008 г.

Вариант N, кг/га	N	Сырой протеин	Сырой белок	P2O5	К2О
	зеле-ная масса	семе-на	зеле-ная масса	семе-на	зеле-ная масса	семе-на	зеле-ная масса	семе-на
0	2,29	1,14	14,3	6,6	1,45	1,05	1,99	0,35
30	1,61	1,6	10,1	9,2	1,28	1,23	1,43	0,55
60	2,12	0,7	13,2	4,0	1,44	1,03	0,72	0,58
90	1,83	1,47	11,4	8,4	1,23	0,76	1,15	0,54
120	2,66	1,93	16,6	11,1	1,38	1,32	2,23	0,16
150	2,39	1,17	14,9	6,7	1,41	2,39	2,11	0,57

Влияние азотных удобрений на показатели тканевой (стеблевой) диагностики зерновых культур.

Озимая пшеница. Результаты исследований в опыте 1 по изучению влияния возрастающих доз азотных удобрений (осеннее внесение) на показатели стеблевой диагностики озимой пшеницы представлены на рис. 4. Анализ полученных данных показал, что с возрастанием доз азотных удобрений постепенно увеличивается нитратный индекс, т.е. бальная оценка содержания нитратов в стеблях растений как при осеннем, так и при весеннем внесении азота. Максимальное количество нитратов, характеризующееся 2,5 баллами стеблевой диагностики, было отмечено при дозе 150 кг/га азота. Коэффициенты криволинейной зависимости показателей стеблевой диагностики озимой пшеницы в опыте 1 при осеннем и весеннем внесении азотных удобрений составляли 0,93-0,95.

Рис. 4. Зависимость показателей тканевой диагностики озимой пшеницы в фазу трубкования при осеннем внесении азотных удобрений в опыте 1, 2006 г.

Ячмень. По результатам исследований в опыте 1, содержание нитратного азота, определенного полуколичественным методом в стеблях ярового ячменя, в фазу выхода в трубку повышалось прямо пропорционально возрастающим дозам азотных удобрений. Несмотря на относительно низкие значения баллов стеблевой диагностики (на контроле показатель диагностики составил 0,1 балла, а при максимальной дозе азота в 150 кг/га - 1,63 балла) отмечается тесная корреляционная связь между исследуемыми параметрами, характеризующаяся коэффициентом криволинейной зависимости r = 0,97.

В 2006 году влияние возрастающих доз азотных удобрений на показатели тканевой диагностики в опыте 3 на яровом ячмене сорта Эльф (рис. 5) было идентичным: коэффициент криволинейной корреляции доз азота и баллов диагностики равнялся 0,99.



Рис. 5. Зависимость показателей тканевой диагностики ярового ячменя в фазу кущения - начала выхода в трубку в опыте 3, 2006 г.

В качестве сравнения в том же опыте в 2006 году была проведена стеблевая диагностика в фазу колошения. Показатели диагностики в баллах оказались очень низкими (от 0 до 1,3 балла), что свидетельствовало о значительном снижении содержания нитратов в стеблях ячменя в фазу колошения, хотя коэффициент криволинейной зависимости баллов от доз азота оставался довольно высоким: r = 0,9.

Горчица белая. Для выявления отзывчивости на возрастающие дозы азотных удобрений и проведения стеблевой диагностики в 2008 году на опытном участке 1 были проведены исследования на горчице в фазу цветения, которые показали, что с повышением дозы азотных удобрений с 0 до 150 кг/га д.в. содержание нитратов в стеблях горчицы белой заметно увеличивалось - с 0,2 баллов до 2,8 баллов стеблевой диагностики. Зависимость показателей диагностики и возрастающих доз азотных удобрений выразилась квадратичным уравнением регрессии (7) с коэффициентом корреляции (r = 0,99):

y = -0,1054xІ + 1,2575x - 0,97; r = 0,99 (7)

Таким образом, наблюдения за влиянием возрастающих доз азотных удобрений на показатели стеблевой диагностики озимой пшеницы, ярового ячменя и горчицы белой на дерново-подзолистой почве показали, что во всех опытах отмечается их тесная корреляционная зависимость, подтверждаемая значениями коэффициентов корреляции, которые находились в интервале от 0,9 до 0,99. Оптимальными сроками проведения тканевой диагностики у зерновых являются ранние фазы развития. У горчицы белой высокая зависимость содержания нитратного азота в стеблях растений от весеннего внесения азотных удобрений отмечена и фазу цветения.

Содержание хлорофилла в листьях растений.

Исследованиями, проведенными в 2006 году в фазу трубкования озимой пшеницы в опыте 1 с возрастающими дозами азотных удобрений, показано, что концентрация хлорофиллов a и b довольно тесно связана с уровнем азотного питания (рис. 6). Указанная зависимость определяется соответствующими значениями коэффициентов криволинейной корреляции (r = 0,8 для хлорофилла а и r = 0,78 для хлорофилла b). В обоих случаях аппроксимирующие кривые концентраций имеют параболическую форму и описываются квадратичными уравнениями.

При исследовании подобных связей в фазу колошения ячменя в опыте 3 (2008 г.) было выявлено, что и хлорофилл а, и хлорофилл b также находились в тесной зависимости от доз азота. Наиболее высокими оказались значения коэффициентов криволинейной корреляции (r = 0,93) при сравнении концентрации хлорофилла а, хлорофилла b и их суммы с урожайностью (рис. 7).



Рис. 6. Зависимость концентрации хлорофилла а в листьях озимой пшеницы в фазу трубкования от доз азотных удобрений в опыте 1, 2006 г.

Рис. 7. Зависимость урожайности и содержания хлорофилла в листьях ячменя от доз азотных удобрений в фазу колошения в опыте 3, 2008 г.

У горчицы белой в фазу цветения криволинейная зависимость содержания хлорофилла b от возрастающих доз выражена сильнее (r = 0,87), чем у хлорофилла а (r = 0,76) (табл. 10). Аналогичная зависимость концентрации хлорофиллов выявлена и с урожайностью зеленой массы, где коэффициенты линейной корреляции составили соответственно:

для хлорофилла а r - 0,68, для хлорофилла b r - 0,93, для суммы хлорофиллов а и b - r = 0,8.

Табл. 10. Содержание пигментов в листьях горчицы белой в фазу цветения, опыт 1, 2008 г.

Дозы азота, кг/га	Концентрация, мг/г сырой массы
	хлорофилла	хлорофилл b	каротиноиды
0	1,23	0,455	0,313
30	1,22	0,461	0,262
60	1,30	0,477	0,272
90	1,67	0,603	0,368
120	1,54	0,650	0,261
150	1,42	0,593	0,244

Проведенные исследования подтвердили, что концентрация зеленого пигмента - хлорофилла в условиях полевых опытов находится в непосредственной зависимости от уровня азотного питания растений и связана с их урожайностью, что позволяет использовать ее показатели для определения обеспеченности растений азотом.

Влияние азотных удобрений на показатели фотометрических приборов.

Для проведения фотометрических исследований использовались экспериментальные спектроанализаторы: однолучевой, с синим светодиодом, и двухлучевой, с синим и зеленым светодиодами. Диагностика проводилась путем измерения флуоресценции хлорофилла в инфракрасном диапазоне электромагнитных волн, светопроницаемости листьев растений и соотношения этих показателей, выраженных в условных единицах приборов.

По исследованиям с использованием приборов ВНИИА-Спектролюкс в 2006 году на озимой пшенице сорта Московская 39 в фазу кущения при весеннем сроке внесения азотных удобрений в опыте 1 было установлено, что по связи диагностических показателей с дозами азота и урожайностью культуры лучшие результаты дает двухлучевой фотометр с зеленым светодиодом, а из наиболее адекватных показателей - соотношение интенсивности флуоресценции хлорофилла, фиксируемой при длине волны 720 нм, к светопроницаемости листовых пластинок, условно обозначаемое как 19/ПСЗ (рис. 8), с коэффициентом криволинейной корреляции 0,97. Близким по тесноте связи с дозами азота (коэффициент криволинейной корреляции 0,96) был также показатель 19/ПСС, характеризующий отношение интенсивности флуоресценции хлорофилла к светопроницаемости листьев при облучении их синим светодиодом.

Рис. 8. Зависимость показаний прибора 19/ ПСЗ от возрастающих доз азотных удобрений в фазу весеннего кущения озимой пшеницы в опыте 1, 2006 г.

При диагностике ячменя сорта Михайловский однолучевым фотометром в опыте 1 (2007 г.) установлено, что наиболее тесную корреляционную связь с урожайностью зерна ярового ячменя имели такие параметры, определенные в фазу колошения культуры, как флуоресценция хлорофилла (коэффициент линейной корреляции r = -0,79) и соотношения флуоресценции к светопроницаемости (r = 0,94). При этом отрицательное значение корреляции доз азота с интенсивностью флуоресценции хлорофилла обусловлено снижением светопроницаемости листьев с возрастанием в них концентрации хлорофилла. Показания двухлучевого фотометра при диагностике ячменя были несколько ниже по значениям коэффициентов криволинейной корреляции: для 19/ПСС - 0,71 и для 19/ПСЗ - 0,83.

Фотометрическая диагностика ячменя однолучевым прибором ВНИИА-Спектролюкс проводилась в 2007-2008 годах также и в опыте 3, сорт Эльф, фаза - начало колошения. Результаты исследований за 2008 г. представлены в таблице 11.

Табл. 11. Результаты фотометрической диагностики ярового ячменя в фазу начала колошения, опыт 3, 2008 г.

Доза азота, кг/га	Флуоресценция	Прозрачность	Соотношение флуоресценции к прозрачности
Фон- P90K90	102,55	86,75	154
Фон + N30	93,65	69,45	177
Фон + N60	119,43	70,10	193
Фон + N90	121,63	57,42	233
Фон + N120	116,44	63,13	218
r	0,75	-0,94	0,95

Из данных таблицы следует, что такие показатели диагностики, как прозрачность и соотношение флуоресценции к прозрачности тесно коррелировали с возрастающими дозами азота (коэффициенты линейной корреляции составили соответственно r = - 0,94 и r = 0,95). Следует также отметить, что аналогичная связь обнаружена между показателем прозрачности листовых пластинок и урожайностью зерна ярового ячменя (коэффициент линейной корреляции r = - 0,89), а также соотношением флуоресценции хлорофилла к прозрачности и урожайностью культуры (r = 0,83).

На горчице белой в опыте 1 в 2008 году проведена фотометрическая диагностика с помощью однолучевого и двухлучевого фотометров в фазу начала цветения. Более выраженную корреляцию с уровнем обеспеченности растений азотом имели такие показатели однолучевого спектроанализатора, как прозрачность листовых пластинок и соотношение флуоресценции хлорофилла к прозрачности, которым соответствовали коэффициенты линейной корреляции соответственно: r = - 0,89 и r = 0,9 и уравнения регрессии (8, 9):

y = 0,5277x² - 5,5817x + 48,823; r = - 0,89; (8) (для показателя светопроницаемости листьев)

y = -1,3571x² + 18,986x + 154,8; r = 0,9 (9) (для соотношения интенсивности флуоресценции к светопроницаемости листьев).

В этом же опыте проведена фотометрическая диагностика на горчице белой с помощью двухлучевого спектроанализатора (рис.9).

Рис. 9. Зависимость показаний прибора 19/ПСЗ в фазу начала цветения горчицы белой от возрастающих доз азотных удобрений, опыт 1, 2008 г.

Коэффициент корреляции для обоих показателей - 19/ПСС и 19/ПСЗ - составил r = 0,99, что указывает на их тесную положительную корреляционную связь с возрастающими дозами азота. Установлено также, что показатели двухлучевого фотометрического прибора хорошо коррелируют с фактической урожайностью зеленой массы горчицы белой при значениях коэффициентов линейной корреляции: r = 0,93 - для показателя 19/ПСС и r = 0,98 - для показателя 19/ ПСЗ.

Результаты исследований подтверждают объективность данных фотометрической диагностики обеспеченности растений азотом и возможность ее использования в научных и практических целях.

Энергетическая и экономическая оценка эффективности азотных удобрений.

Затраты совокупной энергии при внесении азотных удобрений под озимую пшеницу в дозах от 30 до 180 кг/га находились в пределах от 2,932 ГДж/га до 15,31 ГДж/га, под ячмень и горчицу белую при дозах от 30 до 150 кг/га - в пределах от 2,601 ГДж/га до 12,133 ГДж/га. Энергия, рассчитанная по прибавкам урожая этих культур, по вариантам опыта составляла 14,478-32,004 ГДж/га для озимой пшеницы, 2,656-9,485 ГДж/га для ячменя и 3,078-11,286 ГДж/га для горчицы белой. Наибольший энергетический доход получен при внесении удобрений под озимую пшеницу в дозе N90 с коэффициентом энергетической эффективности (Кээ) 3,8, под ячмень - N60 с Кээ 1,8 и под горчицу белую (семена) - N90 с Кээ 1,5 при снижении коэффициента энергетической эффективности от доз азотных удобрений, превышающих оптимальные по уровню получаемой урожайности культур звена севооборота.

Оценка экономической эффективности азотных удобрений, внесенных под культуры звена севооборота в опыте 1, показала, что все варианты применения азота под все культуры были экономически рентабельны. Однако наибольшая рентабельность получена в вариантах с максимальной урожайностью. Для озимой пшеницы при осеннем внесении азотных удобрений она составила в варианте N90 - 66,2%, для ячменя - в варианте N60 - 19,2% % и для горчицы белой - в варианте N90 - 720% ввиду высокой рыночной стоимости семян этой культуры. Соответственно окупаемость 1 руб. затрат на применение азотных удобрений в этих вариантах равнялась: по озимой пшенице 1,66, ячменю - 1,19 и горчице белой на семена - 8,2 руб.

ВЫВОДЫ

1. Азотные удобрения в возрастающих дозах от 0 до 180 кг/га действующего вещества, внесенных под озимую пшеницу, и до 150 кг/га - под ячмень и горчицу белую, оказали неоднозначное влияние на продуктивность культур звена севооборота. Зависимость урожайности культур от возрастающих доз азота с высокой степенью достоверности (r = 0,8-0,9) описывается параболическими кривыми квадратичных уравнений регрессии. Оптимальные дозы азота в почвенных и агроклиматических условиях проведения исследований составили: для озимой пшеницы при осеннем и весеннем внесении - 90 кг/га N при урожайности 42,8 - 43,0 ц/га и окупаемости 1 кг N 16,8-18,7 кг. Оптимальная доза азота для ячменя соответствовала 60 кг/га N при урожайности 35,8 ц/га и окупаемости 1 кг N 8,3 кг зерна. При выращивании горчицы белой на зеленую массу оптимальная доза составила 120 кг/га при урожайности 295 ц/га, а для получения семян - 90 кг азота при урожайности 16,2 ц/га.

2. Содержание N, P, K и других веществ в растительной продукции в разной степени варьировало, на уровне тенденций, в зависимости от доз и сроков внесения азотных удобрений. Характерной тенденцией биохимического состава растений при единовременном ранневесеннем внесении азотных удобрений является снижение концентрации основных элементов питания в вегетативной массе или семенах при повышении урожайности культур, что обусловлено эффектом разбавления. Перенос сроков внесения умеренных доз азотных удобрений на более поздние фазы развития озимой пшеницы, а также их дробное применение повышает содержание белка в зерне, улучшает ряд хлебопекарных свойств пшеничной муки.

3. Возрастающие дозы азота оказывали влияние на показатели стеблевой (тканевой) диагностики культур звена севооборота. Коэффициенты корреляции показателей стеблевой диагностики с дозами азота составили: для озимой пшеницы в фазу кущения 0,93 - 0,95; для ярового ячменя в фазу выхода в трубку 0,97, для горчицы белой в фазу начала цветения 0,99.

4. Применение азотных удобрений в возрастающих дозах повышало содержание хлорофилла в листьях растений до определенного предела. Достижение максимума содержания хлорофиллов а и b отмечено у озимой пшеницы в фазу трубкования по дозе азота 180 кг/га; у горчицы белой - в фазу начала цветения хлорофилла а по дозе 90 кг/га, хлорофилла b по дозе 120 кг/га; у ярового ячменя на опытном участке ЦОС ВНИИА в фазу колошения хлорофиллов а и b - по дозе 60 кг/га азота. Дальнейшее повышение доз азота не приводило к повышению концентрации хлорофилла в растениях. Зависимости содержания хлорофилла в листьях растений от возрастающих доз азотных удобрений описывается квадратичными уравнениями в форме параболических кривых.

5. При исследовании методом фотометрической диагностики азотного питания озимой пшеницы, ячменя и горчицы белой установлена тесная зависимость показателей экспериментальных приборов ВНИИА-Спектролюкс с уровнем обеспеченности растений азотом. Коэффициенты корреляции показателей однолучевого N-тестера с дозами азота, внесенными под культуры звена севооборота, в зависимости от фаз развития составляли от 0,8 до 0,97. Коэффициенты корреляции показателей двухлучевого прибора (19/ПСС и 19/ПСС) находились для культур звена севооборота в интервале значений от 0,93 до 0,99.

6. Энергетическая эффективность азотных удобрений зависела от уровня их применения. Наибольшие показатели дополнительной энергии в посеве озимой пшеницы - 23,6 ГДж/га и горчицы белой - 3,6 ГДж/га получены при внесении 90 кг/га N, ярового ячменя - 4,3 ГДж/га - при внесении 60 кг/га N, которые являются оптимальными дозами по уровню урожайности этих культур. При оптимальном уровне удобренности коэффициенты энергетической эффективности (Кээ) имели положительные значения и составили для озимой пшеницы 3,8, ярового ячменя - 1,8 и горчицы белой - 1,5.

7. Применение азотных удобрений под культуры звена севооборота оказалось экономич...