Продуктивность и качество зерна яровой пшеницы в зависимости от кислотности почвы и обеспеченности минеральными и органическими элементами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Продуктивность и качество зерна яровой пшеницы в зависимости от кислотности почвы и обеспеченности минеральными и органическими элементами

Е.В. Надежкина

Summary

Productivity and quality of spring wheat corn in connection with soil acidity and supply of mineral and organic substances

E.V. Nadezhkina

The author estimated an influence of soil media pH in leached chernozem, liming of soils and application of different fertilizers on productivity, content and protein fraction composition, amount of gluten and also on technological parameters of corn quality in different varieties spring wheat. It was shown that control of soil media pH leads to the change of mineralization of organic nitrogen-containing soil compounds and to the increase of content of mineral nitrogen, material effects on crop formation and corn quality of different wheat varieties. Optimal soil acidity causes the rise of productivity, contents of damp gluten and protein, and improvement of fraction composition of latter.

Аннотация

Оценивали влияние реакции почвенной среды чернозема выщелоченного, известкования почвы и внесения разных удобрений на урожайность, содержание и фракционный состав белка, количество клейковины, а также технологические показатели качества зерна разных сортов яровой пшеницы.

Как известно, на урожайность растений сельскохозяйственных культур оказывают влияние различные факторы: гидротермические условия, кислотность почвы, обеспеченность элементами минерального питания и др. Яровая пшеница относится к культурам, которые формируют высокий урожай при возделывании на слабокислых почвах -- рН_KCl 5,1-6,0. В то же время отзывчивость сортов пшеницы на разную кислотность почвы может существенно варьировать, что обусловлено как генотипическими особенностями растений, так и влиянием рН среды на физико-химические свойства, микробиологическую и энзиматическую активность почвы, подвижность макро- и микроэлементов и др. Поэтому значения рН, оптимальные для роста не только различных культур, но и сортов, могут сильно различаться (1, 2).

В связи с этим целью нашей работы было изучение влияния различных факторов (реакция почвенной среды, известкование почвы, внесение удобрений) на урожайность и качество зерна разных сортов яровой пшеницы.

Методика. Исследования проводили в течение 4 лет (1996-1999) на полях учебно-опытного хозяйства Пензенской государственной сельскохозяйственной академии. Почва -- чернозем выщелоченный среднегумусный тяжелосуглинистый. Погодные условия по годам эксперимента различались как по количеству выпавших осадков, так и по среднемесячной температуре: 1996, 1998 и 1999 годы были неблагоприятными для посевов яровой пшеницы (ГТК составлял соответственно 0,54; 0,53 и 0,56; среднемноголетний ГТК = 1,01), 1997 год характеризовался как относительно благоприятный (ГТК = 0,77).

В микрополевом опыте (1997-1999 годы) в 6-кратной повторности оценивали влияние реакции почвенного раствора (рН_KCl 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5; 7,0; 7,5) на продуктивность и качество зерна различных сортов яровой мягкой пшеницы: Л-503, Прохоровка, Ишеевская, Пирамида, Харьковская 10 и Лада. Семена высевали в поливиниловые сосуды (без дна) диаметром 30 и высотой 40 см, вмещающие 20 кг воздушно-сухой просеянной через сито почвы, характеризующейся следующими агрохимическими показателями: рН_KCl 5,15; гидролитическая кислотность (H_г) и сумма поглощенных оснований (S) -- соответственно 6,95 и 32,4 мг-экв/100 г почвы.

В полевом опыте (1996-1998 годы) исследовали влияние известкования и внесения различных удобрений на урожайность, физические и технологические свойства зерна яровой мягкой (сорт Л-503) и твердой (сорт Омский рубин) пшеницы. При этом применяли зернопаропропашной севооборот со следующим чередованием культур: чистый пар, озимая пшеница + пожнивный сидерат, кукуруза, яровая пшеница. Повторность опыта 4-кратная; размещение вариантов рендомизированное в два яруса. Общая и учетная площади делянок составляли соответственно 53 и 50 м²; агротехника -- общепринятая для черноземных почв Пензенской области. Перед закладкой опыта пахотный слой почвы характеризовался следующими агротехническими показателями: pH_КСl 4,68-4,80; Н_г и S -- соответственно 7,62-7,93 и 28,9-29,7 мг-экв/100 г почвы. Для известкования использовали доломитовую муку, содержащую СаСО₃ и МgСО₃ (соответственно 77 и 17 %), которую вносили под пар. При этом H_г составляла 1 мг-экв/100 г почвы; в контроле известкование не проводили. Применяли различные варианты внесения органических и минеральных удобрений: без удобрений (контроль); 10 т навоза на 1 га пашни севооборота; N₃₀P₃₀K₃₀; N₃₀P₃₀K₃₀ + пожнивный сидерат; навоз + N₃₀P₃₀K₃₀; навоз + N₃₀P₃₀K₃₀ + пожнивный сидерат.

В качестве органического удобрения использовали навоз крупного рогатого скота, минеральных -- азотнокислый аммоний, двойной суперфосфат и хлористый калий. Навоз, фосфорные и калийные удобрения вносили под вспашку зяби, азотные -- осенью (2/3) и под первую культивацию (1/3). Пожнивный сидерат (редька масличная) высевали после уборки озимой пшеницы. Общая биомасса редьки в 1994, 1995 и 1996 годах составляла соответственно 33,8; 22,7 и 21,9 т/га (4,90; 4,62 и 3,48 т/га сухого вещества).

Определяли следующие показатели: массу 1000 зерен -- по ГОСТ 10842-76; натуру зерна -- по ГОСТ 10840-64; содержание общего и белкового азота -- соответственно по Кьельдалю и Плешкову, сырого белка -- расчетным методом (коэффициент 5,7) по Конареву; сырой клейковины -- по ГОСТ 135861-68; фракционный состав белков -- модифицированным методом (3).

Статистическую обработку данных проводили методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализа (4).

Результаты. Максимальный урожай зерна пшеницы независимо от сорта формировался при рН 6,0-6,5. Оптимальные значения реакции почвенной среды для сортов Л-503, Прохоровка и Лада составляли 5,5-6,5; Ишеевская, Харьковская 10 и Пирамида -- соответственно 5,5-7,0; 6,5-7,0 и 6,5-7,5 (табл. 1). При сильнокислой реакции среды (рН 4,5) урожай зерна у сорта Л-503 снижался на 25 %, а при слабощелочной (рН 7,5) -- на 8 % по сравнению с максимальным (при рН 6,0 -- 21,5 г/сосуд).

Таблица 1. Урожай зерна (г/сосуд) различных сортов яровой мягкой пшеницы в зависимости от кислотности почвы (в среднем за 3 года)

чернозем удобрение урожайность зерно

Наиболее существенное снижение урожая (на 30 %) отмечено у сорта Пирамида (рН 4,5); далее в порядке убывания сорта располагались следующим образом: Прохоровка < Харьковская < Л-503 < Лада < Ишеевская. Такое снижение урожая можно объяснить, с одной стороны, ухудшением условий роста и ветвления корней, что наиболее четко проявлялось в посевах сорта Пирамида, а с другой, -- трансформацией азотсодержащих соединений в почве, уменьшением содержания и использования растениями минерального азота.

Зависимость между реакцией почвенной среды и урожаем зерна изучаемых сортов пшеницы описывается уравнением полинома (табл. 2).

Таблица 2. Зависимость урожая зерна яровой мягкой пшеницы различных сортов (у) от кислотности почвы (1997-1999 годы)

На формирование урожая зерна существенное влияние оказывали погодные условия. Наиболее засухоустойчивым оказался сорт Харьковская 10: средний урожай в засушливые годы составлял 18,3 г/сосуд. По устойчивости к засухе сорта можно расположить в следующем порядке: Харьковская 10 > Прохоровка > Л-503 > Пирамида > Ишеевская > Лада.

Увеличить производство высококачественного зерна можно как посредством оптимизации параметров внешней среды, так и использования генотипов, характеризующихся интенсивным синтезом и улучшенным составом белков. Содержание белка на 45,1; 13,6 и 14,2 % определялось соответственно генотипическими особенностями растений, гидротермическими условиями периода вегетации и кислотностью чернозема. Наибольшее содержание сырого белка (13,5 % в среднем за 3 года) выявлено в зерне сортов Пирамида и Харьковская 10, наименьшее -- сорта Ишеевская (рис. 1). Содержание сырого белка в зерне сортов Лада, Л-503 и Прохоровка было максимальным при рН соответственно 6,0; 6,5 и 6,5; Ишеевская, Пирамида и Харьковская 10 -- при рН 7,0. Зависимость между содержанием белка и рН_KCl носила криволинейный характер.

Рис. 1. Содержание сырого белка (%) в зерне различных сортов яровой мягкой пшеницы в зависимости от кислотности почвы (среднее за 3 года): 1, 2, 3, 4, 5 и 6 -- соответственно сорта Пирамида, Харьковская 10, Л-503, Прохоровка, Лада и Ишеевская.

При увеличении рН (с 4,5 до 5,5) в условиях нормального увлажнения содержание белка в зерне сортов Л-503, Прохоровка, Ишеевская, Пирамида, Харьковская 10 и Лада увеличивалось соответственно на 1,8; 1,4; 1,0; 1,5; 1,2 и 0,8 %. Реакция среды, по-видимому, оказывала на этот признак не только прямое, но и опосредованное влияние -- в результате изменения количества азота в почве. Так, при увеличении содержания нитратного азота, нитрифицирующей и азотминерализующей способности почвы содержание белка в зерне повышалось (r = 0,88-0,93).

Как известно, отдельные фракции белка различаются по своим свойствам: наибольшей ферментативной активностью характеризуются альбумины и глобулины (1, 5). Высокими хлебопекарными качествами обладает зерно, в белке которого соотношение между содержанием глиадинов и глютенинов приближается к единице (6).

Изучаемые факторы оказывали неодинаковое влияние на содержание различных фракций белка. Доля влияния генотипа, кислотности почвы и гидротермических условий периода вегетации на содержание альбуминов составляла соответственно 31,5; 38,8 и 3,4 %, глобулинов -- 54,7; 15,9 и 0,9 %, глиадинов -- 60,6; 25,6 и 3,6 %, глютенинов -- 44,8; 35,7 и 3,0 %. Независимо от сорта по мере увеличения рН_KCl (и повышения содержания белка в зерновках) содержание различных фракций белка менялось в различной степени. Так, содержание альбуминов и глобулинов снижалось соответственно с 15,7 и 14,8 % (в среднем по шести сортам) до 6,9 и 6,3 % от общего белка, а глиадинов и глютенинов -- возрастало соответственно с 37,5 и 28,9 до 39,0-39,5 и 29,2-29,3 %. Взаимосвязь между фракционным составом белка и реакцией почвенной среды носила сложный криволинейный характер и описывалась экспоненциальной зависимостью (табл. 3).

Таблица 3. Зависимость содержания различных фракций белка в зерне яровой мягкой пшеницы (у) от реакции почвенной среды (в среднем по шести сортам за 1997-1999 годы)

Максимальным содержанием сырой клейковины в зерне характеризовались сорта Лада, Л-503 и Прохоровка при рН соответственно 6,0; 6,5 и 6,5; Ишеевская, Пирамида и Харьковская 10 -- при рН 7,0. В среднем по всем сортам наибольшее содержание клейковины отмечено при рН 6,0-7,0.

Продуктивность растений пшеницы в значительной степени зависела от агротехнических приемов. Так, внесение минеральных и органических удобрений практически в одинаковой степени отражалось на урожайности растений сорта Л-503: прибавка урожайности зерна в среднем за 3 года составляла соответственно 0,34 (N₃₀P₃₀K₃₀) и 0,27 (навоз) т/га (табл. 4).

4. Урожайность зерна яровой мягкой пшеницы сорта Л-503 при известковании и внесении различных удобрений

Примечание. Hг -- гидролитическая кислотность почвы.

Под влиянием доломитовой муки в варианте с внесением органических удобрений урожайность зерна повышалась только при достаточном количестве осадков. Вместе с тем известкование чернозема усиливало действие минеральных удобрений во все годы исследований. Доломитовая мука оказывала наиболее эффективное влияние при внесении минеральных удобрений в полном составе и совместно с пожнивным сидератом: прибавка урожайности зерна составляла соответственно 0,16 и 0,15 т/га. Увеличение урожайности на фоне известкования, по-видимому, связано с повышением активности почвенной микрофлоры, принимающей участие в трансформации азотсодержащих соединений.

Растения яровой твердой пшеницы сорта Омский рубин оказались более отзывчивыми на изменение реакции почвенной среды при известковании, чем растения яровой мягкой пшеницы (сорт Л-503). Так, при внесении доломитовой муки независимо от системы удобрения в среднем за 3 года исследований достоверная прибавка урожайности зерна в посевах сорта Омский рубин достигала 0,12-0,53 т/га (по сравнению с неизвесткованным фоном) (рис. 2). В благоприятный год урожайность зерна повышалась на 0,32-0,90 т/га; в засушливые годы -- уменьшалась в 2,7-4,3 раза. В варианте опыта без внесения удобрений урожайность зерна увеличивалась на 0,05-0,11 т/га; при внесении навоза, N₃₀P₃₀K₃₀ и навоза + + N₃₀P₃₀K₃₀ -- соответственно на 0,11-0,28; 0,27-0,50 и 0,23-0,42 т/га.

Наибольшее влияние на содержание белка в зерне оказывали погодные условия: при достаточном количестве осадков этот показатель был значительно ниже, чем в засушливые годы. При внесении удобрений достоверная прибавка урожайности зерна (1,2-1,7 %) была получена только в случае совместного внесения различных удобрений. Известкование усиливало положительное влияние удобрений на содержание белка в зерне, которое в среднем за 3 года увеличивалось на 0,3-1,0 %.

Под влиянием удобрений также возрастало содержание сырой клейковины. Наибольший прирост этого показателя (2,4-2,6 %) за 3 года исследований был отмечен в следующих вариантах опыта: навоз + + N₃₀P₃₀K₃₀, навоз + пожнивный сидерат и навоз + N₃₀P₃₀K₃₀ + пожнивный сидерат. При засухе содержание клейковины было выше, чем при нормальной влагообеспеченности. При известковании почвы этот показатель повышался независимо от погодных условий.

Рис. 2. Урожайность зерна растений яровой твердой пшеницы сорта Омский рубин под влиянием известкования почвы и внесения удобрений в различных сочетаниях: а и б -- соответственно без внесения извести и известкование до гидролитической кислотности 1 мг-экв/100 г почвы; 1, 2, 3, 4, 5 и 6 -- соответственно без удобрений, навоз, N₃₀P₃₀K₃₀, N₃₀P₃₀K₃₀ + сидерат, навоз + N₃₀P₃₀K₃₀, навоз + N₃₀P₃₀K₃₀ + сидерат; I, II и III -- соответственно 1996, 1997 и 1999 годы.

Применение удобрений и доломитовой муки способствовало улучшению технологических показателей качества зерна (натуры и массы 1000 зерен), которые в значительной степени зависели от погодных условий и были выше при оптимальной влагообеспеченности. Наибольшее увеличение натуры зерна (32 г/л) наблюдалось при совместном применении органических, минеральных удобрений и сидерата на фоне известкования.

Таким образом, реакция почвенной среды оказывает влияние на процессы минерализации органических азотсодержащих соединений и содержание минерального азота в почве, играет немаловажную роль в формировании урожая зерна различных сортов пшеницы. При оптимизации кислотности почвы повышается урожайность, содержание в зерновках сырой клейковины и белка, а также улучшается фракционный состав последнего.

Литература

1. Минеев В.Г., Павлов А.Н. Агрохимические основы повышения качества зерна пшеницы. М., 1981.

2. Шильников И.А., Богомазов Н.П., Ивойлов А.В. Известкование оподзоленных черноземов. В сб.: Плодородие черноземов России. М., 1998: 266-281.

3. Методические указания по проведению исследований в длительных опытах с удобрениями. Программа и методы исследований почв /Под общей ред. Д.Д. Панникова. М., 1983, ч. II.

4. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М., 1985.

5. Кретович В.Л. Биохимия зерна. М., 1981.

6. Вакар А.Б. Клейковина пшеницы. М., 1961.

Размещено на Allbest.ru