Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Продуктивность зерновых культур и качество урожая при регулировании азотного режима луговых черноземовидных почв Среднего Приамурья

ВАК РФ 06.01.09, Растениеводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Наумченко, Екатерина Тарасовна, Благовещенск

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ ЦЕНТР

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

СОИ

На правах рукописи

НАУМЧЕНКО ЕКАТЕРИНА ТАРАСОВНА

ПРОДУКТИВНОСТЬ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР И КАЧЕСТВО УРОЖАЯ ПРИ РЕГУЛИРОВАНИИ АЗОТНОГО РЕЖИМА ЛУГОВЫХ ЧЕРНОЗЕМОВИДНЫХ ПОЧВ СРЕДНЕГО

ПРИАМУРЬЯ

06.01.09 - растениеводство

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель -доктор сельскохозяйственных наук В.В. Русаков

Благовещенск

- 1997

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................................4

1. ФОРМИРОВАНИЕ УРОЖАЯ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В ЗАВИСИМОСТИ ОТ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ АЗОТОМ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ).................................................................................................6

1.1. Биологические особенности потребления азота зерновыми культурами...........................................................................................................6

1.2. Пути оптимизации азотного питания зерновых культур.................12

1.3. Состояние изученности минерального питания зерновых культур на почвах Среднего Приамурья............................................................18

2. ОБЪЕКТЫ, УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ................22

3. ФОРМИРОВАНИЕ, СТРУКТУРА И КАЧЕСТВО УРОЖАЯ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЯ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ........................................................................................................29

3.1. Урожай ячменя, его структура и качество........................................29

3.2. Урожай овса, его структура и качество............................................40

3.3. Урожай пшеницы, его структура и качество....................................49

Заключение по главе.................................................................................57

4. ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ ЗЕРНОВЫМИ КУЛЬТУРАМИ ПРИ РАЗЛИЧНОМ УРОВНЕ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ПОЧВ МИНЕРАЛЬНЫМ АЗОТОМ 59

4.1. Содержание азота, фосфора и калия в растениях ячменя и вынос

их урожаем.............................................................................•.............................59

4.2. Содержание азота, фосфора и калия в растениях овса и вынос их урожаем...............................................................................................................71

4.3. Содержание и вынос азота, фосфора и калия урожаем пшеницы ...81

Заключение по главе.................................................................................8

оо

5. ДИАГНОСТИКА ПИТАНИЯ РАННИХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР 91

5.1. Обеспеченность почвенным минеральным азотом ранних зерновых культур................................................................................................91

5.2. Растительная диагностика азотного питания ячменя.......................99

5.3. Растительная диагностика азотного питания овса.........................106

Заключение по главе...............................................................................112

6. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЯ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ...................................................................................................113

Заключение по главе...............................................................................118

ВЫВОДЫ.........................................................................................................119

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 122

ЛИТЕРАТУРА.................................................................................................123

ПРИЛОЖЕНИЯ 137

ВВЕДЕНИЕ

Почвенно-климатические условия и биоклиматический потенциал Амурской области благоприятны для возделывания зерновых культур, удельный вес которых в товарном производстве продукции растениеводства составляет 30%. Для получения высоких урожаев зерновых культур в современных экономических условиях требуется научно обоснованный подход к использованию минеральных удобрений, особенно азотных, ибо уровень урожайности напрямую связан с их применением.

Поэтому, в соответствии с особенностями развития каждой возделываемой культуры, необходимо планирование норм азотных удобрений и сроков их внесения.

Методы почвенной и растительной диагностики азотного питания сельскохозяйственных культур достаточно полно разработаны, но критерии обеспеченности растений в разных почвенно-климатических условиях, с учетом биологических особенностей выращиваемой культуры, значительно различаются и требуют уточнения для каждого региона. Это обусловливает актуальность проведенных исследований.

Цель работы - определить критерии и параметры эффективности внесения минерального азота под ячмень, овес и пшеницу в основное V удобрение,, и подкормку на луговой черноземовидной почве.

Исходя из этого были поставлены следующие задачи: изучить влияние различных норм азотных удобрений на формирование урожая и потребление элементов питания ячменем и овсом в зависимости от уровня обеспеченности почв минеральными формами азота; диагностику минеральных форм азота по/ действием азотных удобрений; определить метод растительной диагностики наиболее полно отражающий действие азотных удобрений под ранни зерновые культуры и, в связи с этим, эффективность некорневых азотны подкормок ячменя и овса при различных погодных условиях и на разны уровнях обеспеченности почв минеральным азотом; энергетическую

эффективность применения удобрений под зерновые культуры. В качестве сравнения, а также с целью дальнейшего изучения в объект исследования была включена и яровая пшеница.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые в Амурской области изучена продуктивность ранних зерновых культур и качество урожая при дробном внесении азотных удобрений; рассчитаны коэффициенты корреляции между урожаем ячменя и овса и прибавками урожая от азотных удобрений с содержанием минерального азота в почве; определена связь параметров обеспеченности зерновых культур азотом в ранние фазы развития с эффективностью некорневых азотных подкормок; проведена энергетическая оценка дробного внесения азотных удобрений под ячмень и овес.

Практическая ценность исследований заключается в том, что рациональное использование азотных удобрений и расчет их норм на планируемый урожай с учетом содержания минерального азота в почве, а также применение некорневых подкормок по результатам растительной диагностики позволит, наряду с экономным расходованием, повысить окупаемость азота удобрений зерном.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научных исследований Всероссийского научно-исследовательского института сои по заданию 11-93 «Разработать комплекс приемов почвенно-растительной диагностики питания зерновых культур».

1. ФОРМИРОВАНИЕ УРОЖАЯ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В

ЗАВИСИМОСТИ ОТ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ АЗОТОМ

(ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Биологические особенности потребления азота зерновыми культурами

Жизненный цикл семенных растений начинается с образования зиготы, однако возрастные периоды принято определять с момента прорастания семян. Поэтому первый возрастной период определяется как период состояния проростка.

Профессор Ф.М. Куперман (1972, 1977) считает, что все яровые зерновые культуры, в том числе овес и ячмень, проходят в развитии 12 этапов органогенеза.

Наблюдения за изменениями в конусах нарастания показывают, что у овса и ячменя каждый вновь образовавшийся с 1-го по 5-й лист соответствует наступлению нового этапа органогенеза (Маркитанова, 1959).

При неблагоприятных условиях внешней среды происходит нарушение нормального роста и развития растений, что в конечном счете, приводит к недобору урожая. Урожайность всех культур, в том числе и нами изучаемых, в сильной степени зависит от размеров колоса (метелки) и соломины, рост которых тесно связан с условиями и сроками прохождения отдельных этапов и стадий развития. Так, при высокой температуре и отсутствии влаги на II этапе сокращается его длительность, а следовательно сокращается и число сформировавшихся узлов и междоузлий, что ведет к укорачиванию соломины. А на короткой соломине развивается соцветие меньшей величины.

Для III этапа необходима высокая интенсивность освещения и несколько больше тепла. Нормальное прохождение III этапа предопределяет наступление самого ответственного момента в формировании урожая ячменя и овса, потому что на IV этапе органогенеза происходит формирование колосковых бугорков. Чем их больше, тем больше разовьется колосков в колосе. Если в это время в почве достаточно питательных веществ, то развивается большой, хорошо озерненный колос (метелка).

На IV и V этапах идет постепенное нарастание, а с VI очень быстрый рост соломины. Характерно, что стебель у овса растет одновременно с метелкой, в то время как у ячменя он растет значительно быстрее, а соцветие отстает в росте.

На VI этапе формируются тычинки, пыльцевые зерна в пыльниках и пестики; на VII-м растут в длину все органы колоса (метелки). Последующие этапы органогенеза (VIII, IX, X, XI и XII) почти совпадают с соответствующими фазами роста и развития растений: колошением (у овса выметыванием метелки), цветением - оплодотворением, формированием зародыша и эндосперма (фаза молочной спелости), восковой спелостью и созреванием семени.

Питание зерновых культур извне начинается на самом раннем этапе органогенеза. Так, потребление азота ячменем было отмечено с появлением всходов. Уже в семидневном возрасте в растениях обнаружен азот внесенного удобрения в количестве 0,5-1,3%, причем прослеживалось влияние различных доз удобрения: потребление почти пропорционально уровню доз (Крупский, Юрко, Розумная, 1978). Авторы, проводившие эксперимент с 15N,отмечают, что к моменту кущения (IV этап органогенеза) характер потребления азота удобрения изменяется. При повышенных дозах использование непропорционально увеличенных доз: возрастание дозы в 1,5 раз повышает поступление азота в 3 раза. Установившийся к кущению характер потреблена

характер потребления сохраняется до конца вегетации. Уже в период всходов отмечено существенное преобладание в растениях аммиачного азота над нитратным (в 2-5 раз), независимо от доз и соотношения питательных веществ в удобрениях. Это преобладание сохранялось на протяжении почти всей вегетации, и авторы объясняют это явление особенностями биологии культур.

Проростки пшеницы и овса потребляют питательные вещества с момента соприкосновения корешка со средой (Церлинг, 1994). Проросток овса, по данным автора, сильно реагирует на азотное голодание. Он, в отличие от пшеницы, развивался очень быстро. Верхушечная точка стебля, используя аминный азот при ускоренном протеолизе белка эндосперма, прекращает новообразование на шести (вместо семи) зачатках листьев в конусе нарастйния, переходит к дифференциации метелки при двух зеленых листьях (вместо трех) и быстро исчерпав запас эндосперма, прекращает новообразование колосков. На подкормку азотом в этот период почти не реагирует, лишь образует боковые побеги. А при достаточном азотном питании овес образует сильное растение, более богатое углеводами, чем пшеница. Он более активно синтезирует азотистые вещества, в результате чего в тканях остается меньше свободного аммиака, чем во всех других исследованных растениях. Происходит это еще потому, что овес имеет хорошо развитую корневую систему, которая обладает высокой усваивающей способностью. Н.З. Станковым (1984) установлено, что корни овса почти полностью охватывают весь объем поверхностного слоя почвы. Они длиннее корней ячменя почти в два раза. Поэтому овес интенсивнее чем ячмень и пшеница поглощает элементы питания из почвы и лучше использует ее плодородие. Работами H.H. Булгаковой и др. (1996) выявлена тесная положительная корреляционная зависимость (г=0,75-0,99) между дозой азота, продуктивностью яровой пшеницы и показателями нитратного обмена. Установлено, что влияние дозы азота на первичное

а на последующих этапах (IV-IX) повышение дозы азота способствовало большему его усвоению. Низкая и умеренная доза азотных удобрений под пшеницу приводила к тому, что нитраты отсутствовали в метаболическом фонде уже после IV-VII этапов органогенеза, что, в свою очередь, ведет к снижению нитратредуктазной активности (Овчаренко и др., 1987; Xu Chang-Ai, Ni Jin-Shan, 1990).

Авторы изучали вопрос о возможности утилизации нитратов запасного фонда. Это очень важно при питании азотом зерновых культур и рациональном использовании азотных удобрений. По мнению ряда ученых, использование нитратов запасного пула растениями ограничено (Miflin, 1980; Claux, Homble, Lunnoye, 1990). В опытах других исследователей, при переносе растений с полной питательной среды на среду, лишенную нитратов, было установлено, что растения используют нитраты запасного фонда. (Xu Chang-Ai, Ni Jin-Shan, 1990; Измайлов, Дробышева, Овчаренко, 1992; Харитонашвили, Черный, Алехина, 1993). Исследованиями Н.Н. Булгаковой, JI.C. Большаковой и Н.Т. Ниловской (1996) установлено, что нитраты в процессе вегетации растений не только убывают, но и убыль их из запасного фонда ткани листа зависит от обеспеченности растений пшеницы азотом, т.е. от дозы вносимого удобрения. Отток нитратов из запасного фонда первого развитого листа яровой пшеницы составил по низкой дозе 12-33% с III по IV этап органогенеза и 82-95% с V по VI этап, на умеренной дозе - 72% с V по VI этап, а на высокой дозе (500 мг/кг) запасной фонд пополнялся NO3 - до IX этапа включительно. В перечисленных работах проанализированы условия питания зерновых культур без учета особенностей сорта и погодных условий, оказывающих на потребление питательных веществ, рост и развитие, продуктивность и качество настолько сильное воздействие, что любая закономерность, выведенная в оптимальных условиях нарушается. Сортовую специфику зерновых культур на уровень азотного питания рассматривали И.О. Гамзикова, С.Ф. Коваль (1989). Изучая

особенности питания азотом двурядного и многорядного ячменя экстенсивного и интенсивного типов, М.А. Прыгун (1981), Г.В. Удовенко и С.П. Гусакова (1986) установили, что в ответ на увеличение доз вносимых удобрений, у сортов двурядного ячменя повышалась продуктивная кустистость, у многорядного - число зерен в колосе. Чем интенсивнее сорт, тем лучше он отзывается на азотные удобрения, выше его окупаемость урожаем. Однако у сортов этого типа существует недостаток. Для реализации своих потенциальных возможностей сорта требуют строгого соблюдения агротехники, высоких доз удобрений и благоприятных погодных условий. Отсутствие хотя бы одного фактора из этого комплекса приводит к снижению урожайности. В таких случаях сорта интенсивного типа находятся на уровне экстенсивных и даже уступают последним (Гриб, Кадыров, Чернов, 1980). Азотный «потолок» является основным признаком интенсивного сорта. Этим термином определяется способность сорта усваивать высокие дозы азота и реагировать на них высокими прибавками урожая. (Пономарев, Максимов, 1978). Основной причиной различного отношения сортов ячменя к азоту является особенность анатомии и морфологии соломины, ее прочность и, как следствие, соответствующая устойчивость к полеганию (Иванова, Матвеева, Ваулин, Никулина, 1988).

Большое значение в азотном питании зерновых культур играют условия внешней среды. Ряд исследователей отмечают, что колебания урожаев зерновых по годам в большей степени зависит от погодных условий, чем от изменения плодородия почвы (Иванова, Плешкова, 1978) и даже установлена прямая корреляционная связь между урожаем ячменя и погодными условиями, складывающимися в период кущения - налива семян. Причем на неудобренных делянках она менее тесная, чем при применении удобрений (Гетманец, Лютый, Рябушко, 1985). Н.П. Богомазов с соавторами (1993) указывают на связь суммы осадков за май-июнь с урожаем ячменя, которая в некоторых случаях

приближается к функциональной (г=0,9987). Эти авторы, а также Л.П. Бельтюков (1984) отмечают, что и качество зерна ячменя на 70-100% зависит от погодных условий: повышение влагообеспеченности влияет на крупность семян (г=0,86), натурную массу (г=0,93), содержание крахмала (г=1,0). Вместе с тем во влажные годы уменьшается содержание сырого белка (г=-0,76), жира (г=-0,71). Недостаточная обеспеченность влагой в фазу начала выхода в трубку - фактор снижения урожая зерна (Кулик, 1957) и неэффективного действия азотных удобрений (Тулин, 1988), хотя во влажные годы от высоких доз азотных удобрений наблюдается полегание посевов.

Овес, в отличие от других зерновых культур, обладает большей способностью поглощать и использовать нитраты даже в условиях сильного переувлажнения (Белоногова, Чиркова, 1991, 1995), что выделяет его из рассматриваемых культур по устойчивости к этим факторам. Даже в условиях затопления овес сохраняет способность к «нитратному дыханию». Это, наряду с образованием дополнительной (поверхностной) корневой системы и способностью к транспорту кислорода из листьев в корни, обеспечивает возможность его существования в неблагоприятных по увлажнению условиях среды. Но посевы этой культуры также страдают от засухи и дают прекрасный урожай от внесения азотных удобрений в годы, когда среднемесячная температура и количество осадков в мае-июне близка к норме (Жукова, 1973). A.B. Ивойлов (1995) делает вывод, что решающим фактором, который на 5385% определяет уровень урожайности зерновых культур, являются осадки, выпавшие в июне. Применение удобрений, среди которых