The influence of tillage and fertilizer systems on the yield structure and grain quality of spring barley

Full Text

В современных агротехнологиях возделывания сельскохозяйственных культур для реализации их потенциала продуктивности с сохранением высокого качества продукции необходим тщательный подбор сортов и агроприемов – систем обработок почвы, предшественников, оптимизированных систем удобрений и др. [1, 2]. Подбор сорта ярового ячменя определяется целями использования зерна (зернофуражные, крупяные или пивоваренные). Однако использование зерна ограничивается некоторыми требованиями. Одними из самых значительных требований к пищевому потреблению являются высокие показатели содержания белка в зерне и стекловидности эндосперма [2-4]. Поэтому актуальным является выращивания пищевого сорта ярового ячменя, как замыкающей культуры в звене зернопарового севооборота, с использованием различных систем обработок почвы и с внесением азотных удобрений для получения повышенной урожайности зерна с высоким содержанием белка и другими качественными показателями.

Цель исследований – повышение урожайности и качества зерна ярового ячменя различными системами обработки почвы и внесением удобрений.

Задачи исследований – изучить элементы структуры урожая ярового ячменя; урожайность зерна, содержание белка, стекловидность, натурную массу; рентабельность производства в зависимости от систем обработки почвы и удобрений.

Материал и методы исследований. Зерно ярового ячменя широко используют в сельском хозяйстве в качестве корма для животных, в пивоваренной, а также в пищевой промышленности для изготовления ячневой и перловой крупы и муки [5].

Исследования проводили в 2020-2022 гг. на опытном поле лаборатории «Агроэкология» кафедры «Агрохимия, почвоведение и агроэкология», которое находится в центральной зоне Самарской области (или южной части лесостепи Заволжья) [6, 7]. Осадков за год выпадает в среднем 410 мм, в том числе за тёплый период (апрель – октябрь) 257 мм, за время наиболее интенсивного развития растений (май – июнь) – 75 мм. Среднегодовая температура воздуха составляет 3,7°С, почва промерзает на глубину 100-120 см. Атмосферные засухи и суховеи средней интенсивности наблюдаются ежегодно, интенсивные – 9 лет из 10, очень интенсивные 4-6 лет из 10 [5].

Погодные условия, сложившиеся за годы исследований, не в полной мере соответствовали нормальному развитию сельскохозяйственных культур, особенно яровых зерновых культур. Их можно охарактеризовать не совсем благоприятными [8]. 

Почвы в зоне проведения исследований, в основном, выщелоченные, обыкновенные и типичные черноземы среднегумусные среднемощные тяжелосуглинистые. Такая почва имеет реакцию среды (рН), близкую к нейтральной, среднее содержание гумуса, сравнительно большую поглотительную способность. Эта почва по своим физико-химическим и водным свойствам вполне отвечает требованиям успешного возделывания ведущих полевых культур [9, 10]. Агрохимические показатели почвы поля до начала исследований: нитратный азот – 4,47 мг/кг, легкогидролизуемый азот – 42,4 мг/кг, органическое вещество – 4,6%, Р₂О₅ – 96,8 мг/кг, K₂O – 86,6 мг/кг, рН – 7,82 [11].

Яровой ячмень выращивался в звене парозернового севооборота: чистый пар – озимая пшеница – яровая пшеница – яровой ячмень. Яровой ячмень является холодостойкой культурой, высевался в первой декаде мая, при норме высева 5,0 млн всхожих семян на га. Объект исследований – яровой ячмень сорта Беркут.

Ячмень яровой Беркут. Характеристика сорта. Родословная: (Целинный 5 х Донецкий 4) х (Донецкий 4 х Донецкий 8). Включен в Госреестр по Средневолжскому (7) региону. Разновидность субмедикум. Растение среднерослое. Колос цилиндрический. Зерновка крупная. Масса 1000 зерен 42-49 г. Средняя урожайность в регионе 27,7 ц/га, на уровне стандартных сортов. Сорт среднеспелый, вегетационный период 72-84 дня. Засухоустойчивость на уровне или несколько выше стандарта. Зернофуражный, пищевой. Сорт ценный для получения ячневой и перловой круп.

В годы исследований схема опыта включала следующие варианты основной обработки почвы в севообороте:

- вспашка: обработка почвы состоит из лущения на 6-8 см вслед за уборкой предшественников и вспашки на 20-22 см под пар;

- мелкая обработка: состоит из лущения почвы на 6-8 см вслед за уборкой предшественника и безотвального рыхления на 10-12 см под зерновые колосовые культуры и пар;

- без механической обработки: осенняя обработка почвы не проводилась, после уборки предшественников применялся гербицид сплошного действия Торнадо в дозе 3 л/га. Весной осуществлялся прямой посев культур [12].

К традиционным приемам воспроизводства плодородия почвы относятся внесение минеральных удобрений. При посеве вносилась аммиачная селитра, N₃₀ действующего вещества. Расчет доз удобрений проводили в зависимости от уровня содержания азота в почве и под планируемый урожай [13]. В фазу кущения ярового ячменя на всех вариантах опыта против однолетних двудольных сорняков применялся гербицид Прима в дозе 500 мл/га.

Уборку проводили селекционным комбайном «TERRION» в фазу полной спелости зерна. Перед уборкой проводили отбор снопов с делянок (площадка 0,25 м²). Сноповой материал служил для определения структуры и качества урожая. Урожай приводили к 100% чистоте и к 14% влажности [14]. Учёт элементов структуры урожая проводили по методике Госкомиссии по сортоиспытанию [15]. Содержание белка в зерне определяли по В. А. Ермакову [16, 17], Х. Н. Починку [12].

Стекловидностъ ячменя определяли по ГОСТу 10987 76 «Зерно. Методы определения стекловидности» или на диафаноскопе ДСЗ 2 путем просвечивания зерна. Из очищенного зерна выделяли без выбора 100 целых зерен. Просматривали зерна на разрез в проходящем свете.

Стекловидными зернами называют такие, которые слабо преломляют лучи света и поэтому при просвечивании прозрачны. Излом их похож на излом стекла.

Мучнистые зерна при рассмотрении на свету непрозрачны, при просвечивании кажутся темными.

В зависимости от консистенции зерно распределяли на стекловидное – зерно полностью просвечивалось, полустекловидное или частично стекловидное – зерно просвечивалось частично и мучнистое – зерно не просвечивалось совсем. Стекловидность ячменя ярового характеризовали показателем, выраженным в процентах по отношению к 100 зернам [10, 12].   

Отбор растений для проведения биохимических исследований проводился согласно методу отбора средних проб [13].

Урожайные данные обрабатывались методом дисперсионного анализа по Б. А. Доспехову [14] с применением компьютерной программы STAT-1.

Результаты исследований. Изучение систем обработки почвы, внесения удобрений и их влияния на элементы структуры урожая, такие как количество растений, стеблей, колосьев, их высота и масса зерна с главного колоса, представлены в таблице 1.

 

Таблица 1. Элементы структуры урожая ярового ячменя в зависимости от систем обработки почвы и удобрений, в среднем за три года исследований

Вариант опыта	Фон минерального питания	Количество растений, шт./м2	Количество стеблей, шт./м2	Количество колосьев, шт./м2	Высота растений, см	Масса зерна с главного колоса, г
Вспашка	Без удобрений	473	664	657	59,0	0,87
	Удобренный фон	485	691	660	63,4	0,93
Среднее по вспашке		479	677	658	61,2	0,90
Мелкая обработка	Без удобрений	469	662	655	57,5	0,87
	Удобренный фон	481	679	661	60,8	0,90
Среднее по мелкой обработке		675	670	613	59,2	0,89
Без осенней механической обработки	Без удобрений	468	663	651	57,8	0,89
	Удобренный фон	480	682	663	61,3	0,91
Среднее без осенней механической обработки		474	672	657	59,6	0,94
В среднем без удобрений		470	663	654	58,1	0,88
В среднем по удобренному фону		482	684	662	61,8	0,91
Коэффициент корреляции, V, %		21	18	23	12	9

 

Результаты исследований показали, что наибольшее значение имеют такие показатели, как количество растений и стеблей, их высота, масса зерна с главного колоса, полученные в вариантах со вспашкой и по удобренному фону. Эти значения превосходят средние значения по удобренному фону, достигая 2,2-2,5%. Количество колосьев наибольшим было в варианте без осенней механической обработки почвы и удобренном фоне и превышало средние значения по удобренному фону на незначительную величину. При анализе влияния способа обработки почвы – вспашка оказала наибольшее влияние на количество растений и стеблей, а также на количество колосьев, без осенней механической обработки – на высоту растений и массу зерна с главного колоса.

Применение удобрений способствовало увеличению значений всех показателей элементов структуры урожая, достигая наибольшего значения количеств растений и стеблей на 2,6-3,2%.

Таким образом, способ обработки почвы – вспашка, мелкая обработка и без осенней механической обработки, применение азотных удобрений в количестве действующего вещества N₃₀ положительно повлияло на изучаемые элементы структуры урожая ярового ячменя, увеличивая значение показателей до 2,2-3,2%.

Влияние систем обработки почвы и удобрений на урожайность, содержание белка и стекловидность зерна, натурную массу зерна и рентабельность производства ярового ячменя представлены в таблице 2.

 

Таблица 2. Урожайность, содержание белка и стекловидность зерна, натура зерна и рентабельности ярового ячменя в зависимости от систем обработки почвы и удобрений, в среднем за три года исследований

Вариант опыта	Фон минерального питания		Урожайность, т/га	Белок, %	Стекловид-ность, %	Натура зерна, г/л	Рентабель-ность, %
Вспашка	Без удобрений		2,26	13,6	57	690	69
	Удобренный фон		2,96	14,4	68	694	59
Среднее по вспашке			2,61	14,0	63	692	64
Мелкая обработка	Без удобрений		2,17	13,2	51	688	76
	Удобренный фон		2,75	14,2	65	693	64
Среднее по мелкой обработке			2,46	13,7	58	690	71
Без осенней механической обработки		Без удобрений	2,08	13,2	52	688	84
		Удобренный фон	2,75	13,9	65	690	75
Среднее без осенней механической обработки			2,42	13,6	59	689	80
В среднем без удобрений			2,17	13,3	53	689	76
В среднем по удобренному фону			2,82	14,2	66	692	66
Коэффициент корреляции, V, %			14	8	11	18	-

 

Значения таких показателей, как урожайность, белок и стекловидность в зависимости от условий опыта распределились следующим образом: наибольшие значения были в варианте вспашка на удобренном фоне, наименьшие – в вариантах мелкая обработка, без осенней механической обработки и без удобрений. Натурная масса зерна, определенная в зависимости от систем обработки почвы и удобрений, имела близкие значения, изменяясь незначительно. Уровень рентабельности производства зерна ярового ячменя при применении систем обработки почвы – вспашка и минерального удобрения понизился на 11 и 15%, соответственно, по сравнению с вариантом без осенней механической обработки и без удобрений. Таким образом, внесение минеральных удобрений менее эффективно, а использование способа обработки почвы – без осенней механической обработки – при возделывании ярового ячменя является экономически целесообразным.

По результатам исследований был проведён корреляционный анализ данных по урожайности и содержанию белка в зерне ячменя. Коэффициенты корреляции показывают, что зависимость между урожайностью и содержанием белка в зерне ярового ячменя является средней (r = 0,48) или сильной (r = 0,68), причем как прямой, так и обратной (r = –0,38). Присутствующий в уравнении регрессии коэффициент детерминации близок к единице, следовательно, представленные уравнения линейной регрессии хорошо описывает существующую зависимость изученных признаков. При анализе зависимости стекловидности от содержания белка установлена существенная близкая по значениям от средней до сильной корреляция (r = 0,58, r = 0,65, r = 0,63). Положительная корреляция, близкая по значениям, это корреляция признаков, при которой увеличение одного показателя сопряжено с увеличением другого, определяется высоким уровнем как содержания белка, так и стекловидности.

Заключение. Проведенные исследования влияния систем обработки почвы – вспашка, мелкая обработка и без осенней механической обработки с применением азотных удобрений N₃₀ действующего вещества в звене зернопарового севооборота пар – озимая пшеница – яровая пшеница – яровой ячмень, на посевах ячменя сорта Беркут свидетельствуют о положительном действии на элементы структуры урожая. Такие показатели, как количество растений и стеблей, их высота, масса зерна с главного колоса, увеличили значения до 2,2-3,2% на вариантах вспашка с применением удобрений, по сравнению с вариантами без осенней механической обработки и без удобрений.

Величины урожайности, белка и стекловидности имели наибольшие значения в варианте вспашка на удобренном фоне, наименьшие – в вариантах мелкая обработка, без осенней механической обработки и без удобрений. Натурная масса зерна, определенная в зависимости от систем обработки почвы и удобрений, имела близкие значения, изменяясь незначительно.

Уровень рентабельности производства зерна ярового ячменя при применении систем обработки почвы – вспашка и минерального удобрения – понизился на 11 и 15%, соответственно, по сравнению с вариантами без осенней механической обработки и без удобрений. Таким образом, внесение минеральных удобрений менее эффективно, а использование способа обработки почвы – без осенней механической обработки – при возделывании ярового ячменя является экономически целесообразным.

About the authors

Natalia P. Bakaeva

Samara State Agrarian University

Author for correspondence.
Email: bakaevanp@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4784-2072

Doctor of Biological Sciences, Professor

Russian Federation, Ust′-Kinelsky

Alexander S. Vasiliev

Samara State Agrarian University

Email: vasiliev167@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-2005-4797

postgraduate student

Russian Federation, Ust′-Kinelsky

Vasily G. Kutilkin

Samara State Agrarian University

Email: kutilkin_vg65@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3142-6608

Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor

Russian Federation, Ust′-Kinelsky

References

Supplementary files