Use of potassium-containing clay slurry for corn fertilization

Full Text

В последние годы, вместе с яровой пшеницей и соей, важное место в структуре товарной продукции сельскохозяйственных предприятий южной агроклиматической зоны Самарской области стала занимать кукуруза на зерно. Этому способствует хорошая обеспеченность агроландшафтов ресурсами тепла, обилие солнечных дней, продолжительный вегетационный период и наличие черноземных почв с достаточной мощностью гумусового горизонта, а также возможности размещения культуры на орошаемых землях. Наряду с природными условиями, расширение посевных площадей под зерновой кукурузой обусловлено и внедрением в производство современных технологических приемов ее возделывания, уборки урожая и хранения зерна. В результате основная часть хозяйств, занимающихся данной культурой в настоящее время, вышла на уровень получения урожаев зерна в 5-6 т с 1 га, что сравнительно неплохо по отношению к другими зерновыми культурам, но значительно меньше потенциальных возможностей современных гибридов и показателей передовых хозяйств страны [1, 2].

Причиной этому, по мнению многих специалистов, является несбалансированное минеральное питание растений и недостаточная их обеспеченность макро- и микроэлементами в результате снижения уровня плодородия почвы, а также уменьшение объемов применения минеральных удобрений, стоимость которых ежегодно возрастает и для многих хозяйств становится недоступной [3, 4].

Однако, имеются разработки известных ученых-агрохимиков по использованию в качестве минерального удобрения под кукурузу сравнительно дешёвых побочных продуктов химической промышленности, содержащих необходимые биогенные элементы. Одним из таких отходов является калийсодержащий глинисто-солевой шлам (ГСШ) ООО «ЕвроХим-Проект», который можно использовать в условиях Самарской области. Но каких-либо научных исследований по данному вопросу в условиях региона не проводилось и нет рекомендаций по его применению под полевые культуры. Поэтому полевые эксперименты по данной тематике и их результаты являются актуальными и имеют большую практическую значимость [5, 6].

Цель исследовний. Выявить эффективность применения глинисто-солевого шлама (ГСШ) в качестве комплексного калийсодержащего удобрения под посевы кукурузы на зерно.

Задачи исследований:

• установить степень влияния различных норм глинисто-солевого шлама (400 кг/га, 600 кг/га; 800 кг/га; 1200 кг/га и 1600 кг/га) на урожай зерна кукурузы в условиях естественного увлажнения почвы и при орошении;
• выявить оптимальную норму внесения глинисто-солевого шлама обеспечивающую получение максимальной урожайности зерна кукурузы с 1 га посевов;
• определить экономически наиболее целесообразный вариант внесения глинисто-солевого шлама при возделывании кукурузы на зерно при различном режиме увлажнения почвы.

Материалы и методы исследований. Поставленные задачи решались путем проведения полевых опытов, которые закладывались в Приволжском муниципальном районе на полях орошаемого севооборота ООО «Сев07». Эксперименты проводились в течении вегетационных периодов 2022-2024 гг., с контрастными погодными условиями, что типично для климата данной зоны. Весна и лето 2022 года отличались избытком тепла и дефицитом осадков при ГТК 0,72. Вегетация опытных растений в 2023 году проходила на фоне близких к среднемноголетним индексам температуры воздуха и атмосферных осадков, со средним значением ГТК – 0,83. Рост и развитие растений в 2024 году протекали при прохладной и дождливой погоде в первой половине лета и умеренно-теплой, и сухой – в августе и сентябре, ГТК равнялся 0,85 единицам.

Опытный участок располагался на третей террасной части поймы левого берега р. Волга и имел выровненный микрорельеф. Его почвенный покров – чернозём обыкновенный среднемощный с зернистой или комковато-зернистой структурой пахотного горизонта и содержанием в нем 5,2 % гумуса, 18,5 мг/100 г подвижного фосфора и 24,4 мг на 100 г почвы – обменного калия. Схема опыта включала семь вариантов, пять из которых предусматривали внесение различных норм ГСШ. Они приведены в таблице 1

 

Таблица 1

Схема полевого опыта, 2022-2024 гг.

Номер варианта	Нормы внесения удобрений	Способ применения
1	Контроль – (без удобрения)	Расчетные нормы глинисто-солевого шлама (ГСШ) вносились весной – под культивацию. Минеральные азотные и фосфорные удобрения в дозе N40P40 – весной под культивацию, а оставшаяся часть N20P20 – при посеве
2	N60P60 (Фон)
3	Фон + ГСШ (400 кг/га или 40 кг/га д.в.)
4	Фон +ГСШ (600 кг/га или 60 кг/га д.в.)
5	Фон + ГСШ (800 кг/га или 80 кг/га д.в.)
6	Фон + ГСШ (1200 кг/га или 120 кг/га д.в.)
7	7Фон + ГСШ (1600 кг/га или 160 кг/га д.в.)

 

Глинисто-солевой шлам представлял собой серую пастообразную массу с содержанием обменного калия (К₂О) в продукте в пределах 10 % (по лабораторным данным производителя). Перед внесением в почву расчетная норма ГСШ разбавлялась водой и вносилась с помощью разбрасывателя жидких удобрений МЖТ-3, в вариантах опыта № 3-7, распределялась по поверхности почвы. Затем, в соответствии со схемой опыта и принятой в хозяйстве системой удобрения кукурузы, навесной машиной РМУ-1000 по поверхности почвы опытных делянок разбрасывались минеральные удобрения: азотные – в виде карбамида (мочевина) H₂N-CO-NH₂ в норме 98 кг/га в физическом весе, или 45 кг/га д.в.; фосфорные – в виде аммофоса (NH₄H₂PO₄ + (NH₄)₂HPO₄) в норме 115 кг/га в физическом весе, или 15 кг/га – N и 60 кг/га - P₂O₅ действующего вещества. Причем, 60 % расчетной нормы минеральных удобрений вносилось под культивацию и вместе с ГСШ заделывалась в почву культиватором КПМ-8 в агрегате с трактором БТЗ-242. Вторая часть (40%) фосфорных и азотных удобрений вносилась при посеве, путем их высева через туковысевающие аппараты сеялки GASPARDO.

Агротехника в опыте была общепринятой для кукурузы на зерно в данной зоне, с ее размещением третей культурой в севообороте после озимой пшеницы, идущей по чистому пару. Подготовка почвы включала двухкратную обработку поля дисковой бороной БДМ 7 на глубину до 14 см, сразу после уборки предшественника. В последующем выполнялось чизелевание пахотного горизонта на глубину 27-30 см плугом ПЧ-4,5. Весной, при физической спелости почвы, поле боронили тяжелыми зубовыми боронами ЗБЗТС-1, при прорастании сорняков поле культивировали машиной КПМ-8, этим же культиватором проводили и предпосевную культивацию. Посев семян гибрида «Амавит» проводился широкорядным способом в оптимальные агротехнические сроки с нормой высева 65 тыс./га и шириной междурядий 70 см. Уход за посевами включал боронование по всходам и две междурядные обработки в период вегетации растений культиватором КРН-5,6.

Все варианты опыта при естественном увлажнении почвы и при ее орошении дождевальной фронтальной оросительной машиной BAUER. Число поливов по годам варьировало от двух до четырех и зависело от влажности почвы, которая поддерживалась в пределах 70-75 от ПВ.

Выбор экспериментального участка, закладка полевого опыта, а также все наблюдения за посевами и биометрические учеты проводилась в соответствии с требованиями действующих методических указаний по проведению полевых опытов: методика опытного дела Б.А. Доспехова [7]; методические указания по проведению исследований в длительных опытах с удобрениями [8]; методические требования к полевому опыту [9]; основы научных исследований в агрономии [10].

Общая площадь делянок – 500 м², учетная 150 м², что позволяло использовать для уборки урожая зерна обычный самоходный зерноуборочный комбайн АКРОС – 585.Повторность вариантов трехкратная с систематическим размещением вариантов опыта.

Математическая обработка экспериментального материала выполнялась в вычислительном центре, а экономическая оценка результатов исследований проведена по методике, разработанной кафедрой «Экономика и организация агробизнеса» ФГБОУ ВО Самарский ГАУ.

Результаты исследований. Опытами установлено, что при строгом соблюдении всех технологических особенностей выращивания раннеспелого простого гибрида универсального использования Амавит в условиях хозяйства можно получать достаточно высокие урожаи зерна кукурузы даже при существующем уровне плодородия почвы и естественном режиме увлажнения территории. В годы исследований средняя урожайность посева контрольного варианта нашего опыта составила 6,80 т/га.

 

Таблица 2

Урожайность зерна кукурузы, 2022-2024 гг.

Варианты опыта	Без орошения			На орошении
	урожайность зерна, т/га	прибавка		урожайность зерна, т/га	прибавка
		т/га	%		т/га	%
Контроль – (без удобрения)	6,80	-	-	10,11	-	-
N60P60 (Фон)	7,52	0,72	10,5	11,49	1,38	13,6
Фон + ГСШ (40 кг/га д.в.)	8,00	1,20	17,6	11, 91	1,80	17,8
Фон +ГСШ (60 кг/га д.в.)	8,26	1,46	21,4	12,35	2,24	22,1
Фон + ГСШ (80 кг/га д.в.)	8,59	1,79	26,3	12,89	4,38	27,4
Фон + ГСШ (120 кг/га д.в.)	8,95	2,15	31,6	13,20	3,09	30,5
7Фон + ГСШ (160 кг/га д.в.)	9,14	2,34	34,4	13,80	3,69	36,4
НСР05	0,22	-	-	0,30	-	-

 

Внесение в почву азотных и фосфорных удобрений в виде мочевины и аммофоса, из расчета N₆₀P₆₀ действующего вещества на 1 га, повышает продуктивность растений на не орошаемом участке в среднем на 10,5 % – до 7,52 т/га, позволяя дополнительно получать 0,72 т зерна с 1 га. Добавление к внесенному в почву азоту и фосфору еще и калия в форме глинисто-солевого шлама в норме 40 кг д.в./га улучшает минеральное питание растений и доводит сборы зерна с 1 га до 8,00 т, что уже на 17,6%, или 1,20 т/га больше контрольного значения.

Повышение нормы применения ГСШ – до 60 кг д.в./га (вариант 4) лучше оптимизировало режим минерального питания растений, и способствовало дальнейшему росту урожайности зерна кукурузы - до 8,26 т/га, что на 21,4 % больше контрольного индекса.

Увеличение нормы внесения калия – до 80 кг д.в./га (вариант 5) также обуславливало росту урожайности зерна кукурузы – до 8,59 т/га и превышение показателя предыдущего, 4 варианта опыта - на 4,9 %, с прибавкой сборов зерна, по отношению к контролю, в пределах 1,79 т/га, или 26,3 %. Дальнейшее увеличение норм внесения ГСШ – до 120 кг д.в./га и 160 кг д.в./га способствовало более полному удовлетворению потребностей растений кукурузы в калии и оптимизации его соотношения с азотом и фосфором, что улучшало доступность макроэлементов корневой системой растений. Урожайность зерна в этих вариантах опыта имела максимальные значения и равнялась соответственно 8,95 т/га и 9,14 т/га, что на 31,6 % и 34,4 % больше контрольного индекса.

Анализ полученных урожайных данных вариантов, размещенных на орошаемой части опыта, показал, что дополнительное увлажнение черноземов южной агроклиматической зоны области позволяет посевам зерновой кукурузы полнее использовать генетический потенциал, а также имеющиеся агроклиматические ресурсы и внесенные в почву дополнительные объемы элементов минерального питания. Их урожайность была в среднем на 48,6-50,9 % выше показателей неорошаемой кукурузы.

В контрольном варианте опыта она составляла 10,11 т/га, то есть, только за счет организации орошения неудобренного чернозема в условиях хозяйства можно дополнительно получить 3,31 т зерна с 1 га, а внесение принятых норм азотных и фосфорных удобрений (N₆₀P₆₀) (вариант 2) доводит сборы зерна кукурузы до 11,49 т/га.

В варианте 3, с внесением на фоновом уровне N₆₀P₆₀ еще и сравнительно небольшой нормы калия – 40 кг д.в./га в составе ГСШ, урожайность зерна возрастала до 11,91 т/га, что на 17,8 % больше значения контрольного варианта. Повышение нормы внесения калия - до 60 кг д.в./га (вариант 4) обуславливала дальнейший рост сборов зерна с 1 га, который равнялся 12,35 т, что на 22,1 % больше контрольного индекса. Внесение в почву калия в норме 80 кг д.в./га на фоне применения азотно-фосфорного удобрения (вариант 5) гарантировало получение урожаев зерна в пределах 12,89 т/га, что на 12,1 % больше значения фонового варианта 2 и на 27,0 % выше показателя контрольного посева. Внесение в почву повышенных норм ГСШ, из расчета 120 кг д.в. и 160 кг д.в. калия на 1 га, позволяет максимально увеличить сборы зерна с 1 га, соответственно – до 13,30 т/га и 13,80 т/га, что на 30,5 % и 36,4 % выше контрольного индекса.

Известно, что основным определяющим критерием внедрения в производство тех или иных инновационных агротехнический приемов в современных экономических условиях является их экономическая целесообразность и окупаемость дополнительных затрат стоимостью полученной прибавки продукции [11, 12].

Проведенными экономическими расчетами в нашем опыте установлено, что при условии продажи произведенного зерна по сложившимся рыночным ценам, из расчета 17 тыс. руб. за 1 т. зерна, денежная выручка от продажи урожая кукурузы произведенного в вариантах неорошаемого участка будет варьировать от 115,6 тыс. руб./га до 155,4 тыс. руб. /га, при этом производственные затраты на выполнение всех технологических операций в опыте, в том числе и на покупку удобрений, ГСШ, их доставку и внесение будут составлять 55,5-77,5 тыс. руб./га. Полученная денежная выручка позволит полностью окупить понесенные затраты и получить условно чистый доход в размере 60,1-77,8 тыс. руб./га с уровнем рентабельности производства 100,3-110,0 %.

Анализ данных по вариантам опыта выявил, то покупка, транспортировка и внесение минеральных удобрений потребовало дополнительных материальных и денежных расходов, в результате производственные затраты в фоновом варианте опыта (вариант 2) оказались на 5,5 тыс. руб./га больше, чем в контрольном варианте.

При дальнейшей интенсификации производства, то есть при внесении глинисто-солевого шлама (ГСШ) в норме 40 кг д.в./га (вариант 3) и 60 кг д.в./га (вариант 4) производственные затраты увеличились, по сравнению с контролем, и составили соответственно на 10,1 тыс. руб./га и 12,1 тыс. руб./га. Возросли и объемы дополнительно произведенного зерна, однако денежная выручка от его продажи оказалась сравнительно не высокой для удержания показателя рентабельности на уровне контрольного значения. В данных вариантах опыта он равнялся только 107,3 % и 107,6 %, против 108,2% – в контрольном варианте.

С увеличением нормы применения калия – до уровня 80 кг д.в./га (вариант 5) объем дополнительно произведенного зерна в денежном выражении повышался на 3,9 % - до 146,0 тыс. руб./га. При этом производственные затраты возрастали лишь на 2,8 %, в результате уровень рентабельности в данном варианте опыта, несмотря на возрастание производственных затрат, превысил контрольный показатель и достиг уровня 110,0 %.

Дальнейшее повышение нормы внесение ГСШ - до 120 кг д.в. калия на 1 га (вариант 6) обеспечивало существенную прибавку урожая, по сравнению контрольным вариантом и вариантом 3, где вносилась минимальная норма калия – 40 кг д.в./га. Весь полученный урожай с 1 га оценивался в 152,1 тыс. руб. Но и производственные затраты на его получение составляли 73,3 тыс. руб./га. В результате рентабельность производства, в данном варианте опыта, снижалась до 107,7 %.

В варианте отрыта 7, где норма внесения калия равнялась 160 кг д.в./га производственные затраты, по сравнению с фоновым вариантом 2 повышались на 27,0 %, или на 16,5 тыс. руб./га, это вело к уменьшению размера условно чистого дохода, по сравнению с предыдущим вариантом опыта, и снижению уровня рентабельности производства – до 100,3%.

Анализ экономических показателей в вариантах с орошаемыми посевами кукурузы показал, что в условиях дополнительного дождевания растений кукурузы можно получать достаточно высокие денежные доходы от продажи продукции – на уровне 171,9-234,6 тыс. руб./га. Это на 48,7-51,1 % больше, чем в посевах кукурузы без орошения. Но и затраты на производство зерна орошаемой кукурузы были в среднем в 1,3-1,4 раз выше, чем при выращивании неорошаемой кукурузы. Дополнительная плата за орошаемую воду составляла около 20 тыс. руб./га. Тем не менее орошаемые посевы позволяют получать условный чистый доход на уровне 96,4-137,1 тыс. руб./га, что в 1,6-1,8 раз больше показателей неорошаемых посевов.

Однако, несмотря на значительные производственные затраты, они полностью окупаются дополнительной продукцией с уровнем рентабельности производства 127,6-144,8 %. При этом максимальный показатель рентабельности был получен в 5 варианте опыта, где к фоновому количеству азотного и фосфорного удобрения (N₆₀P₆₀) добавлялось 80 кг д.в./га калия, содержащегося в глинисто-солевом шламе (ГСШ).

Варианты 6 и 7 с внесением повышенных нормы калия - 120 кг д.в/га и 160 кг д.в./га по показателям рентабельности производства, соответственно 140,5 % и 140,6 % не имели существенного преимущества перед 5 вариантом опыта. Поскольку внесение повышенных норм ГСШ требовало дополнительных материальных затрат, рост которых по сравнению с 5 вариантом опыта составлял, соответственно 4,2 % и 8,9 %, при относительно небольшой прибавке стоимости продукции – 2,4% и 7,1 %.

Заключение. Проведенные опыты позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Внесение в почву калийсодержащего глинисто-солевого шлама (ГСШ) на фоне применения азотно-фосфорных удобрений в норме N₆₀P₆₀ д. в. на 1 га, достоверно обеспечивает прибавку урожая зерна кукурузы даже без орошения на 17,6-34,4% по отношению к неудобренному посеву.
2. При внесении только азотно-фосфорного удобрения прибавка урожайности зерна кукурузы равно лишь 0,72 т/га, или 10,5 % от контроля.
3. Искусственное поддержание оптимальной влажности почвы под кукурузой позволяет увеличить ее урожайность, по сравнению с неорошаемыми посевами в среднем на 48,6-50,9 % - до 10,11-13,80 т/га.
4. Максимальные сборы зерна кукурузы с 1 га как на участке без орошения, так и при орошении обеспечивают варианты с внесением на фоновом уровне азотно-фосфорных удобрений калия в норме 120 кг д.в/га и 160 кг д.в./га. Однако их применение требует существенных дополнительных материальных затрат и ведет к снижению рентабельности производства. Экономически оптимальной нормой внесения калия в форме ГСШ является 80 кг д.в./га.

About the authors

Anatoly M. Nikonorov

Samara State Agrarian University

Email: nik_am@mail.ru
ORCID iD: 0009-0002-7861-0768

postgraduate student

Russian Federation, Ust-Kinelsky, Samara region

Vasily B. Trots

Samara State Agrarian University

Email: dr.troz@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0214-3529

Doctor of Agricultural Sciences, Professor

Russian Federation, Ust-Kinelsky, Samara region

Natalia M. Trots

Samara State Agrarian University

Author for correspondence.
Email: troz_shi@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3774-1235

Doctor of Agricultural Sciences, Professor

Russian Federation, Ust-Kinelsky, Samara region

References

Supplementary files