Влияние способов основной обработки почвы на её физические показатели, урожайность и белковость зерна ярового ячменя в условиях Среднего Поволжья

Полный текст

Яровой ячмень (Hordeum vulgare L.) занимает второе место в России по объему производства среди зерновых культур после пшеницы и является важной зернофуражной культурой. Зерно ярового ячменя – ценный и питательный корм для скота, содержащий в своем составе: 10,5% протеина, 2,3% жира, 5,5% клетчатки, 65,7% безазотистых экстрактивных веществ, 3% золы, 0,11% кальция и 0,34% фосфора. В одном килограмме ячменя содержится 1,2 кормовые единицы. Ячменная солома, предварительно запаренная, обладает питательными ценностями и используется в качестве корма для животных [1, 2, 3].

Ячмень культивируется практически во всем мире. Наиболее крупные площади под посевы можно встретить в США, Канаде, странах Западной Европы и в регионах Малой Азии. В пределах России ячмень выращивают практически повсеместно в регионах, специализирующихся на производстве зерна. Ключевыми областями являются ЦЧР, Северный Кавказ, Поволжье, Урал и Нечерноземная зона [4, 5, 6].

Среди ранних яровых культур, яровой ячмень демонстрирует самые стабильные и высокие показатели урожайности, характеризуется ранним сроком созревания и высокой пластичностью, отличается ускоренным усвоением питательных элементов из почвы, что подчеркивает важность обеспечения ячменя благоприятными условиями питания на ранних этапах роста. С агротехнической точки зрения ячмень не предъявляет высоких требований к предшественникам [7, 8].

На урожайность и белковость зерна ярового ячменя влияют сортовые особенности, почвенно-климатические условия и элементы агротехнологий. Важно выбрать оптимальный способ обработки почвы, учитывающий почвенно-климатические особенности региона, с целью поддержания плодородия, повышения урожайности и качества зерна, а также снижения затрат [9, 10].

Цель исследований: повышение урожайности и белковости зерна ярового ячменя зернофуражной направленности в зависимости от различных способов основной обработки почвы в условиях Среднего Поволжья.

Задачи исследований: определение физических показателей (влажности и плотности) почвы, содержания нитратного азота в почве, азота и белка в зерне и соломе, урожайности зерна и соломы, выноса азота урожаем и белком урожая ярового ячменя.

Материал и методы исследований. Исследования проводились в 2020-2022 гг. на опытном поле Самарского государственного аграрного университета и научно-исследовательской лаборатории «Агроэкология» расположенном в Центральной зоне Самарской области. Объектом исследований являлся сорт ярового ячменя Беркут возделываемый в пятипольном зернопаровом севообороте по предшественнику – яровая мягкая пшеница. Почва опытного поля – чернозем типичный среднемощный среднесуглинистый с содержанием органического вещества (гумуса) – 5,3 %; рН сол. – 6,9; в слое почвы 0-30 см легкогидролизуемого азота – 80-120, подвижного фосфора и калия – 135-145 и 150-195 мг/кг, соответственно. Посев проводился в первой декаде мая с нормой высева – 4,5 млн. всхожих семян на 1 га.

Яровой ячмень (Hordeum vulgare L.) сорта Беркут является сортом зернофуражного направления использования. Сорт включен в Госреестр по Средневолжскому (7) региону и рекомендован для возделывания в Центральной и Южной зонах Самарской области. По группе спелости сорт является среднеспелым, с вегетационным периодом 72-84 дня, со средней урожайностью в регионе 27,7 ц/га, содержанием белка 10,9-12,7 %, массой 1000 семян 42-49 г, засухоустойчивостью на уровне или несколько выше стандарта.

Изучали следующие варианты способов основной обработки почвы: 1) глубокая – вспашка на 20-22 см; 2) мелкая – рыхление на 10-12 см; 3) без осенней механической обработки (после уборки предшественников применялся гербицид сплошного действия «Торнадо» в дозе 3 л/га), весной осуществлялся прямой посев культуры.

Площадь делянок – 750 м². Повторность опытов – трехкратная.

Погодные условия в годы проведения исследований представлены по данным метеорологической станции «Усть-Кинельская». В 2020-2021 гг. сумма активных температур и количество выпавших осадков в период активной вегетации ярового ячменя были на уровне 2932 ºС и 146 мм при ГТК=0,5 характеризующим условия как засушливые. В 2022 г. температурный режим в летние месяцы был на уровне многолетней нормы с превышением количества осадков в июне на 14,9 мм, в июле – 12,1 мм при норме – 47 мм при ГТК=0,88 характеризующим условия как засушливые.

Таким образом, сложившиеся погодные условия в годы проведения исследований не совсем были благоприятными, так как не в полной мере соответствовали нормальному росту и развитию яровых зерновых культур.

Почвенные образцы отбирались в основные фазы роста и развития ярового ячменя – кущение, выход в трубку и колошение при их наступлении не менее чем у 75% растений и в фазу созревания зерна (его налив). Содержание нитратного азота в почве определялось дисульфофеноловым методом (Плешков Б. П. 1985). Содержание белка определяли по методике Осборна в модификации Х. Н. Починка (1976). Количественное содержание белка определялось колориметрическим методом по биуретовому методу с использованием реактива Бенедикта [11].

Учет урожая проводили путем сплошной уборки комбайном «TERRION» учетной площади делянок в фазу полной спелости зерна. Полученный урожай пересчитывали на 100% чистоту и 14% влажность.

Определение количества питательных веществ, выносимых из почвы рассчитывали по формуле: В = U × С, где В – это объем питательного вещества, изъятого из почвы урожаем (в килограммах на гектар); U – масса абсолютно сухого вещества собранного урожая (в центнерах на гектар); С – процентное содержание питательного элемента в абсолютно сухом веществе урожая [12].

Статистическую обработку данных проводили с вычислением средней величины, коэффициента вариации по методике Г. Н. Зайцева (1973), наименьшей существенной разницы (НСР) и коэффициентов корреляции по Б. А. Доспехову (1985) с использованием программных пакет Excel 2013 и Statistica 6.1 [12].

Результаты исследований. Главным показателем физического состояния почвы является плотность её сложения, которая выражается через объемную массу. В таблице 1 представлены результаты исследований плотности почвы под посевами ярового ячменя в зависимости от способов основной её обработки.

 

Таблица 1

Плотность сложения почвы (г/см³) под посевами ярового ячменя в зависимости от способов основной ее обработки, в среднем за годы исследований

Глубина слоя, см	Вспашка на 20-22 см	Рыхление на 10-12 см	Без осенней механической обработки	Вспашка на 20-22 см	Рыхление на 10-12 см	Без осенней механической обработки
	В период посева			Перед уборкой
0-10	0,95	0,91	1,07	1,07	1,08	1,10
10-20	0,97	1,24	1,28	1,28	1,30	1,29
20-30	1,24	1,25	1,31	1,31	1,32	1,30
0-30	1,06	1,13	1,22	1,22	1,23	1,23

 

Для получения высокой урожайности ярового ячменя важно создавать условия максимального накопления, сбережения и продуктивного использования почвенной влаги (табл. 2).

 

Таблица 2

Влажность почвы (%) под посевами ярового ячменя в зависимости от способов основной её обработки, в среднем за годы исследований

Глубина слоя, см	Вспашка на 20-22 см	Рыхление на 10-12 см	Без осенней механической обработки	Вспашка на 20-22 см	Рыхление на 10-12 см	Без осенней механической обработки
	В период посева			Перед уборкой
0-30	26,7	26,8	27,2	15,8	16,0	16,1
0-50	26,9	26,9	27,3	16,3	16,2	16,1
50-100	26,3	26,3	26,1	16,5	16,1	16,4
0-100	26,6	26,6	26,3	16,4	16,2	16,3

 

Исследованиями многих ученых установлено, что наибольшей продуктивности сельскохозяйственные культуры достигают при оптимальной плотности сложения пахотного слоя почвы, которая для чернозема обыкновенного находится в пределах для яровых колосовых (яровая пшеница, ячмень) – 1,0-1,2 г/см³ [13].

Результаты исследований показали, что плотность сложения почвы под посевами ярового ячменя не была постоянной и изменялась в течение вегетации культуры. Наименьшая ее величина наблюдалась после проведения обработки почвы и составляла в период посева ярового ячменя 1,06-1,22 г/см³, а затем под влиянием силы тяжести, выпадающих осадков и других факторов почва самоуплотнялась до равновесной величины и к периоду уборки составляла 1,22-1,23 г/см³. На варианте без осенней механической обработки почвы плотность пахотного слоя почвы не изменялась и находилась в пределах 1,22-1,23 г/см³ как перед посевом, так и перед уборкой. При этом плотность пахотного слоя почвы на всех вариантах опыта была оптимальной для ярового ячменя.

Таким образом, полученные оптимальные показатели плотности почвы под посевами ярового ячменя по всем вариантам основной обработки почвы благоприятствовали её водному, воздушному и тепловому режимам, и интенсивности протекания физико-химических и микробиологических процессов, что сказывалось на мобилизации питательных веществ, их доступности и использовании растениями.

В слоях почвы 0-30 и 0-50 см влажность почвы весной в период посева ярового ячменя была несколько выше на 0,4-0,5% на варианте без осенней механической обработки почвы, по сравнению с мелкой и глубокой обработками, что объясняется меньшим испарением влаги с поверхностного слоя почвы и удержанием ее в нижних слоях почвы за счет мульчирующего слоя из растительных остатков в виде стерни и измельченной соломы предыдущей культуры.

В метровом слое почвы влажность в период посева была практически одинаковой (26,6%) на всех вариантах основной её обработки, что указывало на отсутствие заметных различий по этому показателю.

К уборке ячменя влажность в метровом слое почвы значительно снизилась по сравнению весенними показателями и практически не различалась по вариантам опыта.

Таким образом, в переходной зоне различные способы и глубины основной обработки почвы под культурой яровой ячмень были равнозначны по влиянию на влажность метрового слоя почвы, что в свою очередь улучшало влагообеспеченность растений благодаря повышенной фильтрации, мощности корнеобитаемого слоя и способствовало уменьшению потерь воды на испарение.

Определение нитратного азота в пахотном слое почвы в зависимости от способов основной её обработки почвы проводилось в различные фазы развития растений ярового ячменя (табл. 3).

 

Таблица 3

Содержание нитратного азота (мг/кг) в слое почвы 0-30 см под растениями ярового ячменя в зависимости от способов основной обработки почвы, в среднем за годы исследований

Способы обработки почвы	Фазы развития растений
	Начало вегетации	Кущение	Выход в трубку	Налив зерна	Полная спелость
Вспашка на 20-22 см	13,24	12,63	11,68	13,54	13,06
Рыхление на 10-12 см	13,38	12,98	12,43	13,05	13,14
Без осенней механической обработки	12,48	11,86	10,81	13,10	12,60

Примечание. Дисперсионный анализ полученных в опыте данных по отдельным годам с расчетами НСР₀₅ подтвердил достоверность результатов опыта.

 

Содержание нитратного азота в почве в начале вегетации ярового ячменя изменялось по вариантам опыта от 12,48 до 13,38 мг/кг. Наибольшее значение нитратного азота отмечалось при вспашке и рыхлении, что на 0,76 и 0,90 мг/кг выше без осенней механической обработки почвы, что связано с тем, что посев в мульчирующий слой несколько замедлял процесс разложения органических остатков и выделения азота.

Наблюдая за динамикой содержания нитратного азота в почве по фазам развития ярового ячменя установлено, что не зависимо от способов основной обработки почвы данный показатель снижался от периода кущения к фазе полной спелости. После окончания вегетации растений почва при вспашке и рыхлении имела содержание нитратного азота несколько больше чем на варианте без осенней механической обработки.

В таблице 4 представлена урожайность зерна и соломы ярового ячменя, содержание азота и белка в зерне и соломе в зависимости от способов основной обработки почвы.

 

Таблица 4

Урожайность (т/га) зерна и соломы, содержание азота (%) в зерне и соломе, содержание белка (%) в зерне в зависимости от способов основной обработки почвы, в среднем за годы исследований

Способы обработки почвы	Урожайность зерна		Азот в зерне		Белок в зерне		Урожайность соломы		Азот в соломе
	т/га	V, %	%	V, %	%	V,%	т/га	V, %	%	V, %
Вспашка на 20-22 см	2,36	19,9	2,20	11,8	12,6	24,6	3,16	18,4	0,56	23,6
Рыхление на 10-12 см	2,23	18,8	2,15	10,3	12,2	23,2	3,03	19,5	0,50	23,2
Без осенней механической обработки	2,17	17,8	2,08	11,4	11,7	20,9	2,97	18,0	0,51	24,7
НСР05	0,12	–	0,09	–	–	–	0,10	–	0,05	–

 

Урожайность зерна и соломы ярового ячменя зависела от агротехнических показателей. В среднем за годы исследований урожайность зерна по вариантам опыта составляла 2,17-2,36 т/га, а соломы 2,97-3,16 т/га. Наибольшая урожайность как зерна, так и соломы была получена при вспашке, что на 4,1 и 6,0% выше по сравнению с рыхлением почвы и вариантом без осенней механической обработки почвы.

Исследуя содержание азота в зерне ярового ячменя при полной его спелости, следует отметить, что при вспашке и рыхлении почвы данный показатель был наибольшим – 2,21 и 2,19%, что на 0,16% выше по сравнению с вариантом без осенней обработки почвы. В соломе ярового ячменя азота накапливалось меньше и было в 4,0 раза ниже по сравнению с азотом зерна. При этом значения были сравнимы и по всем вариантам опыта данный показатель варьировал в пределах 0,50-0,56%.

Накопление белка в зерне изменялось по вариантам опыта в пределах 11,7-12,6%. Наибольшее его содержание отмечалось по вспашке – 12,6%, несколько ниже при рыхлении почвы – 12,2%, что было на 0,9 и 0,5% выше белковости зерна полученной на варианте без осенней обработки почвы.

Исходя из урожайности зерна и соломы, химического состава основной и побочной продукции, рассчитаны выносы азота с урожаем, соломой и зерном ярового ячменя в зависимости от способов основной обработки почвы и представлены в таблице 5.

 

Таблица 5

Вынос азота (кг/га) с урожаем, соломой и зерном ярового ячменя в зависимости от способов основной обработки почвы, в среднем за годы исследований

Способы обработки почвы	Вынос азота с урожаем, кг/га	Вынос азота соломой, кг/га	Вынос азота зерном, кг/га
Вспашка на 20-22 см	58,49	13,64	44,85
Рыхление на 10-12 см	53,51	11,51	42,00
Без осенней механической обработки	49,67	11,42	38,25

 

Наибольший вынос азота с урожаем отмечался при вспашке – 58,49 кг/га, что на 4,98 и 8,82 кг/га выше чем при рыхлении почвы и без осенней её обработки, соответственно. При этом вынос азота соломой при вспашке превышал показатели по сравнению с другими вариантами опыта на 2,13 и 2,22 кг/га, соответственно.

Наибольший вынос азота зерном – 44,85 кг/га отмечался также на варианте с применением вспашки, и был выше на 6,4 и 14,0% по сравнению с вариантами рыхлением и без осенней обработки почвы, соответственно.

После оценки таких параметров, как вынос азота урожаем, соломой и зерном, необходимо было изучить такие показатели как вынос азота с белком урожая, соломы и зерна (табл. 6).

 

Таблица 6

Вынос азота (кг/га) с белком урожая, зерна и соломы ярового ячменя в зависимости от способов основной обработки почвы, в среднем за годы исследований

Способы обработки почвы	Вынос азота с белком урожая, кг/га	Вынос азота с белком соломы, кг/га	Вынос азота с белком зерна, кг/га
Вспашка на 20-22 см	31,24	7,28	23,96
Рыхление на 10-12 см	29,27	6,30	22,97
Без осенней механической обработки	25,42	5,84	19,58

 

Вынос азота с белком урожая был наибольшим по вспашке – 31,24 кг/га, что на 1,97 и 5,82 кг/га выше чем при рыхлении почвы и без осенней ее обработки, соответственно. При этом вынос азота с белком соломы по вспашке составил – 7,28 кг/га и был выше по сравнению с другими вариантами на 0,98 и 1,44 кг/га, соответственно. Вынос азота с белком зерна по вариантам опыта был на уровне 20-24 кг/га. Наибольший вынос отмечался по вспашке – 23,96 кг/га, несколько ниже при рыхлении – 22,97 кг/га и наименьший при варианте без осенней механической обработки почвы – 19,58 кг/га.

Для оценки взаимосвязи между изучаемыми параметрами были рассчитаны коэффициенты корреляции, определена степень зависимости и построены уравнения регрессии (рис. 1-3).

 

Рис. 1. Уравнение регрессии по признаку: урожайность зерна (т/га) – вынос азота с зерном (кг/га)

 

Рис. 2. Уравнение регрессии по признаку: урожайность соломы (т/га) – вынос азота с соломой (кг/га)

 

Рис. 3. Уравнение регрессии по признаку: содержание белка в зерне (%) – вынос азота с белком урожая (кг/га)

 

Анализ взаимосвязи между урожайностью зерна ярового ячменя и выносом азота зерном выявило линейную зависимость, что соответствует сильной положительной корреляция между этими показателями (r = 0,96). Прямая положительная связь отмечена также между урожайностью соломы и выносом азота соломой (r = 0,96). Корреляционный анализ между процентным содержанием белка в зерне и выносом азота белком зерна составил r = 0,99 – сильная и прямая степень зависимости.

Заключение. Результаты исследований, полученные в среднем за три года (2020-2022 гг.) позволяют сделать следующие выводы:

1. оптимальная плотность сложения пахотного слоя почвы под посевами культуры для чернозема обыкновенного находилась в пределах – 1,0-1,2 г/см³ при глубокой и мелкой обработках почвы. На варианте без осенней механической обработки почвы плотность пахотного слоя почвы не изменялась и находилась в пределах 1,22-1,23 г/см³ как перед посевом, так и перед уборкой;
2. в слоях почвы 0-30 и 0-50 см влажность почвы весной в период посева ярового ячменя была несколько выше на 0,4-0,5% на варианте без осенней механической обработки почвы, по сравнению с мелкой и глубокой обработками. Влажность почвы в метровом слое почвы перед посевом ячменя была на уровне 26,6% на всех вариантах основной её обработки, и к уборке культуры влажность значительно снижалась;
3. наибольшие значения нитратного азота отмечались при вспашке и рыхлении, что на 0,76 и 0,90 мг/кг выше значений без осенней механической обработки почвы. После окончания вегетации растений почва при вспашке и рыхлении, имела остаток азота несколько выше чем без осенней механической обработки;
4. наибольшая урожайность ярового ячменя была получена при вспашке, что на 4,1 и 6,0% выше по сравнению с рыхлением почвы и вариантом без осенней обработки почвы. Содержание азота в зерне при вспашке и рыхлении почвы было наибольшим – 2,21 и 2,19%. При этом содержание белка было на уровне 12,6 и 12,2%, соответственно;
5. наибольшие выносы азота с урожаем (58,49 кг/га) и азота с белком (31,24 кг/га) отмечались при вспашке. Корреляционный анализ показал тесную взаимосвязь между урожайностью зерна и выносом азота с зерном (r = 0,96), урожайностью соломы и выносом азота с соломой (r = 0,94), содержанием белка в зерне и выносом азота с белком зерна (r = 0,99). Все выявленные зависимости характеризуются как сильные и прямые.

Об авторах

Наталья Павловна Бакаева

Самарский государственный аграрный университет

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

доктор биологических наук, профессор

Россия, Усть-Кинельский, Самарская область

Ольга Леонидовна Салтыкова

Самарский государственный аграрный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: saltykova_o_l@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9654-5950

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Россия, Усть-Кинельский, Самарская область

Список литературы

Дополнительные файлы