Эффективность минеральных и бактериальных удобрений на посевах пивоваренного ячменя в условиях Алтайского Приобья (стр. 1 )

На правах рукописи

ЛитвинцевА Татьяна Алексеевна

ЭФФЕКТИВНОСТЬ МИНЕРАЛЬНЫХ И БАКТЕРИАЛЬНЫХ

УДОБРЕНИЙ НА ПОСЕВАХ ПИВОВАРЕННОГО ЯЧМЕНЯ

В УСЛОВИЯХ АЛТАЙСКОГО ПРИОБЬЯ

Специальность 06.01.04 – Агрохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Барнаул 2008

Работа выполнена в ГНУ

Алтайский научно-исследовательский институт

сельского хозяйства СО Россельхозакадемии

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор,

кандидат сельскохозяйственных наук,

Ведущая организация: ГНУ Кемеровский научно-исследовательский институт

сельского хозяйства СО Россельхозакадемии

Защита состоится «20» ____марта_____ 2008 года в «9:00» часов на заседании диссертационного совета Д.220.002.01 в ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»

Адрес: г. Барна

Факс (38

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан «20» февраля 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор с.-х. наук,

профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Ячмень – важная зерновая культура. Использование его на кормовые, пищевые цели и в качестве незаменимого сырья для пивоваренной промышленности определяет его высокое производственное значение [Кривогорницын и др., 2005]. Получать высококачественный ячмень для пивоварения можно только при выполнении научно - обоснованной системы мероприятий, разработанной для каждой зоны с учетом её почвенных и климатических условий [Неттевич и др., 1991].

За гг. в крае проделана большая работа по расширению посевных площадей пивоваренного ячменя. Благодаря комплексу мероприятий по организации селекции сортов, первичного семеноводства и производства семян в базовых хозяйствах, площади посева пивоваренного ячменя постоянно растут, и в настоящее время этой культурой засевается более 170 тыс. га, из них 80 % занимает сорт Сигнал – созданный в АНИИСХ совместно с Сибирским НИИ растениеводства
и селекции.

Минеральные удобрения и другие средства химизации являются мощными общепризнанными факторами повышения продуктивности сельскохозяйственного производства. Однако эффективность их применения остается актуальной проблемой, поскольку она зависит от множества внутренних и внешних условий [Туликов, Сутягин, 2004].

Среди альтернативных источников азотного питания зерновых культур большой интерес представляют ассоциативные азотфиксирующие бактерии и созданные на их основе препараты. С получением сведений о существенной роли ассоциативной азотфиксации в азотном балансе почв и питании растений развиваются представления о возможности увеличения в сельскохозяйственном производстве доли этого экономически более дешевого и экологически безопасного источника азота. Биологическое земледелие, успешно развивающееся в ряде стран (США, Австралия, Франция, Германия и др.) имеет на вооружении чисто агрономические методы, которые направлены на максимальную стимуляцию жизнедеятельности микроорганизмов, в том числе и активацию азотфиксирующей способности.

Цель работы – дать теоретическое обоснование и разработать систему минерального питания пивоваренного ячменя основанную на применении как классических, так и новых видов минеральных удобрений в сочетании с биологическими средствами регулирования азотного режима почв.

Задачи исследований:

1.  Оценить роль предшественника в обеспечении пивоваренного ячменя основными элементами минерального питания.

2.  Изучить отзывчивость культуры на азотные, фосфорные и калийные удобрения при раздельном и совместном их внесении.

3.  Установить эффективность использования некорневых подкормок ячменя комплексным удобрением Акварин.

4.  Определить эффективность применения биопрепаратов на основе активных штаммов ассоциативных азотфиксирующих бактерий.

5.  Установить зависимость качества зерна от вида удобрения и уровня питания культуры.

6.  Дать экономическую оценку применению минеральных и бактериальных удобрений в технологии возделывания пивоваренного ячменя.

Научная новизна. Впервые в условиях Алтайского Приобья изучена реакция нового сорта пивоваренного ячменя Сигнал на комплексное применение минеральных и бактериальных удобрений. Определена зависимость урожайности и качества продукции от вида удобрения и уровня питания культуры. Установлена эффективность некорневой подкормки ячменя новым комплексным водорастворимым удобрением Акварин 13. Доказана целесообразность использования биопрепарата на основе ассоциативных азотфиксаторов для регулирования азотного питания пивоваренного ячменя.

Защищаемые положения:

1. В условиях Алтайского Приобья максимальный прирост урожая обеспечивается при внесении N90, но для получения качественного сырья доза внесения азотных удобрений под пивоваренный ячмень не должна превышать 45 кг д. в./га даже при очень низком содержании нитратного азота в почве.

2. Некорневая подкормка растений комплексным удобрением «Акварин 13» способствует повышению продуктивности ячменя, при этом максимальный эффект подкормки проявляется при низкой обеспеченности растений минеральным азотом.

3. Улучшение условий азотного питания пивоваренного ячменя возможно применением бактериального удобрения «Ризоэнтерин», под действием которого активизируется нитрогеназная активность в ризосфере ячменя, усиливаются ростовые процессы, и повышается урожайность культуры с сохранением качества зерна.

Практическая значимость. По результатам исследований разработаны и предложены для внедрения в производство эффективные технологии возделывания пивоваренного ячменя, включающие комплексное использование минеральных и бактериальных удобрений, обеспечивающие повышение урожайности на 20-30 % и получение качественной продукции. Материалы исследований использованы при разработке практических рекомендаций по возделыванию пивоваренного ячменя в Алтайском крае и могут быть использованы в учебном процессе сельскохозяйственных учебных заведений по агрономическим специальностям.

Апробация работы. Результаты исследований обсуждены на методических советах центра по земледелию АНИИСХ ( гг.), а также на научно-практических конференциях: международных (Алматы, 2000; Новосибирск, 2001, 2004; Москва, 2004, 2005; Барнаул, 2005), российских (Москва, 1998; Суздаль, 2000) и региональных (Новосибирск, 1998, 2000; Барнаул, 2000, 2002, 2005).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 18 печатных работах, в том числе 1 в журнале по списку ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 168 страницах, содержит 27 таблиц и 11 рисунков. Состоит из введения, 4 глав, выводов, предложения производству и 23 приложений. Список литературы включает 247 наименований, в том числе 39 на иностранных языках.

* * *

Автор выражает благодарность своему научному руководителю, доктору с-х. наук, Петру Рейнгольдовичу Шотту за консультации при проведении исследований и работе над диссертацией; коллективу лаборатории агрохимии и экологии АНИИСХ, за помощь при проведении экспериментов; Людмиле Ивановне Костровой и коллективу лаборатории оценки качества зерна, за помощь в определении качественных показателей ячменя.

МЕТОДика И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Диссертационная работа выполнена на основе обобщения материалов исследований автора за гг. и гг., проведенных в ГНУ АНИИСХ (АНИИЗиС) по заданиям тематического плана НИР СО Россельхозакадемии и заданиям Главного управления сельского хозяйства администрации Алтайского края, при финансовой поддержке пивоваренный завод».

Для решения поставленных задач в условиях Алтайского Приобья были проведены следующие полевые опыты:

Опыт I. «Влияние минеральных удобрений на урожайность и качество зерна пивоваренного ячменя» ( гг.). Схема опыта: 1. Без удобрений; 2. N45; 3. N45К30; 4. N45К60; 5. N90; 6. N90К30; 7. N90К60; 8. N135К60 накладывалась на 3 фона: Р0, Р20 (рядковое), Р60 (основное) + Р20 (рядковое). Удобрения вносились вручную с заделкой в слой почвы 5-10 см. Площадь главной делянки (фосфорный фон) – 16 м2, субделянки (азотные и калийные удобрения) – 2 м2, учетная – 1 м2.

Опыт II. «Эффективность Ризоэнтерина на посевах пивоваренного ячменя» ( гг.). Схема опыта: 1. Без удобрений; 2. Ризоэнтерин; 3. Ризоэнтерин + N45P80K60; 4. N45P80K60. Бактериальное удобрение применялось путем инокуляции семян водной суспензией торфяного препарата в день посева. Минеральные удобрения в виде Naa, Рсд и Кх вносились вручную под предпосевную культивацию. Размер опытной делянки 30-45 м2. Предшественник – яровая пшеница. В гг. были заложены дополнительные опыты по предшественникам: суданской траве (на семена) и гороху.

Опыт III. «Влияние комплексного удобрения Акварин 13 на урожайность и качество зерна пивоваренного ячменя» ( гг.). Схема опыта: 1. Без удобрений; 2. Акварин 13; 3. N30; 4. N30 + Акварин 13; 5. N60; 6. N60 + Акварин 13. Удобрения вносили вручную: азотные (Naa) под предпосевную культивацию, Акварин – в фазу начала выхода в трубку, ранцевым опрыскивателем в дозе 1 кг/га, при норме рабочего раствора 300-400 л/га. Площадь делянки 41 м2. Предшественник – яровая пшеница. Повторность во всех опытах 4-кратная,

Методика учетов и наблюдений. Наблюдения за водным режимом почвы и обеспеченностью растений подвижными формами основных элементов питания проводили в начале и конце вегетации, а также по фенологическим фазам развития растений. Образцы почвы для определения влажности отбирали до глубины 100 см, нитратный азот определялся в слое 0-40 см, содержание подвижных форм фосфора и калия – в слое 0-20 см.

Влажность почвы определялась весовым методом, содержание подвижного фосфора и обменного калия – по методу Чирикова, в 0,5н СН3СООН с последующим определением Р2О5 колориметрически, в модификации Дениже, К2О – на пламенном фотометре. Содержание N-NO3 определяли ион-селективным методом, рНсол – по Алямовскому [Практикум по агрохимии, 1989].

Динамику накопления биомассы и количество потребляемых элементов питания растениями ячменя определяли по общепринятым методикам [Руководство …, 1982].

Эффективность бактериальных удобрений (опыт II) оценивали по продуктивности растений, качеству зерна и нитрогеназной активности в ризосфере ячменя, которую определяли методом ацетиленредукции на газовом хроматографе ЛХМ-4.

Урожай учитывали сплошным методом, прямым комбайнированием (САМПО 130), с определением влажности и засоренности зерна и последующим пересчетом на 14% влажность и 100% чистоту. Соотношение между зерном и соломой определяли по пробным снопам, которые подвергали структурному анализу с последующим обмолотом. В микрополевых опытах учет урожая проводили только сноповым методом, с площади 1 м2.

Почва опытного участка: чернозем обыкновенный маломощный малогумусный среднесуглинистый, является типичной для зоны. Пахотный слой характеризуется нейтральной реакцией среды (рНсол 6,8), содержанием гумуса 4,7-4,9 %, фосфора – от среднего до высокого, калия – высоким. Обеспеченность растений нитратным азотом зависела от складывающихся условий года и предшествующей культуры.

Период проведения исследований характеризовался различными погодными условиями: из восьми лет неблагоприятными по режиму увлажнения следует считать 1997, 1999 и 2003 гг. Погодные условия 1996, 2000 и 2004 гг. соответствовали биологическим требованиям ячменя и в целом способствовали реализации потенциальной продуктивности культуры. Неблагоприятные метеоусловия в критические периоды развития пивоваренного ячменя в 1998 и 2005 гг. негативно отразились на росте и развитии растений, хотя по средним показателям температуры воздуха и общему количеству осадков эти годы можно в целом считать благоприятными.

По классификации гидрометеослужбы, вегетационные периоды 1997, 1999 и 2003 гг. (ГТК = 0,92, 0,90 и 0,77 соответственно) характеризуются как засушливые; 1998, 2004 и 2005 гг. (ГТК = 1,28, 1,15 и 1,33, соответственно) – как достаточно увлажненные, а 1996 и 2000 гг. (ГТК = 1,40 и 1,42, соответственно) – хорошо увлажненные.

Результаты исследованиЙ

Нарастание биомассы и продуктивность растений при внесении минеральных удобрений. Исследования показали, что заметное влияние минеральных удобрений на формирование биомассы начинает проявляться в конце кущения – начале выхода в трубку. Максимальный прирост фитомассы в фазу трубкования наблюдался в наиболее благоприятном по режиму увлажнения 1996 году: удобренные посевы (N90P80K60) формировали на 59% больше сухого вещества. Положительное влияние удобрений, на рост растений, шло по нарастающей - до фазы «молочная спелость», дополнительный сбор сухого вещества, в этот период, составил: 5,76 т/га или +83% к контролю. В конечном итоге, на момент уборки урожая, биомасса ячменя на варианте N90P80K60 составляла 195% по отношению к не удобренным растениям.

Неблагоприятные погодные условия последующих двух лет привели к снижению эффективности минеральных удобрений. Тем не менее, их применение заметно улучшало ростовые процессы растений. В 1997 году максимальная эффективность удобрений проявилась на поздних этапах онтогенеза, и к уборке удобренные растения сформировали на 49% больше сухого вещества, чем контрольные посевы. Напротив, в 1998 году эффективность удобрений к концу вегетации снизилась по сравнению с начальными фазами онтогенеза и составила только 23-28 %.

Тем не менее, независимо от режима увлажнения вегетационного периода, применение минеральных удобрений в дозах N90P80K60 способствует значительному улучшению роста растений ячменя. Начиная с фазы выхода в трубку и до момента уборки, дополнительный прирост биомассы составляет 47-63 % (в среднем за три года) (рис. 1).

Рис. 1. Динамика нарастания надземной массы ячменя в среднем за гг.

Усиление ростовых процессов удобренных посевов ячменя напрямую связано с улучшением минерального питания растений. Показано, что уже в фазу кущения, удобренные посевы потребляют на 25-32 % больше элементов питания, чем не удобренные посевы. На конечном этапе онтогенеза эта разница составляет 68-97 %, причем в наибольшей степени увеличивается потребление азота (+50 кг/га или 97%).

В конечном итоге, улучшение ростовых процессов за счет оптимизации минерального питания приводит к значительному росту продуктивности культуры.

Наибольшее влияние на формирование зерновой продуктивности ячменя оказывают погодные условия года. Анализ трехлетних данных показал, что изменчивость урожайности на 61% обусловлена именно условиями вегетационного периода. Тем не менее, улучшение минерального питания способствует значительному увеличению продуктивности пивоваренного ячменя. Так, в зависимости от года исследования, максимальная прибавка от применения минеральных удобрений составляла: 2,12 т/га или +105% (1996 г.), 1,07 т/га или +71% (1997 г.), 0,74 т/га или +42% (1998 г.). При этом наибольшее влияние на урожайность культуры оказывали азотные удобрения (табл. 1). Их применение в дозе 45 кг д. в./га увеличило урожайность в среднем за три года на 0,28 т/га (+15,1%). Увеличение дозы до 90 кг д. в./га повышает продуктивность на 0,67 т/га (+36,0%), а дальнейшее увеличение нормы внесения азотных удобрений оказывается неэффективным.

Таблица 1 – Зависимость урожайности ячменя от условий года и уровня питания культуры (в среднем по фактору), т/га

Условия года (фактор А)	Фосфорное питание (фактор В)	Азотно-калийное питание (фактор С)
1996 г.	3,23	Р0	2,27	Без удобрений	1,86
N45	2,14
N45K30	2,29
1997 г.	1,92	Р20	2,45	N45K60	2,38
N90	2,53
N90K30	2,64
1998 г.	2,16	Р60+20	2,59	N90K60	2,80
N135K60	2,86
НСР05	0,05		0,05		0,08

Положительно сказывается на урожайности ячменя совместное внесение азотных и калийных удобрений. В среднем за три года получена достоверная прибавка от применения калийных удобрений как при дозе К30, так и при удвоении нормы внесения. Рядковое внесение фосфорных удобрений при посеве в дозе Р20 увеличивает урожайность в среднем на 7,9 %, основное внесение Р60 по этому фону повышает эффективность до 14,1%.

Качество пивоваренного ячменя в зависимости от уровня питания растений. Проведенные исследования показали, что с ростом урожайности ячменя, при использовании минеральных удобрений, наблюдается увеличение содержания белка в зерне при внесении азотных удобрений в дозах N90-135 (рис. 2). При этом отмечено, что фосфорные и калийные удобрения не влияют на белковость зерна. Таким образом, использование азотных удобрений в дозе свыше 45 кг д. в./га способствует формированию зерна ячменя с повышенным содержанием белка (12,7-13,6 %). При этом отмечается ухудшение других пивоваренных качеств зерна. В частности, снижается содержание крахмала до 58,1-57,8% и уменьшается выход экстрактивных веществ до 75,9 %, а другие показатели (крупность, энергия прорастания, жизнеспособность и пленчатость зерна) варьируют слабо. В отличие от белка, содержание крахмала и выход экстракта изменяются также под действием фосфорных удобрений.

Рис. 2. Влияние азотных и калийных удобрений на урожайность

и содержание белка в зерне пивоваренного ячменя

Дисперсионный анализ показал, что наибольшее влияние на изменчивость основных пивоваренных свойств (содержание белка, крахмала и экстрактивность) оказывают азотно-калийные удобрения, доля влияния которых, в зависимости от признака, составляет 31-37 % от общего влияния изучаемых факторов (рис. 3).

Большой вклад в изменчивость качественных показателей вносят также условия года, под которыми следует рассматривать температурный и водный режим вегетационного периода и соответственно складывающаяся в зависимости от этого обеспеченность растений нитратным азотом. Значимое взаимодействие факторов по влиянию на качественные показатели отмечается между условиями года и азотно-калийными удобрениями. Масса 1000 зерен также в большей степени изменялась в зависимости от условий года.

Регулирование продуктивности растений и качества зерна комплексным применением минеральных и бактериальных удобрений. Контрастные погодные условия в годы исследований определили различное влияние предшественников на азотфиксирующую активность ризосферы ячменя. Так, в достаточно увлажненном 1998 году большей активностью нитрогеназы отличались посевы ячменя идущие по зернобобовому предшественнику, в сравнении с посевами по суданской траве.

Белок	Крахмал

Экстрактивность Масса 1000 зерен

Рис. 3. Доля влияния изучаемых факторов на изменение основных

пивоваренных качеств зерна ячменя, %

По отношению к зерновому предшественнику (пшенице) различия были в рамках разрешающей способности опыта.

Показано, что применение Ризоэнтерина наиболее эффективно на ячмене, высеваемом после пшеницы. Так, в ряду: пшеница – суданка – горох нитрогеназная активность от инокуляции увеличивается на 82, 63 и 30%, соответственно. При этом на фоне минеральных удобрений эффективность Ризоэнтерина снижается до 59 % после пшеницы, а различия по другим предшественникам (гороху и суданской траве) – не достоверны (табл. 2).

В 1999 году, в отличие от предыдущего, различия по азотфиксирующей активности ризосферы ячменя, возделываемого по различным предшественникам, были недостоверны. Кроме того, не было зафиксировано и положительного влияния Ризоэнтерина на азотфиксирующую активность, за исключением посевов ячменя по суданской траве в фазу колошения (+34 %).

Таблица 2 – Нитрогеназная активность ризосферы ячменя в зависимости от предшественника и уровня минерального питания (1998 г.), нМ С2Н4/раст.· ч

Удобрение (фактор В)	Предшественник (фактор А)	Средние (В)
пшеница	суданка	горох
Кущение (8.06) (В) Fф<F05
Без удобрений	23,7	16,1	29,0	22,9
Ризоэнтерин	22,6	22,6	36,6	27,2
N45P80K60	32,3	18,3	34,4	28,3
N45P80K60+Ризоэнтерин	34,4	16,1	36,6	29,0
Средние (А) НСР05=14,5	28,2	18,3	34,1	26,9
НСР05 для частных различий: (А) = 17,5; (В) - Fф<F05
Выход в трубку (28.06) НСР05 (В) = 19,0
Без удобрений	45,2	40,9	47,3	44,4
Ризоэнтерин	62,4	64,5	66,7	64,5
N45P80K60	53,8	43,0	55,9	50,9
N45P80K60+Ризоэнтерин	60,2	47,3	62,4	56,6
Средние (А) Fф<F05	55,4	48,9	58,1	54,1
НСР05 для частных различий: (А) - Fф<F05; (В) = 22,5
Колошение (7.07) НСР05 (В) = 30,1
Без удобрений	59,1	54,8	84,9	66,3
Ризоэнтерин	107,5	89,2	110,7	102,5
N45P80K60	74,2	59,1	94,6	76,0
N45P80K60+Ризоэнтерин	118,3	84,9	104,3	102,5
Средние (А) НСР05=23,5	89,8	72,0	98,6	86,8
НСР05 для частных различий: (А) = 25,1; (В) = 34,2

Эффективность изучаемых удобрений слабо зависела от условий года и предшественника, тем не менее, бактериальное удобрение обеспечивает максимальный эффект после пшеницы (17%), а ячмень, возделываемый по суданской траве, лучше отзывается на совместное применение бактериальных и минеральных удобрений (23%) (табл. 3).