Азотный режим чернозема выщелоченного при дифференцированном внесении удобрений с использованием систем спутниковой навигации

В данной статье представлены результаты динамики нитратного азота, его вариабельности по элементарным участкам поля в слое почвы 0–40 см в период вегетации яровой пшеницы в условиях Западной Сибири. Влияние дифференцированного внесения азотных удобрений в режиме off-line на выравненность и снижение внутрипольной вариабельности до 8,6 % по его содержанию.

Ключевые слова: нитратный азот, чернозем выщелоченный, дифференцированное внесение удобрений, элементарные участки, режим of-line, спутниковые навигационные системы, продуктивность агроценозов

Азот занимает ведущую роль в формировании продуктивности агроценозов. Культурные растения потребляют из почвы азот в виде аммиачных, нитратных и нитритных солей. В черноземных почвах Западной Сибири основной формой потребления азота из почвы считается нитратный азот [5,6,7].

Внесение минеральных удобрений с учетом биологических особенностей сельскохозяйственных культур, содержания элементов питания в почве повышает их эффективность. Однако в условиях Тюменской области ярко выражена внутрипольная гетерогенность почв по плодородию [1,2,4,3]. Данную особенность содержания элементов питания по микроучасткам поля отмечал основоположник отечественной агрохимии, академик Д. Н. Прянишников: «Определение содержания в почвах подвижных форм азота, фосфора и калия может быть использовано для дифференцировки доз и соотношений азотистых, фосфорнокислых и калийных удобрений, вносимых под одну и ту же культуру, в одном и том же поле севооборота, но на участке поля, различающимся по почвенным условиям…. Отсюда большое значение приобретает разнообразные способы учета этих изменяющихся во времени и пространстве свойств почвы в целях наиболее эффективного применения удобрений» [8].

Товаропроизводители в настоящее время вносят минеральные удобрения дифференцированно, но только по полям севооборота в усредненной форме. Технические средства, геоинформационные технологии позволяют перейти на новый уровень эффективного применения удобрений.

Целью нашей работы является: установить влияние дифференцированного внесения азотных удобрений по элементарным участкам на урожайность яровой пшеницы и азотный режим чернозема выщелоченного.

Почвенно-климатические условия и методика проведения опыта.

Почва опытного участка чернозем выщелоченный. Содержание гумуса в слое 0–30 см варьирует от 7,65 до 9,05 %. Валовое содержание азота — 0,43–0,44 %. Сумма обменных оснований высокая — 31,4–34,0, гидролитическая кислотность — 3,5–3,8 мг.-экв/100 г почвы. Плотность сложения пахотного слоя — 1,07–1,25 г/см³.

Климат в северной лесостепи континентальный, характеризуется холодной, продолжительной зимой и коротким умеренно жарким летом. Среднегодовое количество осадков 405 мм, из них 212 мм выпадает за вегетационный период. Сумма эффективных температур выше 5С колеблется в пределах 1900–2050С [9].

Вегетационный период исследований характеризовался разнообразными погодными условиями по месяцам, типичными для Западной Сибири. В 2015 году с мая по август выпало 278 мм осадков, среднесуточная температура воздуха составляла 18,9 °С, за период вегетации ГТК составил 1,0, что свидетельствует о достаточном увлажнении, расход влаги равен ее приходу, год был благоприятным для возделывания сельскохозяйственных культур. В 2016 году с мая по август выпало 149,8 мм осадков, среднесуточная температура воздуха составляла 14,9 С, ГТК-0,7, что свидетельствует о недостаточном увлажнении. В целом вегетационный период для роста и развития сельскохозяйственных культур был удовлетворительным.

1 — контроль (без внесения минеральных удобрений);

2 — внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность яровой пшеницы 3,0 т/га с учетом среднего значения содержания азота на поле «хозяйственная доза» (традиционный способ внесения);

3 — дифференцированное внесение азотных удобрений по элементарным участкам на планируемую урожайность яровой пшеницы 3,0 т/га с учетом содержания элементов питания по элементарным участкам поля.

В каждом варианте было по 4 элементарных участка, которые размещались последовательно. Опыт заложен в производстве с применением широкозахватного посевного комплекса John Deere 730. Все наблюдения проводили в 3-х кратной повторности в каждом элементарном участке.

Аналитические работы выполнялись в лабораториях Агробиотехнологического центра ГАУ Северного Зауралья согласно ГОСТов и общепринятых методик.

Обсуждение результатов.

При закладке опыта поле было оцифровано в программе Mapinfo, разбито на элементарные участки с присвоением порядкового номера. Созданный файл в формате KML экспортировали в бортовой навигационный компьютер (БНК) «Агронавигатор». При агрохимическом обследовании поля отображалась траектория движения автомобиля внедорожника с автоматическим пробоотборником и фиксировались точки отбора почвенных проб.

Результаты исследований показали, что содержание нитратного азота перед посевом яровой пшеницы по элементарным участкам колебалось в 2015 г от 6,7 до 17,9 мг/кг почвы, в 2016 — от 8,1 до 16,8 мг/кг в слое 0–40 см, что соответствовало низкой, средней и высокой степени обеспеченности культурных растений.

Вариабельность содержания нитратного азота в слое почвы 0–40 см азота в среднем за 2 года перед посевом яровой пшеницы по элементарным участкам составила на контрольном варианте — 26,4 %, при традиционном способе внесения минеральных удобрений — 19,7 %, и дифференцированном способе — 30,0 % (табл. 1). Не выравненность содержания нитратного азота по элементарным участкам объясняется причиной антропогенного характера — неравномерным внесением органических удобрений в предыдущие годы, а также рельефом поля.

Таблица 1

V* — вариабельность, %;

N-NO₃** — нитратный азот, мг/кг почвы

Дифференцированное внесение аммиачной селитры посевным комплексом в режиме off-line позволило выровнять содержание N-NO₃ по элементарным участкам. Так, если пространственная вариабельность содержания нитратного азота в среднем за 2 года на варианте без внесения минеральных удобрений снизилась от посева к уборке лишь на 6,8 %, то при дифференцированном внесении аммиачной селитры на планируемую урожайность яровой пшеницы 3,0 т/га с учетом содержания N-NO₃ в почве по элементарным участкам на 16,9 %. Внесение средней дозы азотных удобрений (традиционный способ) даже увеличивало пространственную вариабельность содержания N-NO₃ в слое 0–40 см к уборке яровой пшеницы на 4,4 %. Данная закономерность снижения пространственной вариабельности по содержанию нитратного азота в почве при дифференцированном внесении аммиачной селитры ярко прослеживалось в 2016 году (табл. 2). Локальное внесение аммиачной селитры посевным комплексом John Deere на планируемую урожайность яровой пшеницы 3,0 т/га по элементарным участкам позволило снизить вариабельность содержания N-NO₃ с 35,2 % при посеве до 24,8 % — в фазе кущения и до 8,6 %– к уборке.

Таблица 2

Динамика нитратного азота (мг/кг почвы) впериод вегетации яровой пшеницы по элементарным участкам, 2016г.

Усредненная же норма аммиачной селитры на все поле (традиционный способ внесения минеральных удобрений) приводит к увеличению пространственной вариабельности содержания N-NO₃ с 18,8 % при посеве, до 38,2 % — к уборке. При этом, колебания в содержании нитратного азота в почве по элементарным участкам поля к периоду завершения вегетации культурных растений на 2 варианте составляли от 7,4 до 15,6 мг/кг почвы, а при дифференцированном внесении удобрений — от 10,3 до 11,7 мг/кг почвы.

Эффективность использования спутниковых навигационных систем при внесении минеральных удобрений в земледелии следует оценивать с учетом экономии финансовых, материальных ресурсов и влиянием на продуктивность агроценозов [10]. Опыты показали, что в 2015 году получена близкая к планируемой урожайность яровой пшеницы. Даже при снижении нормы аммиачной селитры на 10–15 % при дифференцированном внесении азотных удобрений урожайность яровой пшеницы составила 3,14 т/га и была выше варианта с традиционным способом внесения удобрений на 0,13 т/га. При себестоимости 1 тонны зерна 5467 рублей с традиционным внесением аммиачной селитры рентабельность производства его составила 46 %, а с дифференцированным внесением удобрений по элементарным участкам — 56 %. Однако, в 2016 году научно — производственный опыт дифференцированного внесения азотных удобрений не обеспечил рост урожайности яровой пшеницы относительно традиционного способа. Урожайность яровой пшеницы при дифференцированном внесении аммиачной селитры на планируемую урожайность 3,0 т/га составила 3,81 т/га, что выше планируемой на 27 %, но была ниже варианта усреднённой нормы минеральных удобрений на 0,69 т/га. Причиной этому явилось неравномерное внесение органических удобрений в производственных условиях и особенности рельефа — вариант традиционного способа внесения охватывал большую часть понижения поля, что обеспечивало более благоприятное увлажнение культурных растений. Ранее проведённые исследования на данном поле в 2012–2014 гг. подтверждают данное явление [10]. Так, в фазу кущения яровой пшеницы на варианте с традиционным способом внесения минеральных удобрений — в 2013 году содержалось продуктивной влаги в метровом слое больше на 20 мм, а в 2014 году на 69 мм, чем на элементарных участках с дифференцированным внесением минеральных удобрений. Этот факт ещё раз говорит о том, что при внесении минеральных удобрений с использованием спутниковой навигационной системы следует учитывать и другие факторы почвенного плодородия, которые могут находиться в минимуме. В наших опытах это обеспеченность продуктивной влагой в период вегетации культурных растений.

Заключение

Дифференцированное внесение азотных удобрений при посеве в режиме off-line по элементарным участкам с использованием спутниковых навигационных систем приводит к оптимизации минерального питания культурных растений. Содержание нитратного азота в слое 0–40 см по элементарным участкам к уборке выравнивается до 9,7–11,7 мг/кг почвы, а пространственная вариабельность его содержания в почве снижается до 8,6 %.

Дифференцированное внесение азотных удобрений на планируемую урожайность приводило к снижению нормы аммиачной селитры на 10–15 % по элементарным участкам поля и обеспечивало рост урожайности яровой пшеницы на 10 % по сравнению с традиционным способом внесения минеральных удобрений. Однако, для эффективного использования дифференцированного внесения минеральных удобрений следует учитывать и другие факторы почвенного плодородия (такие, как состояние увлажнения).

1. Абрамов Н. В. Агрохимия в системе точного земледелия /Сохранение и развитие агрохимического наследия академика Д. Н. Прянишникова в Сибири // VII Сибирские агрохимические Прянишниковские чтения. Новосибирск. 2015. — С. 147–157.
2. Абрамов Н. В. Внесение минеральных удобрений с использованием космических систем / Н. В. Абрамов, С. А. Семизоров, С. В. Шерстобитов // Мир инноваций, 2015. № 2. — С. 9–18.
3. Абрамов Н. В. Земледелие с использованием космических систем / Н. В. Абрамов, С. А. Семизоров, С. В. Шерстобитов // Земледелие, 2015. № 6. — С. 13–18.
4. Абрамов Н. В. Земледелие с использованием спутниковых навигационных систем/ Земледелие и селекция сельскохозяйственных растений на современном этапе / Н. В. Абрамов, С. А. Семизоров, С. В. Шерстобитов // Международная научно — практическая конференция. Казакстан. Астана — Шортанды. 2016. — С. 3–15.
5. Гамзиков Г. П. Азот в земледелии Западной Сибири / — М.: Наука, 1981. — 268 с.
6. Надежкина Е. В. Дополнительное использование азота почвы в привнесении азотных удобрений / Агрохимия. 2006. № 3. — С. 5–13.
7. Назарюк В. М. Баланс и трансформация азота в агроэкосистемах / В. М. Назарюк // — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. — 257 с.
8. Прянишников Д. Н. Избранные сочинения. Т.1 — М.: Колос, 1965. — 721 с.
9. Иваненко А. С. Агроклиматические условия Тюменской области / А. С. Иваненко, О. А. Кулясова // Учебное пособие. Тюмень: ТГСХА, 2008. — 206 с.
10. Шерстобитов С. В. Дифференцированное внесение азотных удобрений с использованием систем спутниковой навигации: автореферат для... канд. с. — х. наук. М., 2015. — 22 с.