Биогенный вынос питательных веществ пшеничного агрофитоценоза в условиях лесостепной зоны Зауралья

Аграрный вестник Урала № 1 (119), 2014 г.

Агрономия ЩР

УДК 631.81.036

БИОГЕННЫИ ВЫНОС ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ ПШЕНИЧНОГО АГРОФИТОЦЕНОЗА В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ЗАУРАЛЬЯ

Д. И. ЕРЁМИН,

доктор биологических наук, профессор, В. А. КОНИЩЕВА,

кандидат сельскохозяйственных наук, преподаватель, Государственный аграрный университет Северного Зауралья

Ключевые слова: минеральные удобрения, яровая пшеница, агрофитоценоз, сорняки, биогенный вынос.

Сорняки обладают очень высокой экологической пластичностью и способны выживать практически в любых условиях. С появлением новейших средств защиты растений проблема засоренности так и не была устранена. Отказ от севооборотов и переход на минеральную систему удобрений требует особого подхода при выращивании зерновых культур и выбору системы защиты растений. Необходимо учитывать, что сорный компонент в фитоценозах способен более эффективно потреблять воду и питательные вещества по сравнению с культурными растениями. Для составления баланса питательных веществ в системе «почва-фитоценоз» нужно знать биогенный вынос NPK сорной растительностью. В результате исследований было установлено, что в лесостепной зоне Зауралья вынос элементов питания на низком агрофоне составляет: азот и калий — 0,8; фосфор — 0,3 кг/га. Внесение минеральных удобрений увеличивает потребление питательных веществ сорняками в 8-10 раз. Столь большие потери обусловлены не только увеличением воздушно-сухой массы сорняков с 7,8 до 43,2 г/м2, но и изменением содержания элементов питания в их надземной массе в 1,5-2,0 раза при использовании минеральных удобрений. Внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность яровой пшеницы до 4,0 т/га зерна не приводит к увеличению засоренности. Удельный вес сорных растений не превышает 1,5 % от агрофитоценоза. Дальнейшее повышение уровня минерального питания приводит к увеличению данного показателя до 2,9 %. Внесение возрастающих доз минеральных удобрений способствует увеличению содержания азота в доминирующих сорняках пшеничного фитоценоза с 0,70 до 1,07 %; фосфора — с 0,53 до 0,85 %. Содержание калия в меньшей степени зависит от уровня минерального питания — на удобренных вариантах данный показатель варьирует от 0,61 до 0,72 %.

BIOGENIC REMOVAL OF NUTRIENTS OF WHEATEN AGROPHYTOCENOSIS IN THE FOREST-STEPPE ZONE OF THE URALS

D. I. ERYOMIN,

doctor of biological sciences, professor, V. A. KONISHCHEVA,

candidate of agricultural sciences, lecturer, State agrarian university of the Northern Urals

Keywords: mineral fertilizers, spring wheat, agrophytocenosis, weeds, biogenic removal.

Weeds possess a very high ecological plasticity and are capable to survive practically in any conditions. With the launch of the newest plant protectors, the problem of a contamination has not been eliminated. Refusal of crop rotations and transition to mineral system of fertilizers demand a special approach to cultivation of grain crops and to a choice of protection system for plants. It is necessary to remember that the weed component in fitocenosis is capable to consume more water and nutrients than cultural plants. For drawing up a balance of nutrients in "soil-fitocenosis" system it is necessary to know biogenic removal of NPK by weed vegetation. As a result of researches it has been established, that in a forest-steppe zone of the Urals the removal of food elements on a low agrobackground makes: nitrogen and potassium — 0.8; phosphorus — 0.3 kg/hectares. Application of mineral fertilizers increases consumption of nutrients by weeds by 8-10 times. So big losses are caused not only by air-dry weight of weeds increase from 7.8 to 43.2 g/m2, but also by a change of the content of nutrients in their overground weight by 1.5-2.0 times when mineral fertilizers are applied. The application of mineral fertilizers on the planned yield of spring wheat up to 4.0 t/ha of grain does not increase the debris. Specific weight of weeds does not exceed 1.5 % of agrophytocenosis. Further increase of mineral nutrition leads to increase up to 2.9 %. Adding increasing doses of fertilizers increases the nitrogen content of the dominant weeds of wheat phytocenosis from 0.70 to 1.07 %, phosphorus — from 0.53 to 0.85 %. The potassium content is less dependent on the level of mineral nutrition, on the fertilized variants this figure varies from 0.61 to 0.72 %.

Положительная рецензия представлена Л. Н. Скипиным, доктором сельскохозяйственных наук, профессором, заведующим кафедрой безопасности жизнедеятельности и охраны окружающей среды Тюменского государственного архитектурно-строительного университета.

Агрономия

В настоящее время сельское хозяйство претерпевает существенные изменения в структурной организации предприятий, что неминуемо отражается на системе земледелия, включающую в себя обработку почвы, минеральные удобрений, ядохимикаты. Появление хозяйств с узкой специализацией, занимающихся только растениеводством или животноводством привело к тому, что товаропроизводитель начал отказываться от севооборотов, являющихся центральным звеном всей системы земледелия. На смену научно-обоснованного чередования культур пришли средства химизации, успешно справляющиеся с засоренностью, вредителями и болезнями. Повышение урожайности сельскохозяйственных культур обеспечивается минеральными удобрениями. Однако необходимо помнить, что сорняки обладают более высокой экологической пластичностью по сравнению с культурными растениями и способны не только выживать в любых условиях, но и успешно конкурировать с ними в агрофитоценозах [1, 2].

Нерациональное применение минеральных удобрений зачастую приводит к вспышкам засоренности, с которыми гербициды не справляются. Помимо этого часть вносимых туков поглощается сорняками, что негативно отражается на питательном режиме культурных растений. Научно-обоснованное использование удобрений позволяет повысить конкурентную способность зерновых культур и получить экологически чистую продукцию [3]. Для разработки системы удобрений необходимо учитывать потребление питательных веществ не только культурной растительностью, но и сорным компонентом. Это дает возможность прогнозировать расход средств химизации в хозяйстве и существенно снизить себестоимость получаемой продукции.

Целью наших исследований являлось изучение биогенного выноса питательных веществ сегетальной флорой, как важнейшего фактора усовершенствования приемов борьбы с сорняками и управления продукционным процессом сельскохозяйственных культур.

Условия проведения опыта. Для достижения поставленной цели в 2009-2011 гг. проводились исследования на стационаре кафедры почвоведения и агрохимии ФГБОУ ВПО «ГАУ Северного Зауралья». Почва опытного участка маломощный, тяжелосуглинистый чернозем выщелоченный, с типичными для Западной Сибири признаками и свойствами [4, 5].

Исследования проводили в зерновом с занятым паром севообороте (однолетние травы, пшеница, овес). Агротехника применялась традиционная для лесостепной зоны Зауралья. Схема опыта включала 5 вариантов из расчета доз удобрений на планируемую урожайность яровой пшеницы и овса 3,0; 4,0; 5,0 и 6,0 т/га зерна. В качестве контроля использовался вариант без внесения удобрений. Из минеральных удобрений применяли аммиачную селитру с содержанием азота 34,5 % и аммофос, где на азот ифосфор приходилось 12 и 52 % соответственно. Удобрения вносились под предпосевную культивацию. Размещение делянок последовательное, в 4-кратном повторении.

Распределение

Учет фитомассы яровой пшеницы и сорных растений проводился весовым методом в период полной спелости в 6-кратной повторности. Лабораторные анализы растений проводились в лаборатории при кафедре почвоведения и агрохимии: общий азот — по Къельдалю в модификации ЦИНАО, фосфор и калий—методом сухого озоления с последующей фотометрией. Вынос питательных веществ культурными и сорными растениями в фазу полной спелости пшеницы по методике ЦИНАО (2000). Учет фитомассы проводился сноповым методом в 4-кратной повторности, с последующим доведением растений до воздушно-сухого состояния.

Агроклиматические условия в годы исследований существенно отличались друг от друга. Вегетационный период 2009 г. характеризовался как сильно засушливый — 153 мм, что соответствовало 65,4 % от средне-многолетних значений. Особенностью 2010 г. стало образование долгих засушливых периодов в первой половине вегетации яровой пшеницы. Условия 2011 г. были близки к среднемноголетним данным.

Результаты исследований.

Пахотные почвы лесостепной зоны Зауралья характеризуются низким эффективным плодородием и получение на них высокого урожая зерновых культур без применения минеральных удобрений практически невозможно [6, 7]. В среднем за три года исследований биомасса яровой пшеницы на варианте без минеральных удобрений не превышала 975 г/м2, при урожайности зерна 2,23 т/га (табл. 1). Недостаток питательных веществ так же повлиял на развитие сорняков, масса которых составила всего 7,8 г/м2, что соответствовало 0,8 % удельного веса фитоценоза. Данный факт указывает на то, что соблюдение агротехники возделывания зерновых культур может сдерживать развитие сорняков даже при низком агрофоне, когда яровая пшеница не может составить существенную конкуренцию сорнякам.

Внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность 3,0 т/га зерна увеличило фитомассу пшеницы до 1371 г/м2 — средняя урожайность составила 2,96 т/га. Улучшение питательного режима оказало благоприятное влияние и на произрастание сорняков, масса которых возросла более чем в 2 раза по сравнению с контролем и достигла 17,3 г/м2. Удельный вес сорных растений на данном варианте составил 1,2 % от массы агрофитоценоза.

Применение удобрений на планируемую урожайность яровой пшеницы 4,0 т/га приводит к появлению невостребованных питательных веществ в начале вегетации яровой пшеницы, тем самым создавая благоприятные условия для сорняков. Также необходимо учесть эффект стимулирования прорастания семян сорных растений на пашне с повышенным агрофоном [8], что способствует увеличению засоренности посевов. Фито-масса сорняков на варианте с внесением №К на 4,0 т/га увеличилась более чем в 3 раза к контролю, достигнув 23 г/м2 (1,5 % от массы фитоценоза).

Вероятность получения урожайности свыше 4,0 т/га зерна в условиях лесостепной зоны Зауралья уменьша-

Таблица 1

массы растений в пшеничном фитоценозе, 2009-2011 гг.

Вариант Масса, г/м2 Удельный вес сорных растений, %

Пшеница Сорняки

Контроль 975 7,8 0,8

№К на 3,0 т/га 1371 17,3 1,2

№К на 4,0 т/га 1517 23,0 1,5

№К на 5,0 т/га 1629 48,7 2,9

№К на 6,0 т/га 1605 43,2 2,6

Агрономия ф

ется до 50 % [7]. Поэтому в неблагоприятные по агроклиматическим условиям годы, минеральные удобрения остаются невостребованными пшеницей в течение всего вегетационного периода, что приводит к вспышке засоренности за счет увеличения массы сорного компонента. В годы наших исследований (2009-2011 гг.) урожайность яровой пшеницы на вариантах с высоким агрофоном (NPK на 5,0 и 6,0 т/га) не превышала 4,0 т/га, что создало условия избыточного содержания питательных веществ на протяжении всей вегетации. Это привело к существенному увеличению фитомассы сорняков, которая достигла 48,7 г/м2, а их удельный вес достиг максимальных величин — 2,9 % от массы фитоценоза.

Внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность 6,0 т/га благоприятно повлияло на развитие яровой пшеницы в первой половине вегетации, что привело к угнетению и частичной гибели сорняков. Однако неблагоприятные погодные условия второй половины вегетации негативно отразились на посевах яровой пшеницы, что сказалось на появлении новых сорняков. Фитомасса на данном варианте достигла 1648,2 г/м2 из которых на долю сорняков приходилось 43,2 г (2,6 % от фитоценоза).

Определение содержания основных элементов питания показало, что содержание азота в надземной массе сорных растений на контроле составляет 0,70 %, что соответствует содержанию данного элемента питания в соломе яровой пшеницы (табл. 2). Внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность 3,0 т/га увеличило содержание азота в доминирующих сорняках до 0,88 %, что на 0,18 % больше контроля. Дальнейшее повышение уровня питания положительно сказалось на анализируемом показателе. Максимальное содержание азота в сорняках было на варианте с внесением NPK на урожайность 5,0 т/га — 1,07 %, тогда как в соломе — 0,82 %, что на треть меньше. Данный факт необходимо учитывать при разработке баланса питательных веществ в агроценозах, где солома вместе с сорняками не запахивается, а используются для нужд хозяйства.

Содержание азота в сорняках на варианте с максимальным уровнем минерального питания (NPK на 6,0 т/га) уменьшилось до 0,89 %, что на 20 % меньше относительно предыдущего варианта. Причиной этому является то, что сорняки, в которых проводилось определение NPK, появились позже и не успели накопить достаточного количества азота. Сорная растительность, появившаяся в начале вегетации была угнетена или погибла, не выдержав конкуренции с яровой пшеницей, выращиваемой на высоком агрофоне.

Фосфор, как известно, накапливается главным образом в зерне и зеленых частях растений. Содержание данного элемента питания в соломе зерновых культур минимально — 0,20-0,30 % от воздушно-сухой массы. В сорняках фосфор накапливается по всем вегетирую-щим частями, поэтому его содержание превышает почти в 2 раза. Дефицит доступного для растений фосфора на контроле и постоянная конкуренция между культурным и сорным компонентом привели к тому, что содержание данного элемента в доминирующих сорняках было минимальным — 0,53 %. Внесение удобрений на

планируемую урожайность 3,0 и 4,0 т/га увеличило его содержание до 0,70 и 0,76 % соответственно. Невостребованность части минеральных удобрений на варианте с NPK на 5,0 т/га способствовала дополнительному поглощению и повышению содержания общего фосфора в вегетативных частях сорных растений. Дальнейшее повышение уровня минерального питания негативно отразилось на накоплении данного элемента питания, по причине описанной ранее.

Характер потребления калия зерновыми культурами не зависит в сильной степени от сорта и уровня минерального питания и его содержание в соломе яровой пшеницы в среднем составляет 0,75-0,80 %. Сорная растительность в меньшей степени поглощает данный элемент питания. Так, на контроле, содержание калия было минимальным и составило 0,46 % от воздушно-сухой массы. Внесение минеральных удобрений благоприятно отразилось на содержании данного элемента питания, которое варьировало в пределах от 0,61 до 0,72 %. Причем необходимо отметить, что содержание калия в сорняках на варианте с максимальной насыщенностью минеральными удобрениями не уменьшалось относительно предыдущего варианта. Это указывает на равномерное поглощение доступного для растений калия сорным компонентом уже с первых недель его жизни.

Как показали наши расчеты, вынос азота в пшеничном фитоценозе на контроле составил 42,9 кг/га (табл. 3). На долю сорняков приходилось минимальное количество — 0,8 кг/га, что соответствует 1,9 % удельного выноса.

Внесение возрастающих доз минеральных удобрений не только увеличило биогенный вынос за счет нарастания фитомассы яровой пшеницы, но и способствовало поглощению питательных веществ сорняками. Непродуктивный вынос азота на варианте с NPK на 3,0 и 4,0 т/га достиг 2,5 и 3,6 к/га соответственно. Для сравнения, этого количества азота достаточно, чтобы сформировать 1 центнер зерна яровой пшеницы. Повышение уровня минерального питания увеличило вынос азота сорной растительностью 2 раза — 7,2-7,9 кг/га, удельный вынос достиг максимальных значений — 9,1 % от агрофитоценоза.

Фосфор является одним из трудноусвояемых элементов питания, поэтому растения обычно его стараются сохранить и в полной мере обеспечить свое потомство на первоначальных этапах своего развития. Основная масса поглощенного фосфора оказывается в зерне, а в соломе, его практически не остается. Поглощение же фосфора сорняками сопровождается его аккумуляцией в зеленых частях растений вплоть до уборки.

Вынос фосфора на контроле пшеницей и сорной растительностью составил 38,3 и 0,3 кг/га соответственно. Столь незначительный биогенный вынос фосфора сорняками объясняется тем, что на низком агрофоне растения яровой пшеницы потребляют основные запасы доступного фосфора в начале вегетации, когда появившиеся сорняки были уничтожены при проведении предпосевной обработки почвы, а новые еще не успели прорасти. Удельный вынос фосфора сорняками был минимальный — 0,8 % от агрофитоценоза.

Таблица 2

Содержание элементов питания в доминирующих сорняках пшеничного фитоценоза, '

Элементы питания Вариант

Контроль NPK на 3,0 т/га NPK на 4,0 т/га NPK на 5,0 т/га NPK на 6,0 т/га

Азот 0,70 0,88 0,93 1,07 0,89

Фосфор 0,53 0,70 0,76 0,85 0,77

Калий 0,46 0,61 0,66 0,71 0,72

_Агрономия

Таблица 3

Биогенный вынос питательных веществ в пшеничном фитоценозе, 2009-2011 гг., кг/га

Вариант Пшеница Сорняки Удельный вынос сорняками в агрофитоценозе, %

N P K N P K N P K

Контроль 42,9 38,3 28,8 0,8 0,3 0,8 1,9 0,8 2,8

NPK на 3,0 т/га 60,4 51,2 49,6 2,5 1,3 2,7 3,9 2,6 5,1

NPK на 4,0 т/га 80,7 49,2 63,7 3,6 1,5 4,3 4,3 2,9 6,3

NPK на 5,0 т/га 78,9 65,1 65,9 7,9 3,5 13,3 9,1 5,1 16,8

NPK на 6,0 т/га 84,7 66,0 71,8 7,2 2,6 9,7 7,8 3,8 11,9

Внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность яровой пшеницы 3,0 и 4,0 т/га зерна привело к увеличению биогенного выноса фосфора сорной растительностью до 1,3-1,5 кг/га, что является незначительной потерей для пшеничного фитоценоза. Дальнейшее повышение уровня минерального питания создало избыток доступного для растений фосфора, что и привело к его потреблению сорной растительностью, появившейся уже после кущения яровой пшеницы. Удельный вынос сорняками составил 5,1 и 3,8 %, что соответствовало потере 3,5 и 2,6 кг/га фосфора соответственно.

Черноземные почвы лесостепной зоны Зауралья характеризуются изначально высокими запасами обменного калия, которые могут поглощаться растениями на протяжении всей их вегетации. Биогенный вынос калия на контроле составил 29,6 кг/га, из которых 98,2 приходилось на яровую пшеницу. Внесение удобрений на урожайность 3,0 и 4,0 т/га благоприятно отразилось на поглощении калия сорной растительностью — биогенный вынос составил 2,7 и 4,3 кг/га соответственно. Увеличение дозы минеральных удобрений (ЫРК на 5,0 т/га) способствовало поглощению обменного калия и его накоплению в надземной массе сорной растительности. Потери калия в данном случае возросли до 13,3 кг/га, что составляет 16,8 % от удельного выноса. Максимальная насыщенность минеральными удобрениями привела к снижению выноса калия сорной растительностью пшеничного фитоценоза до 9,7 к/га, что соответствовало 11,9 % удельного выноса агрофитоценозом.

Выводы.

1. Внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность яровой пшеницы до 4,0 т/га зерна не приводит к увеличению засоренности. Удельный вес

сорных растений не превышает 1,5 % от агрофитоцено-за. Дальнейшее повышение уровня минерального питания приводит к увеличению данного показателя до 2,9 %.

2. Внесение возрастающих доз минеральных удобрений способствует увеличению содержания азота в доминирующих сорняках пшеничного фитоценоза с 0,70 до 1,07 %; фосфора — с 0,53 до 0,85 %. Содержание калия в меньшей степени зависит от уровня минерального питания — на удобренных вариантах данный показатель варьирует от 0,61 до 0,72 %.

3. Внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность 3,0 и 4,0 т/га зерна яровой пшеницы приводит к увеличению биогенного выноса азота в 3 и 4 раза соответственно по сравнению с неудобренным вариантом, где этот показатель составил 0,8 кг/га. Избыточное внесение удобрений способствует увеличению биогенного выноса до 7,9 кг/га, что достаточно для формирования 2 центнеров яровой пшеницы.

4. Минеральные удобрения стимулируют поглощение фосфора сорной растительностью. Биогенный вынос данного элемента питания на вариантах с удобрениями составил 1,3-3,5 кг/га, что соответствовало 2,65,1 % удельного выноса агрофитоценозом. На контроле данный показатель был минимальным — 0,3 кг/га.

5. Потребление обменного калия сорной растительностью зависит от агрофона. При отсутствии удобрений биогенный вынос калия составляет 0,8 кг/га, что соответствует 2,8 % удельного выноса в агрофитоценозе. Максимальный уровень минерального питания (ЫРК на 5,0 и 6,0 т/га) приводит к потере 9,7-13,3 кг/га калия за счет поглощения сорной растительностью. Удельный вынос составляет 11,9-16,8 кг/га, что является максиму-

мом среди изучаемых элементов питания. Литература

1. Моторин А. С., Малышкин Н. Г., Санникова Н. В. Агроэкологическая оценка вредоносности сорных растений и гербицидов в условиях Северного Зауралья. Новосибирск, 2009. 187 с.

2. Ознобихина Л. А., Шахова О. А. Видовой состав семян сорных растений по ресурсосберегающим технологиям основной обработки в Тюменской области // АПК : Регионы России. 2012. № 4. С. 41-43.

3. Санникова Н. В. Урожайность яровой пшеницы в зависимости от степени засорения пшеничного фитоценоза в условиях Северного Зауралья // Аграрный вестник Урала. 2009. № 11. С. 80-82.

4. Каретин Л. Н. Почвы Тюменской области. Новосибирск : Наука, 1990. 285 с.

5. Еремин Д. И. Агрогенные изменения водно-физических свойств черноземов выщелоченных восточной окраины Зауральского Плато // Известия Санкт-Петербургского аграрного университета. 2010. № 18. С. 72-76.

6. Ерёмин Д. И., Абрамова С. В. Биологическая активность и нитратный режим выщелоченных черноземов и луговых почв Тобол-Ишимского междуречья // Вестник Красноярского ГАУ. 2008. № 1. С. 67-72.

7. Абрамов Н. В., Ерёмин Д. И. Проблемы получения максимально возможной урожайности яровой пшеницы в условиях Северного Зауралья // Аграрный вестник Урала. 2009. № 1. С. 31-37.

8. Конищева В. А. Агротехнические приемы регулирования вредоносности сорных растений в условиях лесостепной зоны Северного Зауралья : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Тюмень, 2012. 17 с.

References

1. Motorin A. S., Malyshkin N. G., Sannikova N. V. Agroecological assessment of harmfulness of weed plants and herbicides in thef Northern Urals. Novosibirsk, 2009. 187 p.

2. Oznobihina L. A., Shakhova O. A. Species composition of weed seeds according to resource saving technology of the basic cultivation in the Tyumen region // Agrarian and industrial complex : Regions of Russia. 2012. № 4. P. 41-43.

3. Sannikova N. V. Productivity of a spring wheat depending on a contamination degree of a wheaten phytocenosis in conditions of the Northern Urals // Agrarian Bulletin of the Urals. 2009. № 11. P. 80-82.

4. Karetin L. N. Soils of the Tyumen region. Novosibirsk : Nauka, 1990. 285 p.

5. Eryomin D. I. Agrogenic variations of hydrophysical properties of leached black-earth of the eastern outlying district of the Trans-Ural Plateau // The bulletin of the St.-Petersburg agrarian university. 2010. № 18. P. 72-76.

6. Eryomin D. I., Abramova S. V. Biological activity and nitrate regime of leached black-earth and estuary soils in Tobol-Ishim interfluve // The bulletin of Krasnoyarsk SAU. 2008. № 1. P. 67-72.

7. Abramov N. V., Eryomin D. I. Problems to get the maximum productivity of a spring wheat in conditions of the Northern Zauralye // Agrarian Bulletin of the Urals. 2009. № 1. P. 31-37.

8. Konishcheva V. A. Agro-technical methods of harmfulness regulation of weed plants in the forest-steppe zone of the Northern Urals : abstract of the dissertation of the candidate of agricultural sciences. Tyumen, 2012. 17 p.