Изменение водопотребления яровых зерновых культур под влиянием фона питания и биопрепарата Эскорт-био

Введение 

Рост и развитие растений в значительной степени определяются запасами воды в почве. На юге Украины в условиях недостаточного увлажнения дефицит воды является основным лимитирующим фактором получения высоких урожаев выращиваемых культур, в том числе и яровых зерновых [1, 2, 3].

Экстремальные погодные условия этого региона (частые суховеи, высокие температуры и низкая влажность воздуха, недостаток продуктивной влаги в почве) отрицательно влияют на рост и развитие растений, а кроме того  снижают эффективность вносимых удобрений.

Юг Украины характеризуется непромывным типом водного режима, когда  атмосферные осадки  не достигают уровня грунтовых вод, в результате чего полного промачивания почвы не  происходит. В таких условиях  выращиваемые культуры испытывают дефицит влаги в течение всего вегетационного периода. Природная влагозарядка происходит поздней осенью и зимой, поэтому максимальная влажность почвы наблюдается в ранневесенний период. В дальнейшем атмосферные осадки, которые выпадают, быстро испаряются (на юге Украины испаряемость превышает количество осадков более  чем в 2 раза), а та их часть, которая остается в почве, увлажняет преимущественно пахотный слой. Таким образом, осенне-зимние осадки увлажняют нижние слои почвы, а летние – верхние. В результате интенсивного испарения в почве остается 30-50% влаги от выпавших осадков, а в острозасушливые годы – еще меньше. В связи с этим основная проблема сельского хозяйства на юге Украины – сохранение и рациональное использование запасов продуктивной влаги. Именно поэтому водопотребление в значительной степени определяет процессы роста и развития растений, и в конечном итоге – формирование их продуктивности [4, 5, 6, 7, 8, 19].

В неорошаемых условиях суммарное водопотребление выращиваемых культур непосредственно зависит от запасов влаги в почве и количества выпавших за вегетационный период осадков. Соотношение этих двух составляющих  постоянно изменяется в зависимости от погодных условий, фазы развития культуры и внесенных удобрений [9, 10, 11].

Материал и методы

Исследования проводили в 2014-2016 гг. на черноземе южном тяжелосуглинистом в учебно-научно-практическом центре Николаевского НАУ с яровой пшеницей сорта Элегия мироновская и яровым тритикале сорта Соловей харьковский.

Погодные условия в зоне исследований характеризуются высоким температурным режимом, засушливостью, недостаточным количеством осадков и неравномерным их распределением в течение вегетации. По температурному режиму все годы исследований были типичными для юга Украины, однако существенно отличались по обеспеченности растений атмосферными осадками в течение их вегетации.

В слое почвы 0-30 см в среднем содержится: гумуса (по Тюрину) – 2,9-3,2%, легкогидролизуемого азота – 45-62 мг/кг, нитратов (по Грандваль-Ляжу) – 20-25 мг/кг, подвижного фосфора (по Мачигину) – 36-40 мг/кг, обменного калия (на пламенном фотометре) – 320-460 мг/кг, pH – 6,8-7,2. Общая площадь делянок 80 м², учетных – 20 м², повторность опытов – трехкратная. Исследования проводили согласно методике полевого опыта [12].

Изучали эффективность комплексного органо-минерального удобрения Д₂ (фирма-производитель ООО «Дворецкий»), которое характеризуется высокой агрохимической эффективностью и свойством мобилизировать тяжелодоступные неусваиваемые фосфаты, содержит физиологические и рострегулирующие вещества. Получают препарат Д₂
обработкой гуминовых кислот аммиаком, аммиачными растворами фосфатов, фосфорной кислотой, калийными солями. При взаимодействии нитратных, карбонатных, хлоридных, сульфатных и фосфатных солей кальция, магния, микроэлементов образуются гуматы металлов и соответствующие минеральные кислоты.

Семена в день сева обрабатывали Эскортом-био вручную, с использованием 50 мл препарата на гектарную норму семян при 1,0% концентрации рабочего раствора.

Посевы яровых культур в фазы выхода в трубку и колошения обрабатывали препаратами Д₂ из расчета 1 л/га, Эскортом-био –  0,5 л/га при норме рабочего раствора 200 л/га.

Определение влажности почвы проводили термостатно-весовым методом, водопотребление – методом водного баланса.

Результаты и обсуждение 

Условия вегетационных периодов 2014-2016 гг. отличались по уровню влагообеспеченности яровых пшеницы и тритикале по фазам их развития. Максимальные запасы продуктивной влаги в слое почвы 0-100 см были зафиксированы в 2016 г., минимальные – в 2014 г. с соответствующими показателями 989 и 704 м³/га (рис. 1).

Другую закономерность по годам исследований наблюдали по количеству осадков, выпавших в течение вегетационного периода яровых зерновых культур. Максимальное их количество следует отметить в 2015 г. –  2354 м³/га, минимальное – в 2014 г. –  1330 м³/га.

Обозначенные составляющие формировали суммарное водопотребление выращиваемых яровых культур. Минимальным значение данного показателя в наших исследованиях (2034 м³/га) было в 2014 г., что связано с низкими запасами  влаги в почве и наименьшим количеством осадков вегетационного периода этого года. В 2016 г. суммарное водопотребление составило 2749 м³/га, что на 715 м³/га или 35,2% больше, чем в 2014 г. Максимальное суммарное водопотребление яровых пшеницы и тритикале определено в 2015 г. Оно составило 3249 м³/га, что превысило два других года исследований  на 500- 1215 м³/га или на 18,2-59,7%.

В среднем за годы исследований суммарное водопотребление культур, выращиваемых в опыте, составило 2677 м³/га, из них 863 м³/га – за счет почвенной влаги и 1814 м³/га – за счет осадков вегетационного периода.

Нашими исследованиями установлено, что в условиях естественного увлажнения наименьшую долю суммарного водопотребления обеспечила почвенная влага –  32,2% в среднем за три года исследований, а наибольшую –  атмосферные осадки – 67,8% (рис. 2). Долевое участие почвенной влаги в суммарном водопотреблении по годам исследований колебалось в пределах от 27,5% в 2015 г. до 36,0% в 2016 г., осадков –  от 64,0% в 2016 г. до 72,5% в  2015 г.

Одновременно с суммарным водопотреблением важным показателем является коэффициент водопотребления, который с высокой точностью позволяет оценить степень экономного расхода воды посевами при различных технологических схемах выращивания культуры. Данный показатель изменяется под влиянием биологических особенностей выращиваемых сортов или гибридов, погодных условий вегетационного периода, питательного режима растений и других факторов.

Рис. 2. Составляющие водопотребления яровых зерновых культур

 (слой почвы 0-100 см), %

По результатам проведенных нами исследований установлено, что при оптимизации питания растений почвенная влага и осадки используются значительно эффективнее. Причем это наблюдается и в менее благоприятные по увлажнению годы. Так, в  наиболее засушливом 2014 году неудобренные растения яровой пшеницы на образование 1 т зерна в зависимости от предпосевной обработки семян использовали 1518-1695 м³ воды, а в варианте N₃₀Р₃₀
до сева с подкормкой в фазу выхода растений в трубку аммиачной селитрой в дозе N₃₀ – 762-830 м³, что на 49,8-51,0% меньше по сравнению с контролем (табл. 1).

Аналогичную закономерность между вариантами опыта наблюдали и в более благоприятные по увлажнению годы. В наиболее влажном 2015 г. низкий коэффициент водопотребления яровой пшеницы был отмечен по фону внесения N₆₀Р₃₀ + N₃₀ в фазу выхода растений в трубку –  816-880 м³/т.

Таблица 1. Коэффициент водопотребления яровой пшеницы в зависимости

от года исследования и оптимизации питания, м³/т

Следует отметить, что на делянках с предпосевной обработкой семян биопрепаратом Эскорт-био растения яровой пшеницы более эффективнее использовали влагу во все годы исследований. В 2014 г. коэффициент водопотребления за счет указанного фактора уменьшился на 7,8-10,4%, в            2015 г.  –  на  7,0-8,1%,  в  2016 г.  –  на  5,1-7,6%, а в среднем за  три года

исследований это снижение составило 7,5-8,1% (рис. 3).

Рис. 3. Снижение коэффициента водопотребления за счет

  предпосевной обработки семян яровой пшеницы, %

Оптимизация фона питания имеет исключительно важное значение, ведь при достаточной обеспеченности элементами питания у растений лучше развита корневая система, и они более рационально используют почвенную влагу [13, 14, 15, 16, 17]. При этом происходит не снижение транспирации, а увеличение ее долевого участия в общем испарении воды, усиливается активность фотосинтетических и ростовых процессов, как и непосредственно водоснабжения, то есть происходит оптимизация физиолого-биохимических процессов формирования продуктивности растений [18, 20].

Подтвердили это и результаты проведенных нами исследований с яровым тритикале. Как фоны питания, так и предпосевная обработка семян Эскорт-био, существенно определяли  расход воды на формирование единицы урожая. Так, во все годы исследований максимальный коэффициент водопотребления отмечен в контрольном неудобренном варианте – 1136-1233 м³/т в 2014 г., 1464-1533 м³/т в 2015 г., 1155-1255 м³/т в 2016 г. и 1252-1340 м³/т в среднем за три года исследований (табл. 2).

Улучшение фона питания растений способствовало более экономному расходованию воды на формирование урожая. В среднем за годы исследований растения ярового тритикале на образование 1 т зерна в удобренных вариантах использовали  844-998 м³ воды без предпосевной обработки семян и 737-929 м³ при ее проведении, что на 25,5-40,6 и 25,8-41,1% меньше, чем в контрольном варианте.

 Из удобренных вариантов максимальный коэффициент водопотребления определен при внесении N₃₀Р₃₀
до сева (фон), минимальный, как и в исследованиях с яровой пшеницей, при внесении N₃₀Р₃₀ до сева и проведении подкормки аммиачной селитрой в дозе N₃₀ в фазу выхода растений в трубку.

Предпосевная обработка семян ярового тритикале способствовала уменьшению расхода воды на формирование единицы урожая в среднем за три года исследований на 6,6% в контрольном варианте и на 6,9-7,5% при внесении удобрений (рис. 4).

Таблица 2. Коэффициент водопотребления ярового тритикале под влиянием

факторов и условий года выращивания, м³/т

Таким образом, неудобренные растения яровых пшеницы и тритикале при меньших показателях суммарного водопотребления использовали намного больше влаги для формирования единицы урожая по сравнению с удобренными.

Статистические расчеты показали, что существует очень сильная обратная зависимость между коэффициентом водопотребления и урожайностью зерна яровых зерновых культур, о чем свидетельствуют отрицательные значения коэффициента корреляции, близкие к 1.

Рис. 4. Снижение коэффициента водопотребления за счет предпосевной обработки семян ярового тритикале (среднее за 2014-2016 гг.),%

Выводы

Суммарное водопотребление яровых зерновых культур в слое почвы 0-100 см существенно отличалось по годам исследований и колебалось в пределах от 2034 м³/га в 2014 г. до 3249 м³/га в 2015 г. Еще в большей степени изменялись составляющие баланса суммарного водопотребления. Максимальные  запасы продуктивной влаги в слое почвы 0-100 см наблюдали в 2016 г., минимальные – в 2014 г. с соответствующими показателями 989 и                704 м³/га или 36,0 и 34,6% в общем водопотреблении. Максимальным количеством осадков вегетационного периода характеризовался 2015 г. –              2354 м³/га (72,5% в водном балансе), минимальным – 2014 г. – 1330 м³/га (65,4%).

Неудобренные растения яровой пшеницы в среднем за три года исследований на образование 1 т зерна использовала 1450-1577 м³ воды, минимальный коэффициент водопотребления обеспечил вариант N₃₀Р₃₀ до сева с подкормкой в фазу выхода в трубку аммиачной селитрой в дозе N₃₀ – 751-           813 м³/т.

Независимо от предпосевной обработки семян максимальный коэффициент водопотребления ярового тритикале определен в контрольном неудобренном варианте – 1252-1340 м³/т в среднем за три года исследований. Из удобренных вариантов минимальный коэффициент водопотребления, как и в исследованиях с яровой пшеницей, обеспечило внесение N₃₀Р₃₀ до сева и проведение подкормки аммиачной селитрой в дозе N₃₀ в фазу трубкования.

Растения яровых зерновых культур с предпосевной обработкой семян  Эскортом-био более эффективно использовали влагу во все годы исследований. Коэффициент водопотребления яровой пшеницы за счет указанного фактора в среднем за три года снизился на 7,5-8,1%, ярового тритикале – на 6,6-7,5%.

Существует очень сильная обратная зависимость между коэффициентом водопотребления и урожайностью зерна яровых пшеницы и тритикале.