The aim of research is to study the effect of the humic preparation Rostok on the chemical composition of spring wheat straw in the forest-steppe of the Trans-Urals. The studies were carried out in the field in the northern forest-steppe of the Trans-Urals from 2013 to 2016 on arable leached chernozem. The experiment included the treatment of crushed straw with the Rostok humic preparation, followed by its distribution on the soil surface and at a depth of 10, 20, 30 cm, simulating the distribution of plant residues in the arable layer. The exposure period was 12 months. It was established that the treatment of straw with the humic preparation Rostok reduces unproductive losses of nitrogen and promotes the release of phosphorus and potassium from the straw. For 12 months of exposure the nitrogen content in the straw treated with water and located on the soil surface (control) decreased by 2.8 times relative to the initial values and reached 0.25 ± 0.05 %. The nitrogen content in the straw treated with the Rostok humic preparation reached 0.41 ± 0.14 %, which is 1.6 times more than the control. By the end of the exposure period, the C:N value in the straw treated with a humic preparation and located on the soil surface was 108 ± 11 units, which is 1.6 times less than the control. Values of nitrogen content in plowed plant residues after 12 months of exposure of the two variants overlapped each other (control 0.66 ± 0.08 %, Rostock 0.73 ± 0.12 %). This trend was also observed in the ratio of carbon to nitrogen (control 72 ± 16 %, Rostock 60 ± 4 %). The nitrogen content in the straw depends on 31 % of localization and 20 % on the humic preparation Rostok. The nature of the change in phosphorus and potassium in the straw of grain crops by more than 80 % depends on the treatment of straw with the humic preparation Rostok, while the localization of the straw does not have a significant effect.
: humic preparation Rostok, soil microbiota, chemical composition of straw, loss of nutrients, carbon to nitrogen ratio, analysis of variance, variability
Введение. Современные достижения науки в виде новых сортов сельскохозяйственных культур и технологий их возделывания определили вектор развития сибирского земледелия [1]. В настоящее время активно внедряется интенсивная система выращивания культур с использованием разнообразного сортимента агрохимикатов. Урожайность зерновых культур в Северном Зауралье достигла 4,0–7,0 т/га зерна, что привело к усилению антропогенной нагрузки на почву [2]. Во многих хозяйствах солома стала единственным органическим удобрением, поэтому главной задачей становится оптимизация процесса ее трансформации в гумус с минимальными потерями питательных веществ. В современных агрофитоценозах практически единственным источником поступления растительных остатков в почву являются сами культурные растения, среди которых зерновые занимают доминирующее значение. В последние годы в России и за рубежом в центре внимания находится изучение процессов, ускоряющих трансформацию питательных веществ и деструкции растительных остатков, которые остаются на полях после уборки зерновых культур [3–6]. Повышенный интерес к данной теме обусловлен снижением содержания гумуса и ухудшением физико-химических свойств пахотных почв [7, 8]. Ведь возврат соломы в почву является одним из источников повышения почвенного плодородия и обогащения верхнего слоя органическим углеродом.
Химический состав соломы неоднороден и отличается в зависимости от культуры. В среднем в растительных остатках содержится, %: N – 0,60; P – 0,20; K – 0,78, а соотношение углерода к азоту составляет 1:60 (80) ед. [9, 10]. Широкое соотношение C:N замедляет процессы минерализации и гумификации растительных остатков, что неминуемо приведет к снижению планируемой урожайности зерновых культур [11]. Одним из способов решения данной проблемы для аграриев может служить обработка растительных остатков биологическими препаратами, стимулирующими рост и развитие микробной биомассы, которые в свою очередь ускоряют процессы трансформации питательных веществ из соломы.
Цель исследований – изучение изменения химического состава соломы яровой пшеницы при использовании гуминового препарата «Росток» в лесостепи Зауралья.
Материалы и методы. Исследования по влиянию гуминового препарата «Росток» на трансформацию растительных остатков зерновых культур выполняли на стационаре кафедры почвоведения и агрохимии ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья с 2013 по 2016 г.
Климат северной лесостепи континентальный, теплый, умеренно увлажненный. Данная зона обладает периодически промывным типом водного режима. Почва опытного поля – чернозем выщелоченный, маломощный, тяжелосуглинистый, пылевато-иловатый, на карбонатном покровном суглинке. Содержание гумуса в пахотном слое (0–30 см) варьировало от 7,65 до 9,05 % [12].
Исследования выполняли в зерновом севообороте (горохо-овсяная смесь – яровая пшеница – овес), чередование культур за годы исследований не менялось. Минеральные удобрения не использовали. Размеры делянки – 4 × 25 м (
Обработку почвы (отвальная) проводили после уборки культур на глубину 20–
Предварительно высушенную и нарезанную (длиной не более 5 см) солому массой 15 г помещали в пакеты из стеклоткани. Образцы размещали на поверхности почвы и заделывали на глубину 10, 20, 30 см, моделируя их распределение в пахотном слое. Закладку образцов соломы выполняли в третьей декаде сентября, после основной обработки почвы. Перед культивацией (май) образцы с глубины 0–10 см извлекали и опять заделывали после проведения весенних агротехнических мероприятий.
Перед заделкой соломы в почву производили обработку:
- Контроль, обработка соломы водой.
- Обработка соломы гуминовым препаратом «Росток» в концентрации 0,1 %.
Препарат «Росток» производится по запатентованной технологии из низинного торфа и является универсальным регулятором роста и развития растений, адаптируя их к природным и техногенным воздействиям [13]. Норма расхода в пересчете на 1 гектар составила 300 мл препарата с концентрацией 0,1 %. Объем рабочего раствора – 300 л на ту же единицу площади. Максимальная экспозиция длилась 12 месяцев (с сентября по сентябрь следующего года). После извлечения образцов остатки земли аккуратно сметали щеткой, а солому промывали в минимальном количестве холодной воды. Отмытую массу соломы помещали в термостат и сушили до воздушно-сухого состояния при температуре 105 °С с последующим определением показателей: сухой остаток – ГОСТ 26713-85; органическое вещество – ГОСТ 27980-88; азот – ГОСТ 13496.4-93; фосфор – ГОСТ 26657-85; калий – ГОСТ 30504-97; статистическую обработку данных проводили в MS Excel с использованием надстройки AgCStat [14].
Результаты и их обсуждение. Для проведения исследований использовали солому яровой пшеницы, выращенной без минеральных удобрений. В среднем за годы исследований исходное содержание азота в соломе составляло 0,69 ± 0,17 % с колебанием значений от 0,47 до 0,95 %, при этом коэффициент вариации достигал 24 %, что соответствовало сильной вариабельности (табл. 1). Исходные значения соотношения углерода к азоту в соломе яровой пшеницы за годы исследований в среднем составляли 67 ± 11 ед. (рис.), что соответствовало средней степени изменчивости (CV – 16 %). Запашка такой соломы без внесения азотсодержащих удобрений в будущем может привести к снижению урожайности вследствие денитрификации из почвы для разложения растительных остатков [15].
Таблица 1
Исходное содержание питательных веществ в соломе яровой пшеницы (2013–2016 гг.), %
|
Показатель |
|
CV |
min |
max |
|
Азот |
0,69±0,17 |
24 |
0,47 |
0,95 |
|
Фосфор |
0,18±0,03 |
19 |
0,14 |
0,25 |
|
Калий |
0,67±0,06 |
9 |
0,58 |
0,75 |
Здесь и далее: 
– среднее значение; CV – коэффициент вариации; min – минимальное значение; max – максимальное значение.
Влияние гуминового препарата на соотношение углерода к азоту (C : N)
в соломе яровой пшеницы, ед.
Перед запашкой соломы яровой пшеницы содержание фосфора в среднем за годы исследований составляло 0,18 ± 0,03 %, при этом коэффициент вариации достигал 19 %, что соответствовало средней степени изменчивости. Содержание калия в растительных остатках достигало 0,67 ± 0,06 % с колебанием значений от 0,58 до 0,75 %. Коэффициент вариации составлял 9 %, что соответствовало слабой вариабельности.
Через 12 месяцев экспозиции содержание азота в соломе, которую обрабатывали водой, уменьшилось в 2,7 раза относительно первоначальных значений (табл. 2). Разброс значений содержания азота в растительных остатках варьировал от 0,19 до 0,35 %, при этом коэффициент вариации составил 22 %, что соответствовало сильной вариабельности. Через 12 месяцев экспозиции значение C:N в соломе, расположенной на поверхности почвы, увеличилось в 2,6 раза относительно исходных значений и достигло 175 ± 11 ед., в результате соответствовало слабой степени изменчивости (CV – 6 %). Увеличение C:N в растительных остатках, расположенных на поверхности почвы, объясняется газообразными потерями азота [16] при разложении соломы и его вымыванием [17], а следовательно ведет к непродуктивным потерям. Содержание азота в соломе, обработанной гуминовым препаратом «Росток», через 12 месяцев экспозиции составляло 0,41 ± 0,14 %, что в 1,6 раза больше относительно контрольного варианта. Разброс значений содержания азота в соломе был от 0,19 до 0,60 %, при этом коэффициент вариации достигал 33 %, что соответствовало сильной вариабельности. Соотношение углерода к азоту в соломе, обработанной гуминовым препаратом и расположенной на поверхности почвы, составляло 108 ± 11 ед., что в 1,6 раза меньше относительно контроля. Коэффициент вариации был равен 10 %, что соответствовало средней степени изменчивости. Обработка соломы гуминовым препаратом оказала положительное влияние на микробную биомассу, что позволило снизить непродуктивные потери азота.
Содержание фосфора в соломе, расположенной на поверхности почвы, в контрольном варианте за 12 месяцев экспозиции уменьшилось в 3,6 раза относительно исходных значений и составило 0,05 ± 0,01 %. Разброс значений варьировал от 0,02 до 0,07 %. Обработка соломы гуминовым препаратом не оказала влияния на содержание фосфора относительно контроля. Коэффициент вариации на вариантах с обработанной водой соломой (контроль) и гуминовым препаратом «Росток» составил 32 и 34 % соответственно, что относилось к сильной степени изменчивости.
Таблица 2
Конечное содержание питательных веществ в соломе яровой пшеницы,
расположенной на поверхности почвы (2013–2016 гг.), %
|
Вариант |
Показатель |
|
CV |
min |
max |
|
Контроль (вода) |
Азот |
0,25±0,05 |
22 |
0,19 |
0,35 |
|
Фосфор |
0,05±0,01 |
32 |
0,02 |
0,07 |
|
|
Калий |
0,27±0,10 |
36 |
0,10 |
0,40 |
|
|
Гуминовый препарат «Росток» |
Азот |
0,41±0,14 |
33 |
0,19 |
0,60 |
|
Фосфор |
0,05±0,02 |
34 |
0,02 |
0,07 |
|
|
Калий |
0,33±0,06 |
19 |
0,20 |
0,40 |
За 12 месяцев экспозиции содержание калия в соломе, расположенной на поверхности почвы, в контрольном варианте уменьшилось в 2,5 раза относительно исходных значений и составило 0,27±0,10 %, при этом значения варьировали от 0,10 до 0,40 %. Коэффициент вариации был равен 36 %, что соответствовало сильной вариабельности. Обработка соломы гуминовым препаратом «Росток» не оказала существенного влияния на высвобождение калия из растительных остатков 0,33 ± 0,06 %. Коэффициент вариации составлял 19 %, что соответствовало средней степени изменчивости.
Характер изменения питательных веществ в запаханной соломе отличался от соломы, разлагающейся на поверхности почвы. Значения содержания азота в растительных остатках через 12 месяцев экспозиции двух вариантов перекрывали друг друга (табл. 3). Данная тенденция наблюдалась и при оценке показателя соотношения углерода к азоту (контроль – 72 ± 16 %, Росток – 60 ± 4 %). Это объясняется тем, что заделка растительных остатков в почву оказала положительное влияние на нитрифицирующую микробиоту и уменьшило непродуктивные потери азота.
Таблица 3
Конечное содержание питательных веществ
в запаханной (0–30 см) соломе яровой пшеницы (2013–2016 гг.), %
|
Вариант |
Показатель |
|
CV |
min |
max |
|
Контроль (вода) |
Азот |
0,66±0,08 |
13 |
0,52 |
0,78 |
|
Фосфор |
0,05±0,02 |
33 |
0,02 |
0,07 |
|
|
Калий |
0,10±0,03 |
25 |
0,07 |
0,15 |
|
|
Гуминовый препарат «Росток» |
Азот |
0,73±0,12 |
16 |
0,52 |
0,95 |
|
Фосфор |
0,04±0,02 |
37 |
0,02 |
0,07 |
|
|
Калий |
0,13±0,05 |
38 |
0,08 |
0,20 |
За 12 месяцев экспозиции содержание фосфора в изучаемых вариантах уменьшилось более чем в 3,5 раза относительно исходных значений, при этом диапазон значений варьировал от 0,02 до 0,07 %. Коэффициент вариации на контроле и с обработкой гуминовым препаратом «Росток» составил 33 и 37 %, что соответствовало сильной степени изменчивости. Значения содержания калия в запаханных растительных остатках к концу периода экспозиции на обоих вариантах перекрывали друг друга, а коэффициент вариации соответствовал сильной вариабельности.
В ходе дисперсионного анализа было установлено, что остаточное содержание азота в соломе на 31 % (Fфакт > Fтеор) зависит от локализации (фактор А) расположения растительных остатков на поверхности почвы или запашки (табл. 4). Выявлено положительное влияние гуминового препарата «Росток» на сохранность азота в соломе на 20 % (фактор В). На трансформацию фосфора в растительных остатках не оказывает влияния локализация (Fфакт ˂ Fтеор), при этом отмечается высокое влияние гуминового препарата «Росток» – на 89 % (Fфакт > Fтеор).
Таблица 4
Результаты двухфакторного дисперсионного анализа
|
Источник вариации |
Азот |
Фосфор |
Калий |
С : N |
||||||||
|
Fфакт. |
Fтеор. |
Влияние, % |
Fфакт. |
Fтеор. |
Влияние, % |
Fфакт. |
Fтеор. |
Влияние, % |
Fфакт. |
Fтеор. |
Влияние, % |
|
|
Фактор A (локализация) |
63,3 |
4,0 |
31 |
0,0 |
8,6 |
0 |
68,3 |
4,0 |
7 |
362,8 |
4,0 |
37 |
|
Фактор B (Росток) |
19,8 |
3,1 |
20 |
266,5 |
3,1 |
89 |
432,4 |
3,1 |
84 |
157,1 |
3,1 |
32 |
|
Взаимодействие AB |
16,6 |
3,1 |
16 |
0,0 |
8,6 |
0 |
17,3 |
3,1 |
3 |
125,7 |
3,1 |
25 |
Очень низкое влияние на трансформацию калия в соломе оказывает локализация 7 %, при этом значение по влиянию гуминового препарата в 12 раз выше и составляет 84 % (Fфакт > Fтеор). Выявлено положительное влияние всех источников вариации (факторы А, В и взаимодействие АВ) на соотношение углерода к азоту в растительных остатках – от 25 до 32 % (Fфакт > Fтеор).
Заключение. В результате проведенных исследований было установлено, что обработка соломы зерновых культур гуминовым препаратом «Росток» оказывает положительное влияние на ее разложение и высвобождение питательных веществ (N, P, K). За 12 месяцев экспозиции содержание азота в запаханной соломе не изменялось, тогда как в соломе, расположенной на поверхности почвы, его содержание уменьшилось в 2,8 раза.
Обработка гуминовым препаратом «Росток» стимулирует разложение запаханной соломы без непродуктивных потерь азота, а расположенной на поверхности почвы теряет азот в меньшей степени.
В ходе исследований было установлено, что степень снижения содержания азота на 31 % зависит от локализации и на 20 % от применения гуминового препарата «Росток». Характер изменения фосфора и калия в соломе зерновых культур более чем на 80 % зависит от обработки соломы гуминовым препаратом «Росток». Локализация соломы не оказывает достоверного влияния.
1. Kochneva D.A., Tautekenova A.K. Mezhdunarodnyy opyt genotipirovaniya ovsa (analiticheskiy obzor) // Epoha nauki. 2022. № 30. S. 413–419.
2. Sistema adaptivno-landshaftnogo zemledeliya v prirodno-klimaticheskih zonah Tyumenskoy oblasti / N.V. Abramov [i dr.]. Tyumen': Tyumen. izd. dom, 2019. 472 s. EDN HQODFC.
3. Bondarenko N.A., Antonova O.I. Biologicheskaya aktivnost' pochv pri vnesenii solomy i preparatov, uskoryayuschih ee razlozhenie // Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2021. № 2 (196). S. 26–33.
4. Sukcessiya bakterial'nyh soobschestv pri razlozhenii solomy ovsa v dvuh raznyh tipah pochvy / O.V. Orlova [i dr.] // Pochvovedenie. 2020. № 11. S. 1383–1392.
5. Straw strip return increases soil organic cardon sequestration by optimizing organic and humus carbon in aggregates of mollisols in northeast china / H. Lian [et al.] // Agronomy. 2022. T. 12. № 4. P. 784.
6. Ammoniated straw incorporation increases wheat yield, yield stability, soil organic carbon and soil total nitrogen content / Y. Li [et al.] // Feld Crops Research. 2022. T. 284. P. 108558.
7. Chebochakov E.Ya., Murtaev V.N. Sovremennoe sostoyanie ispol'zovaniya pahotnyh zemel' v hozyaystvah raznyh form sobstvennosti v Prieniseyskoy Sibiri // Vestnik KrasGAU. 2021. № 2. S. 10–16.
8. Agroekologicheskaya ocenka pochv Yuzhnogo Urala i priemy upravleniya ih plodorodiem / I.K. Habirov [i dr.] // Resursnyy potencial pochv – osnova prodovol'stvennoy bezopasnosti Rossii: mat-ly mezhdunar. nauch. konf. SPb., 2011. S. 127–129.
9. Eremin D.I., Ahtyamova A.A. Himicheskiy sostav rastitel'nyh ostatkov sel'skohozyaystvennyh kul'tur, vyraschennyh na razlichnom agrofone v lesostepnoy zone Zaural'ya // Vestnik KrasGAU. 2017. № 2. S. 32–38.
10. Lyubimova A.V., Ivanenko A.S. Oves v Tyumenskoy oblasti: monografiya / NIISH SZ – filial TyumNC SO RAN. Tyumen', 2021. 172 s.
11. Bondarenko N.A., Antonova O.I. Priemy povysheniya razlozheniya solomy i obespechennosti pitatel'nymi veschestvami // Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2021. № 5 (119). S. 11–16.
12. Eremin D.I. Stabilizaciya gumusnogo sostoyaniya pahotnyh chernozemov lesostepnoy zony Zaural'ya // Zemledelie. 2014. № 1. S. 29–31.
13. Grehova I.V. Guminovyy preparat iz nizinnogo torfa // Teoreticheskaya i prikladnaya ekologiya. 2015. № 1. S. 87–90.
14. Gonchar-Zaykin P.P., Chertov V.G. Nadstroyka k EXCEL dlya statisticheskoy ocenki i analiza rezul'tatov polevyh i laboratornyh opytov // Racional'noe prirodopol'zovanie i sel'skohozyaystvennoe proizvodstvo v yuzhnyh regionah Rossiyskoy Federacii: sb. mat-lov nauch.-prakt. konf. «Razrabotka adaptivnyh sistem prirodoohrannyh tehnologiy proizvodstva sel'skohozyaystvennoy produkcii v aridnyh rayonah Rossii». M., 2003. S. 559–565.
15. Zavisimost' soderzhaniya dostupnyh form azota v pochve ot skorosti razlozheniya solomy zernovyh kul'tur / I.V. Cherepuhina [i dr.] // Plodorodie. 2019. № 5 (110). S. 37–41.
16. Zavalin A.A., Sokolov O.A., Shmyreva N.Ya. Potoki azota v agrofitocenoze na dernovo-podzolistoy pochve // Vestnik rossiyskoy sel'skohozyaystvennoy nauki. 2018. № 5. S. 17–21.
17. Ahtyamova A.A. Izmenenie himicheskogo sostava zapahannoy solomy pod deystviem agrohimikatov // Vestnik Kurganskoy GSHA. 2017. № 4 (24). S. 17–20.
