Цель исследования – оценить влияние внесения навоза и минеральных удобрений на урожайность зерна сои и эффективность их использования в условиях сверхдлительного полевого опыта. Эксперимент проводился на участке агрохимического стационара в 1950–2021 гг. Предшественник – многолетние травы. Было изучено действие навоза крупного рогатого скота, извести и минерального удобрения (NPK) на урожайность сои. Линейная регрессия урожайности по годам на удобренных участках имела сходные наклоны по нормам внесения минеральных удобрений. Реакция урожайности на внесение комплексного удобрения Н40И4,5+N1Р1К1 и Н40И4,5+N2Р2К2 была значительно выше по сравнению с другими вариантами. В отдельные годы прибавка урожайности достигала 5,8–7,3 ц/га. Комплексное минеральное удобрение в комбинации: аммиачная селитра в норме 38 кг/га и диаммофоска 172 кг/га – обеспечило лучшую урожайность зерна и высокую валовую прибыль при выращивании сои. Экономический анализ показал, что дополнительный доход от увеличения урожайности, обусловленный внесением минеральных удобрений, компенсировал затраты на внесение удобрений, что привело к увеличению валовой прибыли от 2,75 до 8,65 тыс. руб. на 1 га. Это исследование подчеркивает важность анализа урожайности не только с позиции количественной оценки прироста урожайности, но и экономической целесообразности.
соя, урожайность, сверхдлительный полевой опыт, минеральные удобрения, валовая прибыль
Введение. Долгосрочные полевые эксперименты являются важным источником для понимания устойчивых методов ведения сельского хозяйства и продуктивности сельскохозяйственных культур. Длительные исследования также могут объяснить межгодовую изменчивость урожайности сельскохозяйственных культур под влиянием факторов окружающей среды, возбудителей болезней и методов управления [1]. Понимание изменчивости урожайности при различных системах земледелия на протяжении многих лет помогает определить условия для стабильной системы земледелия и устойчивого развития сельского хозяйства. Однако поддержание устойчивого функционирования сверхдлительного полевого опыта требует последовательного и целеустремленного руководства со стороны поколений преданных своему делу ученых. Многие практики со временем могут утратить свою актуальность [2]. Иногда требуется внесение изменений в сверхдлительные полевые опыты для решения актуальных и возникающих вопросов в связи с развитием новых технологий.
Лишь ограниченное число работ посвящено изучению выращивания сельскохозяйственных культур и внесению органических или минеральных удобрений, которые поддерживались на протяжении многих десятков лет [3–6].
Производство и продуктивность сои значительно возросли за последние несколько десятилетий благодаря усовершенствованным сортам и эффективным методам земледелия [7]. Растущий потенциал урожайности и спрос на сою привели к увеличению использования удобрений, особенно азотных. Применение минеральных удобрений оказывает положительное влияние на урожайность сои и качество зерна [8].
Устойчивость использования удобрений в системах сельскохозяйственного производства и монокультурных системах может быть сложной задачей, учитывая что в почвах Дальнего Востока масштабы использования симбиотического азота в посевах сои достигают 50–70 % от общей потребности в элементе [9].
Устойчивое сельскохозяйственное производство требует выращивания высококачественных культур, которые дают максимальную биомассу и урожай зерна на каждую единицу вносимого удобрения. В агрономических исследованиях для оценки эффективности использования азотных удобрений используются различные индексы [10]. Другим важным показателем для определения устойчивой системы является урожайность [11]. Динамическая стабильность урожайности обусловливает увеличение потенциала урожайности с годами и одновременно определяет постоянство урожайности и прироста надбавки. В некоторых случаях высокая стабильность может соответствовать стабильным, но низким средним урожаям [12].
На участке Федерального научного центра агробиотехнологий Дальнего Востока им. А.К. Чайки с 1950 г. выращивается соя в севообороте после многолетних трав, которую возделывают с использованием органических и минеральных удобрений. В нем представлен набор исторических данных, который дает уникальную информацию об управлении продуктивностью сои, чего не дает ни один другой отдельный эксперимент.
Цель исследования – оценить влияние внесения навоза и минеральных удобрений на урожайность зерна сои и эффективность их использования в условиях сверхдлительного полевого опыта.
Материалы и методы. Место проведения исследований – стационар отдела земледелия и агрохимии ФГБНУ «ФНЦ агробиотехнологий Дальнего Востока им. А.К. Чайки». Земельный участок для полевого опыта расположен в юго-восточной части Раздольно-Ханкайской низменности. Почва лугово-бурая отбеленная глеевая, тяжелосуглинистая. Навоз в норме 40 т/га и известь 4,5 т/га вносили в занятом пару в начале каждой ротации севооборота. Минеральные удобрения вносились ежегодно весной в одинарной и двойной дозах. С 2003 г. применение навоза было исключено и поступление органического вещества стало осуществляться за счет запашки зеленой массы клевера на сидерат и пожнивных и корневых остатков. В опыте применяли в одинарных дозах аммиачную селитру 38 кг/га и диаммофоску 172 кг/га. Обобщенная схема внесения удобрений следующая: 1. Контроль (без удобрений); 2. Н40; 3. Н40И4,5; 4. Н40И4,5 + N1Р1К1; 5. Н40И4,5 + N2Р2К2; 6. Н40И4,5 + N1P2К2; 7. Н40И4,5 + N1P2К1; 8. И4,5 + N1,5P1,5К2; 9. N1,5P1,5К2 (Н – навоз, И – известь, N – азот, P – фосфор, K – калий). Предшественник – многолетние травы. Общее количество внесенных удобрений за период исследований (в кг действующего вещества на 1 га) составило: контроль (без удобрений),
Н240, Н240И17, Н260И17N1150Р1860К1290, Н240И17N3048Р3290К2790, Н240И17N2406P2280К1100, Н300И17N2258P2610К630, И23N1755P2130К1440, N2914P3250К2475.
Корреляция и линейный регрессионный анализ были выполнены в программном обеспечении Статистика 6.
Экономический эффект от применения удобрений определен посредством расчета валовой прибыли, представляющей разницу между стоимостью прибавки урожая и суммой затрат на удобрения [13, 14].
Валовая прибыль = (
урожайности × цена зерна) – (доза удобрений × цена удобрения)
Для базового анализа были использованы средние цены на сою и удобрение в Приморском крае за 2019–2021 гг. Средняя рыночная цена сои составляла 44,3 руб. за 1 кг семян, цена диммофоски – 42 руб/кг, амиачной селитры – 25 руб/кг.
Данный анализ предназначен только для общего обсуждения экономического эффекта от внесения минеральных удобрений под сою, с тем учетом, что фактические результаты могут существенно различаться.
Результаты и их обсуждение. Урожайность сои после многолетних трав в 1950 г. составляла в среднем 10,7 ц/га, она значительно колеблется в отдельные годы, что обусловлено в основном складывающимися метеорологическими условиями. Резкое снижение урожайности наблюдалось в 1982 г. – 3,4 ц/га (рис.1).
Прошедший в этом году над территорией Приморского края тайфун Эллис (Этанг) нанес ущерб посевам сои. Площади, занятые соей, оказались подтопленными.
|
R2 = 0.4975 slope = 0.22 |
Рис. 1. Средняя урожайность сои
В 1987–2016 гг. наблюдалось линейное увеличение урожайности зерна (наклон от линейной регрессии 0,22). В 2021 г. средняя урожайность за период 1950–2021 гг. составила 16,8 ц/га. Максимум урожайности был достигнут в 2016 г. – 29,0 ц/га.
Урожайность на контрольных участках варьировала от 6,3 до 26,3 ц/га (рис. 2). При возделывании сои без применения удобрений в почве складывался отрицательный баланс гумуса. Его годовой дефицит составил 0,5–0,7 т/га. Установлено, что рост продуктивности севооборота невозможен без дополнительного внесения минеральных удобрений, которые позволяют в необходимом объеме обеспечивать растения элементами питания.
Рис. 2. Линейная регрессия урожайности сои для каждой обработки удобрением (сплошная линия и квадраты) и без удобрения (прерывистая линия и точки) по годам с 1950 по 2021 г. (Н – навоз, И – известь, N – азот, P – фосфор, K – калий)
Систематическое применение минеральных удобрений на протяжении исследованного периода обеспечивало стабильную прибавку урожая, но рост продуктивности достигался при оптимизации минерального удобрения не в первый год внесения, а в течение 4–5-летнего цикла. Прибавка урожайности до 6 кг зерна на внесенный 1 кг д.в. наблюдалась в годы с достаточной обеспеченностью влагой. В засушливые годы отдача от минеральных удобрений снижалась до 60 % по сравнению с благоприятными годами.
Существенная прибавка урожая зерна получена при выращивании сои на вариантах с внесением комплексного удобрения Н40И4,5 + N1Р1К1 и Н40И4,5 + N2Р2К2, со средней урожайностью 2,4 и 2,5 ц/га, соответственно. Максимальные значения были достигнуты в варианте Н40И4,5 + N1Р1К1 в 1985, 2013, 2021 гг. – 5,8 ц/га, 5,4 и 5,3 ц/га соответственно. При внесении в варианте Н40И4,5+N2Р2К2 в 1985 г. – 6,1 ц/га; 1996 г. – 7,3; 2018 г. – 5,5 ц/га.
Линейная регрессия урожайности по годам с внесением Н40И4,5 + N1Р1К1 и Н40И4,5 + N2Р2К2 показала увеличение наклона линии регрессии, равное 0,16, по двум вариантам. Остальные варианты обработки не показали видимого отклика урожайности на нормы внесения удобрений по сравнению с контролем.
Из литературы известно, что соя отзывчива на применение минеральных удобрений. Для производителей сои, однако, ключевой вопрос заключается в том, будет ли внесение минеральных удобрений экономически выгодно. Для изучения этого вопроса мы использовали средние цены на удобрения и сою в качестве базового показателя за 2019–2021 гг. Расчет экономического эффекта приведен для варианта Н40И4,5 + N1Р1К1, поскольку при внесении двойной нормы N2P2K2 на фоне внесения навоза и извести средняя прибавка урожайности колеблется в пределах ±0,1 ц/га. Следовательно, принесет меньше экономической выгоды из-за расходов на удобрения.
При прибавке урожайности в 0,44 т/га валовая прибыль составила 8,65 тыс. руб. на 1 га. Поскольку в 2022 г. закупочная цена на сою упала по сравнению с 2021 г. и составила 28 руб/кг, то в качестве альтернативы рассмотрен сценарий низких цен на сою, при котором средняя цена на сою на 30 % ниже средней. Валовая прибыль при фиксированной цене на удобрения составила 2,75 тыс. руб. на 1 га. При менее благоприятном сценарии внесения минеральных удобрений (т.е. вдвое ниже средней цены на сою и в 1,5 раза выше средней цены на удобрения), агрономическая эффективность должна увеличиться на 33 %, чтобы использование удобрения вообще было прибыльным.
Заключение. В условиях сверхдлительного полевого опыта соя положительно реагировала на внесение комплексных минеральных удобрений. Колебания урожайности сои вокруг тренда (средне-многолетних данных) в основном связаны с погодными условиями. Применение двойных доз минеральных удобрений под сою после многолетних трав не оказывает видимого влияния на прибавку урожая.
Комплексное минеральное удобрение при комбинации: аммиачная селитра в норме 38 кг/га и диаммофоска 172 кг/га – обеспечило лучшую урожайность зерна и высокую валовую прибыль при выращивании сои.
Длительное использование минеральных удобрений на фоне навоза и извести показало более высокую эффективность, может обеспечить стабильный и надежный урожай и помочь создать экономически и экологически устойчивую систему производства сои.
1. Maize yields from manure and mineral fertilizers in the 100-year-old knorr–holden plot / Bijesh Maharjan [et. al.] // Agronomy journal. 2021. Vol. 113. № 6. P. 2–16.
2. Aref S., Wander M.M. Long-term trends of corn yield and soil organic matter in different crop sequences and soil fertility treatments on the morrow plots // Advances in Agronomy. 1997. Vol. 62(C). P. 153–197.
3. Стулин А.Ф. Продуктивность и качество культур севооборота при длительном применении удобрений в условиях стационарных опытов // Агрохимия в XXI веке: мат-лы Всерос. науч. конф. с междунар. участием, посвящ. памяти акад. РАН В.Г. Минеева. М., 2018. С. 68–72.
4. Парамонов А.В., Пасько С.В. Влияние систематического применения удобрений на плодородие почвы в длительном стационарном полевом опыте // 75 лет Географической сети опытов с удобрениями: мат-лы Всерос. совещания научных учреждений-участников Географической сети опытов с удобрениями. М., 2016. С. 204–209.
5. Лукин С.М. Длительные стационарные полевые опыты с органическими удобрениями: значение, результаты и перспективы исследований на дерново-подзолистых почвах // Мат-лы Междунар. науч. конф., посвящ. 90-летию ФГБНУ «ВНИИ агрохимии» и 80-летию Географической сети опытов с удобрениями: тез. докл. / под ред. С.И. Шкуркина. М., 2022. С. 107–116.
6. Отзывчивость сельскохозяйственных культур на отдельные виды минеральных удобрений и их сочетания в длительном стационарном опыте / Лазарев В.И. [и др.] // Агрохимия. 2017. № 2. С. 28–33.
7. Страшненко Т.Н., Бутовец Е.С. Сравнительная оценка сортов сои дальневосточной селекции в условиях Приморского края // Агропромышленный комплекс: проблемы и перспективы развития: мат-лы всерос. науч.-практ. конф.: в 4 т. Благовещенск. 2022. Т. 1. С. 284–294.
8. Эффективность применения различных форм азота при возделывании ярового рапса и сои в Алтайском крае / В.И. Беляев [и др.] // Вестник АПК Верхневолжья. 2022. № 2 (58). С. 12–18.
9. Тильба В.А. Вирулентность клубеньковых бактерий сои и масштабы усвоения симбиотического азота в почвах Приамурья // Масличные культуры. 2016. № 4 (168). С. 61–66.
10. Agroecosystems, nitrogen-use efficiency, and nitrogen management / K.G. Cassman [et. al.] // Ambio: a journal of the human environment. 2002. Vol.31 (2). P. 132–140.
11. Tollenaar M., Lee E.A. Yield potential, yield stability and stress tolerance in maize // Field crops research. 2002. Vol. 75 (2-3). P. 161–169.
12. Soybean profitability and yield component response to nitrogen fertilizer in Iowa / Cordo-va S.C. [et al.] // Agrosystems, Geosciences & Environment. 2020. Vol. 3. № 1. DOI:https://doi.org/10.1002/agg2.20092.
13. Nitrogen uptake, fixation and response to fertilizer n in soybeans / F. Salvagiotti [et al.] // А review. Field crops research. 2008. Vol. 108. P. 1–13.
14. Site-specific nitrogen and plant density mana-gement in irrigated maize / Ping J.L. [et al.] // Agronomy journal. 2008. Vol. 100. № 4. URL: https://hybridmaize.unl.edu/assets/publications/ pdf453.pdf.
