doi: 10.15389/agrobiology.2022.3.460rus
УДК 633.1:631.559:631.671.1
Исследование выполнено в рамках бюджетной программы БП 267 Министерства сельского хозяйства Республики Казахстан (BR10764907 «Выработка технологий ведения органического сельского хозяйства по выращиванию сельскохозяйственных культур с учетом специфики регионов, цифровизации и экспорта»).
О ФОРМИРОВАНИИ ПРОДУКТИВНОСТИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР ПРИ ВНЕСЕНИИ ГИДРОГЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ МОДЕЛЬНОЙ ПОЧВЕННОЙ ЗАСУХИ И В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ
Т.Н. ДАНИЛОВА1 ✉, Л.К. ТАБЫНБАЕВА2
Применение водопоглощающих гидрогелей в современных агротехнологиях может значительно повысить продуктивность сельскохозяйственных культур. В растениеводстве и земледелии они позволяют регулировать водный режим почв в засушливых и полузасушливых климатических зонах. Полиакриламидный и полиакрилонитриловый гидрогели обладают способностью циклично (в течение нескольких лет) поглощать и отдавать влагу, поэтому их применение наиболее эффективно при проведении сельскохозяйственных мероприятий. В настоящей работе показано, что влияние гидрогелей отечественного производства на элементы структуры урожая и продуктивность зерновых культур в условиях модельной почвенной засухи так же эффективно, как и воздействие зарубежного полимерного геля. Наибольшее влияние гидрогелей отечественного производства при почвенной засухе отмечено на массу 1000 зерен. Тип гидрогеля (натриевая или калиевая основа) не оказывал существенного влияния на показатели структуры урожая. Цель работы — оценка влияния на продуктивность зерновых культур отечественных полимерных гелей В-415 К и Ритин-10 в условиях смоделированной почвенной засухи в сравнении с зарубежным полимером Aquasorb, который применялся в полевых условиях зоны недостаточного увлажнения. Микрополевой вегетационный опыт проводили на яровом ячмене (Hordeum vulgare L.) сорта Ленинградский в 2015 году, яровой пшенице (Triticum aestivum L.) сорта Дарья в 2016 году и яровом ячмене сорта Атаман в 2017 году в специальной установке — засушнике (ФГБНУ Агрофизический институт, Меньковский филиал, Ленинградская обл.). Опыт был заложен в вегетационных сосудах без дна: площадь сосуда — 0,075 м2, объем — 0,0025 м3. Почва — дерново-подзолистая супесчаная. Сосуды набивали почвой с сохранением почвенных горизонтов. Варианты опыта были следующими: контроль (фон N90P90K90); N90P90K90 + Ритин-10 (глубина внесения 10-12 см); N90P90K90 + В-415 К (10-12 см); N90P90K90 + Ритин-10 (20-22 см); N90P90K90 + В-415 К (20-22 см). Гидрогель в вегетационные сосуды укладывали послойно. Доза внесения гидрогеля — 4 г/м2, норма высева семян — 50 шт/сосуд. Влажность почвы в вегетационных сосудах измеряли почвенным влагомером МГ-44 (ООО «Ветинстумент», Россия) два раза в неделю и по показаниям рассчитывали норму полива. В начале вегетации влажность почвы в вегетационных сосудах в засушнике составляла 70 % НВ. Влияние почвенной засухи (55-60 % НВ) на рост и развитие растений оценивали от фазы кущения до полной спелости. Продуктивность озимой пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Стекловидная 24 под влиянием полимерного геля Aquasorb («SNF s.a.s.», Франция) изучали на опытных полях Казахского НИИ земледелия и растениеводства (Республика Казахстан) в 2015-2017 годах. Тестировали две дозы абсорбента (20 и 40 кг/га) и их сочетание с азотной подкормкой (N45). Контролем служил вариант без абсорбента и азотных удобрений. Структуру урожая изучаемых культур определяли методом отбора снопа по следующим показателям: общее число растений на вегетационный сосуд (в полевых условиях на 1 м2), число продуктивных растений, продуктивная кустистость. Структурный анализ колоса проводили по длине колоса, числу зерен в колосе, массе зерна с колоса, массе 1000 зерен. Урожайность зерновых культур в засушнике в 2015-2017 годах в вариантах с гидрогелем, внесенным в корнеобитаемый слой (10-12 см), незначительно отличалась от контроля. Прибавка составляла всего 3-4 %. При внесении гидрогеля на глубину 20-22 см прибавка урожая превысила контроль на 25,0-27,7 % (р < 0,01). Существенным было влияние гидрогелей на показатели структуры урожая — продуктивную кустистость, число зерен в колосе и массу 1000 зерен. При моделируемой почвенной засухе отмечалось наибольшее влияние гидрогелей отечественного производства на массу 1000 зерен. В варианте с Ритином-10 урожайность обратно коррелировала с числом продуктивных стеблей (r = -0,83), числом зерен в колосе (r = -0,78) и массой зерна с колоса (r = -0,78), с В-415 К — имела тесную связь с продуктивной кустистостью (r = 0,70), массой зерна с колоса (r = 0,74) и массой 1000 зерен (r = 0,71). Тип гидрогеля (натриевая или калиевая основа) не оказывал значительного воздействия на показатели структуры урожая. В полевых условиях урожайность озимой пшеницы в большой степени зависела от метеоусловий. В среднезасушливый 2015 год внесение гидрогеля в дозе 40 кг/га с подкормкой азотными удобрениями привело к повышению урожайности на 6,6 ц/га в сравнении с контролем. Внесение гидрогеля совместно с азотными удобрениями существенно (р < 0,05) увеличило урожайность в среднеувлажненный 2016 год, во влажный 2017 год урожайность зерна повышалась статистически значимо (р < 0,01). В зависимости от дозы гидрогеля прибавка составила 16,4-23,8 %. Гель Aqusorb существенно повлиял на все элементы структуры урожая. В полузасушливый период урожайность обратно коррелировала с массой зерна с колоса (r = -0,99) и массой 1000 зерен (r = -0,98) при 20 кг/га гидрогеля, с числом зерен в колосе (r = -0,99) и массой зерна с колоса (r = -0,87) — при 40 кг/га, с числом зерен в колосе (r = -0,83) — при 20 и 40 кг/га Aqusorb совместно с азотными удобрениями. Во влажный и среднеувлажненный годы также отмечали тесную корреляцию с элементами структуры урожая (r = 0,84-0,99). Таким образом, в корнеобитаемом слое (10-12 см) гидрогель без полива высыхает и не действует как влагоудерживающая почвенная добавка. Урожайность зерновых можно значительно повысить, размещая полимерные гели на глубине 20-22 см после влагозарядкового полива пахотного слоя. В полевых условиях при засушливом вегетационном периоде необходима высокая доза гидрогеля (40 кг/га) в сочетании с азотными удобрениями, при среднеувлажненном и влажном — достаточно дозы 20 кг/га в сочетании с азотной подкормкой.
Ключевые слова: полимерный гель, почвенная засуха, водный стресс, ячмень, яровая пшеница, озимая пшеница, урожайность.
T.N. Danilova1 ✉, L.K. Tabynbaeva2
The use of water-absorbing hydrogels capable to regulate the soil water regime allows for a significant increase in crop production in arid and semi-arid climatic zones. Polyacrylamide and poly-acrylonitrile hydrogels cyclically (over several years) absorb and release moisture, so they are most effective in agriculture. This paper shows that three polymer gels of different origin have similar effect on the yield structure and productivity of grain crops compared under controlled soil drought and in field tests. Domestic gels had the greatest effect on the 1000-grain weight. The type of hydrogel (either sodium or potassium base) did not significantly influenced the yield structure parameters. This work aimed to evaluate grain crops’ productivity and yield structure as affected by polymer gels V-415 K and Ritin-10 (Russia) under simulated soil drought compared to the polymer Aquasorb (France) under field conditions of a zone of insufficient moisture. Microfield trials were performed on spring barley (Hordeum vulgare L.) cv. Leningradsky in 2015, spring wheat (Triticum aestivum L.) cv. Daria in 2016 and spring barley cv. Ataman using bottomless pots (Agrophysical Institute, Menkovsky branch, Leningrad Province) using pots without a bottom with an area of 0.075 m2 and a volume of 0.0025 m3. The pots were filled with sod-podzolic sandy loamy soil according to the soil horizons’ order. The treatments were a control (N90P90K90); N90P90K90 + Ritin-10 at 10-12 cm depth; N90P90K90 + V-415 K at 10-12 cm depth; N90P90K90 + Ritin-10 at 20-22 cm depth; N90P90K90 + V-415 K at 20-22 cm depth. The dose of each hydrogel was 4 g/m2, the seeding rate was 50 pcs/pot. Soil moisture in the pots was measured twice a week to calculate necessary watering rate. The effect of soil drought (55-60 % water holding capacity) was assessed from the tillering phase to full ripeness. The productivity of winter wheat (T. aestivum) cv. Steklovidnaya 24 as influenced by polymer gel Aquasorb (SNF s.a.s., France) was studied in the Republic of Kazakhstan in 2015-2017 (experimental fields of the Kazakh Research Institute of Agriculture and Plant Growing). Two doses of the absorbent (20 and 40 kg/ha) and their combination with nitrogen supplementation (N45) were tested. The total number of plants per pot (per 1 m2 in field trials), the number of productive plants, and productive bushiness coefficient, the ear length, the number of grains per ear, the grain mass per ear, and the 1000-grain weight were determined. The grain yield under a controlled “drought” when the hydrogels were introduced into the root layer (10-12 cm) differed slightly from the control (an increase by only 3-4 %). For the 20-22 cm depth, the yield exceeded the control by 25.0-27.7 % (р < 0.01). The hydrogels significantly influenced the yield structure parameters for productive bushiness coefficient, the number of grains per ear and the 1000-grain weight. With Ritin-10 hydrogel, the yield inversely correlated with the number of productive stems (r = -0.83), the number of grains per ear (r = -0.78) and the grain weight per ear (r = -0.78). With B-415 K, the correlation coefficients showed a close relationship between yield and tillering (r = 0.70), with the grain mass per ear (r = 0.74) and with the 1000-grain weight (r = 0.71). Under the simulated soil drought, the hydrogels had the greatest impact on the 1000-grain weight. Under field conditions of Kazakhstan, the yield of winter wheat largely depended on weather conditions. In a dry 2015, the hydrogel at a dose of 40 kg/ha with nitrogen fertilizers increased the crop yield by 6.6 c/ha compared to the control. The hydrogel together with nitrogen fertilizers also significantly (p < 0.05) increased the crop yield in a moderately wet 2016; in a wet 2017, the grain yield increased significantly (p < 0.01), up to 16.4-23.8% depending on the dose of the hydrogel. Aqusorb gel significantly affected all elements of yield structure. In the semi-arid period, when 20 kg/ha of Aquasorb hydrogel was applied, there was an inverse correlation between the yield and the grain mass per ear (r = -0.99) and the 1000-grain weight (r = -0.98). For a dosage of 40 kg/ha, there was a close correlation with the number of grains per ear (r = -0.99) and the grain mass per ear (r = -0.87). Wheat yield also had a close inverse relationship with the number of grains per ear (r = -0.83) when Aquasorb (20 or 40 kg/ha) was used with nitrogen fertilizers. In humid and moderately humid years, the dependence of yield on yield structure indicators is also strong (r = 0.84-0.99). Thus, the hydrogel introduced into the 10-12 cm soil layer dries out without watering and does not act as a water-retaining soil additive. A significant increase in the grain yield can be obtained by laying polymer gels to a depth of 20-22 cm after water-charging irrigation of the arable layer. In field conditions, during dry growing seasons, it is necessary to apply a high dose of hydrogel (40 kg/ha) in combination with nitrogen fertilizers. In moderately humid and humid growing seasons, a dose of 20 kg/ha is sufficient in combination with nitrogen fertilization.
Keywords: polymer gel, soil drought, water stress, barley, spring wheat, winter wheat, yield.
1ФГБНУ Агрофизический научно-исследовательский |
Поступила в редакцию |
