АГРОХИМИЯ, 2010, № 12, с. 29-36
Агроэкология
УДК 631.524.022.6:631.421.1
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ БИОМАССЫ И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА РАСТЕНИЙ ПШЕНИЦЫ В ПРЕДЕЛАХ ДЕЛЯНКИ ПОЛЕВОГО ОПЫТА
© 2010 г. С.Е. Витковская, А.А. Изосимова, Т.П. Шидловская
Агрофизический научно-исследовательский институт РАСХН 195220 Санкт-Петербург, Гражданский просп., 14, Россия Е-та11: s.vitkovskaya@mail.ru
Поступила в редакцию 18.03.2010 г.
В полевом эксперименте установлено, что пространственная изменчивость выноса элементов растениями и биомассы растений в пределах делянки полевого опыта существенно больше, чем неоднородность химического состава растений и агрохимических показателей почвы. Выявлено, что величины коэффициентов вариации содержания азота, фосфора, калия и кальция в почве и растениях близки между собой. Показано влияние неоднородности посевного материала на вариабельность биомассы растений пшеницы. Предложен подход к оценке значимости коэффициента вариации агрохимических параметров почвы для урожая сельскохозяйственных культур.
Ключевые слова: пространственная изменчивость, биомасса, химический состав, пшеница, полевой опыт, делянка.
ВВЕДЕНИЕ
Важнейшей задачей агропромышленного комплекса в настоящее время является повышение продуктивности агроземов. Одним из решений данной проблемы является внедрение технологий "точного" земледелия.
"Точное" земледелие предполагает использование геоинформационных систем (ГИС), систем дистанционного зондирования, систем определения местоположения при помощи спутников и компьютеризированных сельскохозяйственных машин. Его цели - снизить себестоимость сельскохозяйственной продукции и энергозатраты, сократить загрязнение земель и вод [1, 2].
Технологии "точного" земледелия направлены на управление продуктивностью посевов с учетом локальных особенностей каждого поля, устранение неоднородности содержания элементов питания в почве с целью получения высокого и выровненного по площади урожая. В связи с этим требуется детальное обследование поля, выявление причин, влияющих на неравномерность урожайности.
Исследованию пространственной неоднородности свойств почв посвящены многие работы [2-6]. Значительно меньше внимания уделялось неоднородности параметров урожайности и установлению причинно-следственных связей между показателями: варьированием почвенных свойств и величины
урожая, варьированием величины урожая и роста и развития каждой единицы посевного материала.
Пространственное варьирование урожая обусловлено несколькими типами неоднородностей:
1. Неоднородностью агрохимических показателей пахотного слоя почвы (является основным объектом корректировки при использовании технологий точного земледелия);
2. Неоднородностью строения почвенного профиля и морфологических свойств почвенных горизонтов. На практике корректировке подлежит в основном мощность пахотного слоя. На мелиорированных и орошаемых почвах воздействие происходит на профильном уровне;
3. Неоднородностью микрорельефа, определяющей, прежде всего, вариабельность влажности почвы, а также распределение солнечной радиации;
4. Неоднородностью роста и развития каждой единицы посевного материала (связанной как с неоднородностью посевного материала и его внутренними дефектами, так и с неравномерностью высева или посадки).
Исследования авторов показали, что в полевых условиях неоднородность посевного материала оказывает существенное влияние на вариабельность урожайности [7].
Неоднородность биомассы растений - явление закономерное. Даже в контролируемых условиях (модельные и вегетационные эксперименты) коэф-
фициент вариации биоассы растений составляет от 5 до 30% и более [7, 8]. Различия роста и развития растений проявляются на самых ранних этапах развития: процессы метаболизма, гидролиза запасных и синтеза новых веществ при прорастании семян происходят с различной скоростью. Дальнейшее накопление биомассы будет определяться интенсивностью процессов фотосинтеза и дыхания. Как следствие - варьирует не только величина биомассы, но и химический состав растений.
Возможно, что именно по этим причинам не удавалось выявить зависимости между неоднородностью агрохимических показателей почвы и неоднородностью урожайности, которые пытались установить в работах [2, 6, 9].
Для повышения эффективности управления продуктивностью посевов выявление закономерностей пространственной и временной изменчивости биомассы и химического состава растений, обусловленных неоднородностью посевного материала, не менее важно, чем исследование зависимостей урожайности от агрохимических свойств агроземов (обеспеченности элементами питания, мощности пахотного слоя, температуры и влажности почвы и т.д.). Цель работы - изучение неоднородности параметров урожая растений пшеницы и агрохимических показателей почвы в пределах делянки полевого опыта. В качестве параметров урожая рассматривали величину биомассы, химический состав растений и вынос элементов питания растениями.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проведено в полевом эксперименте на опытной станции Агрофизического института "Меньково". В схеме опытов указаны только тестируемые варианты.
Полевой эксперимент с яровой пшеницей сорта Ленинградская-97 был заложен в мае 2008 г. на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве. Схема опыта включала следующие варианты: 1. Контроль (без удобрений), 2. Ш33Р65К65, 3. Ю15Р65К65. Длина делянки каждого варианта составляла 350 м, ширина делянки контрольного варианта - 33 м, вариантов 2 и 3 - 80 м. Для отбора почвенных и растительных проб в центральной части поля были
№15Р65К65
ШЗЗР65К65
Контроль
а Н
100 м
и
а. и ш сб
а н
350 м
Рис. 1. Схема отбора почвенных проб: ........- линии опробования (вертикально).
проложены 2 траверсы на расстоянии 100 м друг от друга (перпендикулярно длинной стороне делянок). Почвенные пробы отбирали 21 мая через
19 сут после внесения удобрений. Между траверсами длина каждого варианта опыта была разбита на отрезки с шагом 5 м. Через каждые 5 м в линию на ширину захвата разбрасывателя минеральных удобрений (20 м) отбирали тростьевым буром по
20 проб (15-20 г почвы в пробе) и составляли из них смешанный образец. Из каждого варианта опыта был отобран 21 смешанный почвенный образец. Схема отбора проб представлена на рис. 1. Растительные пробы (15 растений в пробе) отбирали в июле в фазе колошения по схеме отбора почвенных проб (через каждые 5 м).
В условиях модельного эксперимента устанавливали коэффициенты вариации биомассы растений пшеницы, обусловленных неоднородностью посевного материала. Выращивали растения пшеницы (10 растений/сосуд) в семикратной по-вторности на почве, отобранной в вариантах 1 и
2 полевого опыта в день отбора почвенных проб. Перед закладкой опыта почва была тщательно перемешана и просеяна через сито диаметром 3 мм. Масса почвы в сосудах - 650 г. Опыт проводили в лабораторных условиях при температуре 20-24 °С при естественном освещении, поливали растения дистиллированной водой. Уборку опыта провели через 33 сут после посева (фаза выхода в трубку). Определяли сырую и воздушно-сухую биомассу растений. Агрохимическая характеристика почвы опыта представлена в табл. 1.
Таблица 1. Агрохимическая характеристика почвы модельного эксперимента
Вариант рН К, мг/кг Р2О/ К20 Саобм,
N-N0., мг/кг м-экв/100 г
Контроль без удобрений Ш33Р65К65 5.4 5.1 12 15 74 250 550 584 191 332 6.3 7.0
* По Кирсанову.
Таблица 2. Вариационно-статистические показатели, характеризующие неоднородность биомассы растений пшеницы (15 растений) в фазе колошения в пределах делянок полевого опыта
Вариант Число образцов, n S, га M ±5 min max V, %
Биомасса сырая, г
1. Контроль 21 0.2 53 15 31 95 28
2. N133P65K65 21 0.2 90 21 54 129 23
3. N315P65K65 21 0.2 137 48 69 222 35
Биомасса воздушно-сухая, г
1. Контроль 21 0.2 16.6 4.2 10.0 28.1 25
2. N133P65K65 21 0.2 24.0 5.7 14.0 33.9 24
3. N315P65K65 21 0.2 32.7 12 16.6 50.0 37
В почвенных образцах определяли: рНкс1 - по-тенциометрическим методом; содержание обменного Са2+ - согласно [10]; содержание подвижных соединений фосфора и калия в почве - по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО [11]; содержание обменного аммония - по методу Мачиги-на (десорбент 1%-ный раствор KCl, соотношение почва : раствор = 1:10, t = 1 ч), содержание нитратного азота - ионселективным методом. Валовое содержание кальция, фосфора, азота и калия в растениях устанавливали после мокрого озоления. Озоление проводили по методу Гинзбург (Н^О4 + HC1O4 = 10:1) [12]. Содержание кальция в растениях определяли комплексонометрическим методом, содержание фосфора - колориметрическим методом по Дениже, содержание азота - по Несслеру, содержание калия - фотометрическим методом [13]. Математическую обработку данных проводили в программе ORIGIN 6.0 (± в таблицах - стандартное отклонение).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Неоднородность параметров урожая растений пшеницы устанавливали, анализируя данные биомассы, химического состава растений и выноса элементов растениями, полученные по 21-й точке опробования в каждом варианте опыта.
Опыт показал, что внесение минеральных удобрений оказало существенное влияние на рост, развитие и биомассу растений пшеницы (табл. 2). В контрольном варианте кущение наблюдали у единичных растений, в варианте 2 - примерно у 50% растений, при повышенной дозе азотных удобрений в варианте 3 - практически у 100% растений (наличие или отсутствие кущения фиксировали в момент отбора растительных проб). Урожай воздушно-сухой биомассы в варианте 3 в 2 раза превысил урожай в контроле и в 1.4 раза - в варианте 2. Био-
масса 15 растений в пределах делянки в точках опробования различалась в 2.4-3.0 раза (рис. 2).
Коэффициенты вариации величины воздушно-сухой биомассы растений пшеницы в пределах делянки опыта составили 25, 24 и 37% в вариантах 1-3 соответственно. Внесение повышенной дозы азотных удобрений в варианте 3 привело к возрастанию пространственной изменчивости величины биомассы.
Результаты модельного эксперимента показали, что неоднородность посевного материала внесла существенный вклад в вар
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.