Повышение урожайности и качества зерна озимой пшеницы за счет применения инновационных удобрений и сельхозмашин

Полный текст

Введение

Современное сельское хозяйство обеспечивает население продовольствием. Оно должно быть разнообразным и качественным. К сожалению, проблема дефицита продовольствия актуальна, и она усугубляется. Российская Федерация, располагая значительными земельными ресурсами, эффективно реформировав агропромышленный комплекс, становится одной из ведущих стран по производству продуктов питания как для собственного населения, так и для экспорта. Существенным фактором, обеспечивающим производство сельскохозяйственной продукции в требуемом количестве, является сохранение и приумножение плодородия почв, что в настоящее время обеспечивается не в полной мере. Для этого отечественной и мировой наукой разрабатываются интенсивные технологии с использованием инновационных агрохимических (исследовались удобрения ПАО «КуйбышевАзот») и технических средств (система машин «Туман» ООО «Пегас-Агро») для эффективного их применения. По заключению основателя отечественной агрохимии Д. Н. Прянишникова, «главным условием, определяющим среднюю высоту урожая в разные эпохи, является степень обеспеченности сельскохозяйственных культур азотом» [1].

Наряду с традиционно применяемыми в сельском хозяйстве твердыми азотными удобрениями, большое распространение в мире получает жидкое удобрение на основе карбамидо-аммиачной смеси (КАС), особенно для засушливых условий и прогнозируемого глобального потепления¹ [1–3]. КАС как вид жидкого азотного удобрения был запатентован в США в марте 1984 года. Карбамидо-аммиачная смесь сейчас успешно применяется в Европе, США, Австралии и других странах мира для выращивания злаков, фруктов, технических культур.

В связи с интенсивным распространением КАС в России в ряд регионов на юге и севере, отечественная химическая промышленность, компании «Акрон», «ЕвроХим», «КуйбышевАзот» и «СДС Азот», поставляет более 3,5 млн т КАС-32 для 35 млн га сельскохозяйственных угодий при среднем расходе в 100 кг/га по различным технологиям его внесения.

В значительной степени проблема сохранения и повышения плодородия почв связана со всесторонним изучением КАС, требующим особых технологий и технических средств при применении²[4; 5].

Цель исследования – обоснование рациональных технологий с основными составляющими эффективного применения КАС на основных видах сельскохозяйственных культур.

Обзор литературы

В своих исследованиях ученые Самарского ГАУ основывались на результатах исследований по оптимизации технологий применения КАС различного состава на сельскохозяйственных культурах³ [4–6]. При этом учитывали коэффициент использования азота минеральных удобрений растениями и его регулирование [1], оценку влияния жидких комплексных удобрений на урожайность зерна озимой пшеницы [2], агроэкономическую оценку применения жидких азотных удобрений в сельском хозяйстве⁴, разработки по интеллектуальным машинным технологиям и технике для реализации государственной программы развития сельского хозяйства [3], расход ресурсов биологического азота в земледелии России [4], сравнительную оценку жидких азотных и азотосеросодержащих удобрений на базе КАС, по сравнению с твердыми минеральными удобрениями⁵, алгоритм оценки и выбора машинных технологий с учетом показателей экологической устойчивости сельских территорий [5], инновационную технику и технологии применения жидких удобрений КАС в регионах с недостаточным увлажнением при прогнозируемом глобальном потеплении [6–10].

По имеющейся информации и проведенному научному обзору определено главное – жидкие азотные минеральные удобрения КАС имеют существенное положительное влияние на развитие, урожайность и качество ликвидных возделываемых сельскохозяйственных культур. При этом КАС

– дешевый и прост в производстве;

– безопасный при перевозках, хранении и использовании;

– в отличие от других видов азотных солей, использующихся в сельском хозяйстве, не взрывается, менее опасен для здоровья;

– универсальный (КАС широко используется для внесения в почву и внекорневой подкормки, что особенно важно для влажных местностей, где азот легко вымывается из почвы);

– долго действует (в смеси азот содержится в трех видах, из которых четверть (ионы NO₃) сразу доступна для поглощения растениями, также доступна для усвоения другая четверть – ионы NH₄, которая быстро может перерабатываться почвенными нитрифицирующими бактериями в нитраты NO; оставшаяся половина общего количества азота постепенно превращается под воздействием почвенных энзимов в NH₄, а затем в NO₃, что обеспечивает длительность периода действия удобрения);

– используется как основа для добавления других видов подкормок и пестицидов [11–15].

Анализ литературных источников по рассматриваемой теме показывает, что с учетом физико-механических и химических свойств КАС необходимо совершенствовать существующие технологии применения, так как есть нерешенные вопросы по повышению эффективности его использования [16–20].

Особенно интенсивно совершенствуются сельскохозяйственные машины по внесению КАС. Так поставка на российский аграрный рынок голландской машины-ликвилайзера для более эффективного внутрипочвенного внесения удобрений Duport стимулировала отечественные сельхозмашиностроительные фирмы к созданию отечественных аналогов. В итоге Самарское ООО «Пегас-Агро» разработало систему машин для внесения минеральных удобрений, в частности мультиинжектор «Туман-2M», не уступающий голландской машине⁶[21–25].

Материалы и методы

В соответствии с поставленными задачами проводились исследования технических средств ООО «Пегас-Агро»: мультиинжектор (ликвилайзер) «Туман-2М» (рис. 1a) и опрыскиватель «Туман-2» (рис. 1b) для внесения азотных жидких минеральных удобрений на основе карбамидно-аммиачной смеси КАС по разным технологиям и нормам внесения с дополнительным добавлением мезо- и микроэлементов.

 

 

 

 

Рис. 1. Агрегаты фирмы «Пегас-Агро»:
a) мультиинжектор «Туман-2М»; b) опрыскиватель штанговый «Туман-2»

 

Fig. 1. Units manufactured by the company Pegas-Agro:
a) multi-injector Tuman-2M; b) rod sprayer Tuman-2

 

Полевые исследования проводились в значительно отличающиеся по погодным условиям годы (2021 г. – засушливый, 2022 г. – благоприятный по влаге) на опытных полях Самарского государственного аграрного университета по общепринятой методике полевого опыта на озимой пшенице сорта Базис селекции Самарского НИИСХ. В исследованиях использовались КАС-32 (N-32 %) и КАС+S, содержащая 26 % азота и 2,5–4,0 % серы. В отдельных опытах, в соответствии с почвенными анализами, использовалась сложная баковая смесь с добавлением в раствор КАС+S недостающих калия (за счет гумата калия, 5 л/га) и микроэлементов: медь, бор, цинк (по 0,5 кг/га) (табл. 1).

 

Таблица  1 Варианты опытов в 2021/2022 гг.

Table  1 Variants of experiments in 2021/2022

 

Варианты опытов / Variants of experiments
Контроль: разбрасыватель, аммиач. селитра, 120 кг/га / Control: spreader, ammonia. saltpeter, 120 kg/ha	Опрыскив., «Туман-2» КАС+S, 200 л/га / Sprayer, Tuman-2 CAS+S, 200 l/ha	Мультиинжектор «Туман-2М» / Multi-injector Tuman-2M			КАС+S: Опрыск. + Мультиинжектор, 200 + 250 л/га / CAS+S: Offspring. + Mu-ltiinjector, 200 + 250 l/ha	КАС + S + гум.калия- 5 л/га + Gu +Br + Zn-0,5кг/га / CAS + S + + gum. potassium- 5 l/ha + Gu + Br + Zn- 0.5 kg/ha
		КАС+S, 200 л/га / CAS+S, 200 l/ha	КАС+S, 300 л/га / CAS+S, 300 l/ha	КАС+S, 350 л/га / CAS+S, 350 l/ha

 

 

Исследования проводились по следующим схемам (рис. 2).

 

 

 

 

Рис. 2. Опытный участок для исследований эффективности внутрипочвенного
внесения жидких азотных серосодержащих удобрений КАС+S: а) мультиинжектором «Туман-2М»;
b) штанговым опрыскивателем «Туман-2»

Fig. 2. Experimental site for studies of the effectiveness of intra-soil application of liquid nitrogen
sulfur-containing fertilizers CAS+S: a) multi-injector Tuman-2M; b) rod sprayer Tuman-2

 

Экспертная оценка широко распространенных в АПК России машинных комплексов «Туман» свидетельствует в первую очередь об эффективно выбранной 3-осевой ходовой платформе с набором шин низкого и сверхнизкого давления. При этом для снижения давления на почву и лучшей сохранности посевов, особенно озимых, используются широкие шины (рис. 1), а для сохранности пропашных культур с междурядьями 70 см при их подкормке устанавливаются узкие шины из комплекта мультиинжектора (рис. 3).

 

 

 

 

Рис. 3. Мультиинжектор «Туман 2М» с узкими колесами на подкормке кукурузы

Fig. 3. Multi-injector Tuman-2M with narrow wheels for feeding corn

 

Особенностью агрегатов «Туман» ООО «Пегас-Агро» является то, что все они собраны на единой транспортно-силовой базе «платформе», что обеспечивает при необходимости их взаимозаменяемость (в течение 5 часов) в зависимости от проводимых агрохимических работ.

Результаты исследования

Технологический процесс внесения жидких удобрений в почву мультиинжектором «Туман-2М» представляет собой подачу раствора под давлением 3 атм к иглам инъекционных колес. Иглы с отверстиями на конце, погружаясь в почву, открывают клапан подачи КАС и впрыскивают его на глубину 6–8 см в зону корнеобразования растений с междурядьями 25–35 см.

В качестве альтернативы мультиинжектору «Туман 2М» использовали опрыскиватель «Туман-2» с пятиструйными крупнокапельными форсунками. В процессе исследований, в соответствии с программой, определяли возможности по прибавке урожайности озимой пшеницы сорта Базис при разных нормах внесения и состава удобрения на базе КАС. Сравнительная эффективность раздельного и одновременного, на одном участке, внесения жидких удобрений КАС мультиинжектором и штанговым опрыскивателем представлена в таблице 2 и в графическом виде на рисунках 4, 5.

 

Таблица 2 Урожайность озимой пшеницы сорта Базис 2021/2022 гг.

Table 2 The yield of the winter wheat variety Basis  in 2021/2022

 

Варианты опытов / Variants of experiments
Контроль: разбрасыватель, аммиач. селитра, 120 кг/га / Control: spreader, ammonia. saltpeter, 120 kg/ha	Опрыскив., «Туман-2» КАС+S, 200 л/га / Sprayer, Tuman-2 CAS+S, 200 l/ha	Мультиинжектор «Туман-2М» / Multi-injector Tuman-2M			КАС+S: Опрыск. +Мультиинжектор, 200 + 250 л/га / CAS+S: Offspring. + Multiinjector,  200 + 250 l/ha	КАС + S + + гум. калия-5 л/га  + Gu + + Br + Zn-0,5 кг/га / CAS + S + gum. potassium-5 l/ha + + Gu + Br + + Zn-0.5 kg/ha
		КАС+S, 200 л/га / CAS+S, 200 l/ha	КАС+S, 300 л/га / CAS+S, 300 l/ha	КАС+S, 350 л/га / CAS+S, 350 l/ha
39,9 / 51,7	48,4 / 61,7	56,1 / 62,5	58,2 / 64,1	61,5 / 65,5	63,8 / 78,5	62,8 / 76,9

 

 

В 2021 г. на этапе экспериментальных исследований определяли содержание азота в почве и непосредственно в растениях, а также качество и количество урожая озимой пшеницы сорта Базис.
Из результатов исследований следует, что обработка посевов мультиинжектором «Туман-2М», в сравнении с листовой обработкой опрыскивателем «Туман-2», в фазу кущения приводит к увеличению урожайности озимой пшеницы с 48,4 до 56,1 ц/га, что эффективнее на 20 %, и на 40 % (с 39,9 до 56,1 ц/га) – по сравнению с контролем (табл. 2). Комплексная обработка (опрыскивание + мультиинжектор) при норме 200 + 250 л/га позволяет увеличить урожайность до 63,8 ц/га, что на 60 % больше, по сравнению с контролем.

Качественные показатели полученного зерна определяли по белку и клейковине. В итоге применение КАС+S приводит к повышению классности пшеницы по белку с III до I кл., а по клейковине с III до II кл., по сравнению с пшеницей, не обработанной жидкими удобрениями.

В более благоприятный по увлажнению 2022 год урожайность озимой пшеницы от действия удобрений возросла, по сравнению с засушливым 2021 годом (табл. 2, рис. 4).

 

 

 

 

 

Рис. 4. Урожайность озимой пшеницы (2022 г.) в зависимости от технологий обработки
посевов: a) урожайность в ц/га; b) урожайность в %

 

Fig. 4. Yield of winter wheat (2022) depending on crop processing technologies:
a) yield in c/ha; b) yield in %

 

 

Так, при внесении жидких удобрений КАС+S при подкормке озимых в фазу кущения мультиинжектором урожайность, по сравнению с контролем, возросла с 51,7 до 65,5 ц/га или на 26,7 % (рис. 4). При добавлении в КАС+S гумата калия в количестве 5 л/га и микроэлементов Gu, Zn, Br по 0,5 кг/га урожайность пшеницы возросла до 76,9 ц/га, или на 48,7 %. Максимально возможный эффект от применения жидких удобрений получили при комбинированном внесении КАС+S практически двойной нормы (мультиинжектором внутрипочвенно + опрыскивателем поверхностно). Урожайность при этом составила 78,5 ц/га, или на 51,8 % выше относительно контроля.

По итогам 2022 года при наиболее благоприятных условиях для растениеводства по увлажнению на производственных посевах в Самарской области так же была получена рекордная за последние годы урожайность.

Состояние посевов было хорошим (рис. 5), качество зерна по хлебопекарным показателям, главным образом по клейковине и белку, так же было высоким для озимой пшеницы и находилось на уровне III‒II классов (табл. 3), что свидетельствует об эффективном действии азотных жидких минеральных удобрений.

 

 

 

 

Рис. 5. Озимая пшеница сорт Базис:
а) обработанная мультиинжектором «Туман-2М»; b) обработанная опрыскивателем «Туман-2»

Fig. 5. Winter wheat variety Basis:
a) Treated with a multi-injector Tuman-2M; b) Treated with a sprayer Tuman-2

 

 

 

 

Таблица 3 Показатели качества озимой пшеницы, %, I–IV класс – сорт Базис Самарского НИИСХ
в опытах при различном питании и технологиях внесения агрегатами «Туман-2» – опрыскиватель (О),
«Туман-2М» – мультиинжектор (М) в опытах Самарского ГАУ в 2022 году 

 

Table 3 Quality indicators of winter wheat, %, I–IV class – the Basis variety of the Samara Research Institute in experiments
 with different nutrition and application technologies with the units Tuman-2 – sprayer (S),
Tuman-2M – multi-injector (M) in the experiments of the Samara GAU in 2022

 

Варианты опытов / Variants of experiments	Протеин, белок, %(класс) / Protein, % (class)	Влажность,% / Humidity, %	Массовая доля сырой клейковины,% (класс) / Mass fraction of raw gluten,% (class)	Качество сырой клейковины, ед. прибора ИДК, % (класс) / Raw gluten quality, units device,% (class)	Стекловидность, % (класс) / Virtuousness,% (class)
1. Контроль, аммиачная селитра / Control, ammonium nitrate	11,579 (IV)	12,615	19,867 (IV)	67,470 (I)	44,919 (II)
2. (О) КАС-32-200 л/га / (S) CAS-32-200 l/ha	11,659 (IV)	12,796	20,422 (III)	68,023 (I)	45,479 (II)
3. (М) КАС-32-200 л/га / (M) CAS-32-200 l/ha	12,797 (III)	12,442	22,551 (II)	69,072 (I)	47,085 (II)
4. (М) КАС-32-300 л/га / (M) CAS-32-300 l/ha	14,318 (I)	12,396	25,163 (II)	63,225 (I)	43,459 (II)
5. (М) КАС-32-350 л/га / (M) CAS-32-350 l/ha	14,269 (I)	12,816	25,407 (II)	67,243(I)	46,566 (II)
6. КАС-32 (О) – 200л/га (М) – 250л/га / CAS-32 (S) – 200 l/ha (М) – 250 l/ha	13,828 (I)	12,600	24,798 (II)	65,444 (I)	44,836 (II)
7. КАС+S-200 л/га + гумат калия-5 л/га + Gu + Zn + Br-0,5 кг/га + ингибитор 0,1кг/га / CAS+S-200 l/ha + gum. Potassium 5 l/ha + Gu + Br + Zn-0.5 kg/ha + + inhibitor 0,1 kg/ha	19,780 (I)	12,620	24,452 (II)	67,039 (I)	44,060 (II)

 

 

Эффективность инновационных технологий с внесением жидких азотных минеральных удобрений КАС будет большей при применении точного земледелия и дополнительных агротехнических мероприятий по влагонакоплению и экономичному ее использованию⁷ [24–26].

 

Обсуждение и заключение

1. На повышение урожайности и качества возделываемых сельскохозяйственных культур по результатам наших многолетних исследований значительным образом влияют азотные жидкие удобрения на основе карбамидно-аммиачной смеси КАС, производимые ПАО «Куйбышев Азот» (г. Тольятти, Самарская обл.), особенно с добавлением мезоэлемента серы (S) КАС+S, гумата калия и недостающих в почве микроэлементов: Gu, Zn, Br.
2. При применении КАС наиболее эффективной технологией его внесения, особенно в засушливые годы, является внутрипочвенное инъекторное внесение ликвилайзерами. В наших опытах хорошие результаты показал мультиинжектор «Туман-2М» российского производства ООО «Пегас-Агро» (г. Самара).
3. Проведенные Самарским ГАУ полевые сравнительные испытания показывают, что применение инновационных технологий внесения КАС+S способствует увеличению урожайности озимой пшеницы сорта Базис до 51,8 %, а также приводит к повышению ее классности по белку с III до I кл., а по клейковине – с III до II кл., по сравнению с пшеницей, не обработанной жидкими удобрениями.
4. В целом жидкие минеральные удобрения КАС имеют преимущество, по сравнению с твердыми, особенно в засушливые годы, что особенно актуально в условиях прогнозируемого глобального потепления.

 

 

¹           Рекомендации по развитию агропромышленного комплекса и сельских территорий нечерноземной зоны Российской Федерации до 2030 года / А. Л. Иванов [и др.] // Версия 2.0. Москва, 2021. 400 с. URL: https://new.ras.ru/staff/akademiki/ivanov-andrey-leonidovich/ (дата обращения: 03.12.2022).

²           Сычев В. Г., Ефремов Е. Н. Агрохимия в решении задач продовольственной безопасности // Агрохимия в XXI веке : мат-лы Всерос. науч. конф. с междунар. участием. 2018. С. 34–41. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41241642&pff=1 (дата обращения: 03.12.2022) ; Сычев В. Г. Современное состояние плодородия почв и основные аспекты его регулирования. М. : РАН, 2019. 324 с. ; Сычев В. Г. Перспективы использования новых агрохимикатов в современных агротехнологиях // Перспективы использования инновационных форм удобрений, средств защиты и регуляторов роста растений в агротехнологиях сельскохозяйственных культур : мат-лы докладов участников научн.-практич. конф. 2018. С. 3–6. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35437695 (дата обращения: 03.12.2022) ; Сычев В. Г., Алиев А. М., Цимбалист Н. И. Влияние средств химизации в технологиях возделывания озимой пшеницы на зависимость между урожайностью зерна и энергетической эффективностью // Итоги выполнения программы фундаментальных научных исследований государственных академий на 2013‒2020 гг. : мат-лы Всерос. координационного совещания научных учреждений-участников Географической сети опытов с удобрениями. 2018. С. 278–286. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35672882&pff=1 (дата обращения: 03.12.2022).

³           Там же.

⁴           Рекомендации по развитию агропромышленного комплекса…

⁵           Сычев В. Г., Ефремов Е. Н. Агрохимия в решении задач продовольственной безопасности.

⁶           Мочкова Т. В., Марченко Л. А., Колесникова В. А. Агроэкономическая оценка применения жидких азотных удобрений в сельском хозяйстве // Интеллектуальные машинные технологии и техника для реализации Государственной программы развития сельского хозяйства : сборник научных докладов Междунар. науч.-технич. конф. 2015. С. 59–63. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=24016086&pff=1 (дата обращения: 03.12.2022) ;  Завалин А. А., Чернова Л. С. Ресурсы биологического азота и его использования в земледелии России // Плодородие почв России: состояние и возможности : сборник статей. 2019. С. 40–49. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41492258&pff=1 (дата обращения: 03.12.2022) ; Жидкие азотные и азотосеросодержащие удобрения на базе КАС ‒ эффективная альтернатива твердым минеральным удобрениям / В. А. Милюткин [и др.] // Проблемы современной аграрной науки : мат-лы Междунар. науч. конф. 2020. С. 71–74. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44126248 (дата обращения: 03.12.2022).

⁷           Милюткин В. А. Инновационные техника и технологии применения жидких удобрений КАС в регионах с недостаточным увлажнением при прогнозируемом глобальном потеплении : моногр. Кинель, 2021. 181 с. ; Прокопчук Р. Е., Беляев В. И. Эффективность машинно-тракторных агрегатов для внутрипочвенного внесения жидких минеральных удобрений // Аграрная наука – сельскому хозяйству : сборник материалов XVII Междунар. науч.-практич. конф. в 2-х книгах. 2022. С. 66–68. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48559596 (дата обращения: 03.12.2022) ; Прокопчук Р. Е., Беляев В. И., Щербинин В. В. Точная инъекция жидких минеральных удобрений // Аграрная наука – сельскому хозяйству : сборник материалов XVI Междунар. науч.-практич. конф. в 2 кн. 2021. С. 32–34. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46137892 (дата обращения: 03.12.2022) ; Длужевский Н. Г., Милюткин В. А. Оптимизация транспортной логистики жидких удобрений ПАО «КуйбышевАзот» по программе завод-поле // Роль аграрной науки в устойчивом развитии сельских территорий : Сборник V Всерос. (нац.) науч. конф. 2020. С. 1138–1142. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44343408 (дата обращения: 03.12.2022) ; Милюткин В. А., Длужевский Н. Г. Логистика жидких удобрений ПАО «КуйбышевАзот» – от завода до сельхозпредпрятия – АПК // Теоретические и концептуальные проблемы логистики и управление цепями поставок : сборник статей II Междунар. науч.-практич. конф. 2020. С. 49–53. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43809794 (дата обращения: 03.12.2022) ; Исследование эффективности инновационной технологии внесения жидких удобрений КАС внутрипочвенно и поверхностно агрегатами «Пегас-Агро» / В. А. Милюткин [и др.] // Актуальные вопросы агропромышленного комплекса России и за рубежом : мат-лы Всерос. (нац.) науч.-практич. конф. с международным участием. 2021. С. 114–121. URL:https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47442195 (дата обращения: 03.12.2022)

 

Об авторах

Владимир Александрович Милюткин

Самарский ГАУ

Автор, ответственный за переписку.
Email: oiapp@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8948-4862
ResearcherId: AAZ-5043-2019

доктор технических наук, профессор кафедры технологии производства и экспертизы продукции из растительного сырья

Россия, 446442, г. Кинель, ул. Учебная, д. 2

Владимир Анатольевич Овчинников

Национальный исследовательский Мордовский государственный университет

Email: ovchinnikovv81@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0350-8478
ResearcherId: O-6834-2018

кандидат технических наук, доцент кафедры мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин имени профессора А. И. Лещанкина

Россия, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68

Список литературы

Дополнительные файлы