Исследование: влияние органических и минеральных систем удобрения на урожайность озимой пшеницы, кукурузы и подсолнечника

Оценка перспектив развития органического полеводства в Кабардино-Балкарской Республике (по данным участка геосети многолетних опытов).

Авторы: Занилов А.Х.^1,2, Лешкенов А.М.¹

¹ Институт сельского хозяйства КБНЦ РАН

² ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» 

Аннотация

С целью оценки перспектив производства органической растениеводческой продукции в условиях степной зоны Кабардино-Балкарской республики проведен анализ данных мониторинга на участке №082 Геосети многолетних опытов по влиянию органических и минеральных систем удобрения на урожайность озимой пшеницы, кукурузы и подсолнечника. В качестве органических удобрений использовались навоз, сидераты (озимый рапс), солома озимой пшеницы и их сочетание. Наиболее эффективный по урожайности вариант сопоставлялся с урожайностью культур, полученной с применением минеральных удобрений. Минеральная система удобрения представлена возрастающими дозами удобрений 0NPK, 1/3NPK, 1/2NPK 1NPK. Максимальная доза 1 NPK соответствует полной расчетной дозе под планируемую урожайность. Мониторинг за период 2019-2024 гг. выявил, что использование всех видов органических удобрений сопровождается ростом урожайности, но наиболее эффективным является вариант, сочетающий навоз, сидераты и солому, обеспечивший прибавку урожая озимой пшеницы, кукурузы и подсолнечника на 27,5; 32,9 и 31,5% соответственно. Использование данного сочетания органических удобрений обеспечивает урожайность сопоставимой c урожайностью озимой пшеницы (33,4 ц/га), полученной на фоне 1/2NPK (средний уровень интенсификации), с урожайностью кукурузы (41,2 ц/га), полученной на низком уровне обеспеченности минеральными удобрениями (1/3NPK), с урожайностью подсолнечника (31,7 ц/га), полученного при максимальной дозе минеральных удобрений.

Ключевые слова

Органическое сельское хозяйство, система удобрения, озимая пшеница, кукуруза, подсолнечник, урожайность

Введение

Одним из наиболее сложных и не систематизированных вопросов в органическом сегменте агропромышленного комплекса России является система удобрения сельскохозяйственных культур. Актуализации данного вопроса способствовало вступление в силу 01.01.2020г. Федерального закона №280-ФЗ «Об органической продукции и о внесении в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

Российский органический сегмент до принятия закона ориентировался преимущественно на регламенты Евросюза (834/2007 и 889/2008). На фоне низкой осведомленности потребителей о свойствах органической продукции и отсутствии достаточной нормативно-правовой основы количество органических предприятий было незначительным и вклад в мировой рынок органической продукции России составлял не более 0,2%. По данным экспертов Автономной некоммерческой организации «Российская система качества» (Роскачество) количество органических предприятий в России к концу 2024 году выросло до 240 [1]. С учетом данных о средней площади органических предприятий в России в 3400 га [2] и количества предприятий, в том числе продолжающих производить органическую продукцию в соответствии с регламентами ЕС, площадь, занятую органическими полями в стране можно ориентировочно оценивать в пределах 1 млн. га.

В связи с крупноконтурностью сельскохозяйственных угодий органических предприятий России, задача обеспечения органического сегмента качественными научными данными существенно возрастает, так как последствия совершенной ошибки на площади 30-40 га (средняя площадь органических предприятий ЕС) и риски недобора или потери урожая на нескольких тысяч гектарах не сопоставимы. Сохранившаяся система российской Геосети опытов с удобрениями, являющейся «наследницей» всесоюзной сети, утвержденной приказом Наркомзема СССР №18 от 14 января 1941 г. [3] открывает большие возможности для научного обоснования перспектив развития органической отрасли растениеводства и, сопряженной с ней отрасли животноводства, в различных регионах страны.

Целью исследования являлось определение производственного потенциала чернозема обыкновенного степной зоны Кабардино-Балкарской республики для органического полеводства и оценка возможности его повышения за счет локальных биологических ресурсов, используемых в качестве почвоудобрительных средств.

Объекты и методы исследования

Работа проводилась на основе данных, полученных с участка длительных полевых исследований, заложенного в 1979 году в соответствии с методическими указаниями [4].

Севооборот пространственно-временной (9 полей) представлен 4-мя культурами на 3-х полях со следующим чередованием: кукуруза на зерно – озимая пшеница – горох – озимая пшеница – кукуруза на зерно – кукуруза на зерно — озимая пшеница – подсолнечник – озимая пшеница. Анализ данных проводился по трем культурам, наиболее распространённым в Терском районе Кабардино-Балкарской республики – озимой пшенице, кукурузе и подсолнечнику.

В работе использовались данные результатов мониторинга (2019-2024 гг.), выполненного в рамках Государственного задания №НИОКТР 122041300008-5.

Для обработки информации по озимой пшенице использовались данные за 6 лет (2019-2024гг.), по кукурузе – за 5 лет (в 2022 г. кукуруза вне севооборота), по подсолнечнику – за 3 года (2021-2023 гг.).

Схема опыта представлена 4 уровнями обеспеченности минеральными удобрениями (0NPK, 1/3NPK, 1/2NPK и полная расчетная доза 1NPK) на фоне различных органических удобрений: навоз, сидераты, солома и их сочетание. Учитывая, что по требованиям органических стандартов использование синтетических минеральных удобрений запрещено, за основу взят вариант с нулевой дозой NPK и используется в качестве контроля при оценке действия различных органических удобрений (таблица 1).

Таблиц 1 – Схема опыта участка Геосети №082

Результаты и обсуждение

Полученные в результате мониторинга данные свидетельствуют о положительном влиянии рассматриваемых органических удобрений на урожайность всех трех сельскохозяйственных культур.

Из таблицы 2 видно, что потенциал почвы (контроль) в среднем за 6 лет обеспечивает урожайность зерна озимой пшеницы равную 26,2 ц/га. При этом урожайность существенно варьирует по годам наблюдений, что может быть связано с метеорическими условиями, сложившимися в год наблюдения.

Таблица 2 – Влияние органических удобрений на урожай озимой пшеницы, ц/га (2019-2021 гг.)

Рассматривая действие навоза, сидератов и соломы на урожайность озимой пшеницы следует отметить их относительно равноценное влияние. Прибавка урожая составила 4,3 ц/га (16,4%), 3,6 ц/га (13,7%) и 4,0 ц/га (15,3%) соответственно.  Формированию максимальной урожайности способствовало сочетание всех исследуемых органических удобрений, что может быть связано с большей частотой поступления органического материала в почву и, соответственно, большего его объема. Превышение урожайности достигло 7,2 ц/га, что в относительном выражении составляет 27,5%.

Тема развития органического земледелия часто вызывает дискуссии в научном сообществе, связанные в первую очередь с возможной низкой рентабельностью производства из-за возможного недобора урожая сельскохозяйственных культур, во-вторых с опасением деградации почвенного плодородия.

Для ответа на первый вопрос сопоставим результаты с урожайностью озимой пшеницы за исследуемый период, полученной при использовании возрастающих доз минеральных удобрений на фоне без органических удобрений (рис. 1).

Рисунок 1 – Урожайность озимой пшеницы при минеральной и органической системах удобрения, ц/га

Из диаграммы видно, что урожайность при органической системе удобрения, сочетающая в себе внесение в почву навоза, соломы и сидератов сопоставима с урожайностью озимой пшеницы, выращенной с применением ½ расчетной дозы минеральных удобрений (различие ниже 5%) и выше, чем в варианте с внесением 1/3 расчетной дозы на 10,9%.

Рассматривая вопрос обеспеченности почвы минеральными элементами питания, следует учесть, что навоз, содержание в котором азота, фосфора и калия составляет 0,51%; 0,28% и 0,58% [5] соответственно, обеспечивает поступление в почву за ротацию севооборота 510 кг азота, 280 кг фосфора и 580 кг калия. Данный объем покрывает потребность растений в элементах питания, необходимых для формирования лополнительной урожайности, равной 7,2 ц/га. Учитывая, что для формирования 1 ц зерна озимой пшеницы в среднем требуется 2,0 кг азота, 0,7 кг фосфора и 0,4 кг калия [6], то для повышения урожайности потребовалось 14,4 кг азота, 5 кг фосфора и 2,9 кг калия, что за 9 лет севооборота эквивалентно130 кг азота, 45 кг фосфора и 26 кг калия.

Как отмечено выше, урожайность в зависимости от года исследований может существенно варьировать. Следовательно, для оценки стабильности влияния органических удобрений как фактора повышения урожайности вне зависимости от сложившихся метеорологических условий важно получить равнозначные коэффициенты корреляционной зависимости изменения урожайности по годам (табл. 3).

Таблица 3 – корреляционная связь изменения урожайности озимой пшеницы в динамике по годам исследования

Тесная корреляционная зависимость по вариантам опыта (>0,9), отраженная в таблице 3 свидетельствуют о том, что в степной зоне Кабардино-Балкарской республики при прочих равных условиях, в том числе метеорологических, внесение органических удобрений будет сопровождаться повышением урожайности озимой пшеницы.

При оценке влияния исследуемых органических удобрений на урожайность кукурузы (табл. 4) и подсолнечника прослеживается тренд аналогичный установленному для озимой пшеницы.

Таблица 4 – Влияние органических удобрений на урожайность зерна кукурузы, ц/га

Из таблицы 4 видно, что в зависимости от вида органического удобрения повышение урожайности кукурузы варьировало в пределах 12,3-32,9%. Максимальная прибавка так же, как и в случае с озимой пшеницей обеспечивалась в варианте, сочетающем все виды органических удобрений и составляла 10,2 ц/га.

Чередование в севообороте навоза, сидератов и соломы обеспечивает урожайность сопоставимую с урожайностью, полученной с использованием низких доз минеральных удобрений (рис. 2).

Рисунок 2 – Урожайность кукурузы при минеральной и органической системах удобрения, ц/га

Из диаграммы видно, что органическая система удобрения обеспечивает урожай кукурузы на 2,2 ц/га (5,6%) выше, чем при внесении 1/3 расчетной дозы минеральных удобрений в традиционном земледелии. Коэффициент изменчивости урожая в динамике также соответствует высоким значениям — r= 0,876 — 0,926.

По данным проведенного мониторинг установлено, что подсолнечник также положительно отзывается на органическую систему удобрения (табл. 5). Повышение урожая в зависимости от вида органических удобрений и их сочетания варьирует в пределах 12,0-31,5%.

Таблица 5 – Влияние органических удобрений на урожайность подсолнечника, ц/га

Максимальная прибавка урожая (7,6 ц/га) достигнута в варианте (Н+С+С).

Сравнение действия органической системы удобрения подсолнечника с минеральной открывает большие перспективы к переводу производства подсолнечника в условиях Кабардино-Балкарской республики на органические технологии, так как можно получать урожаи, сопоставимые с урожаями при высоком уровне интенсификации земледелия (рис. 3).

Рисунок 3 – Урожайность подсолнечника при минеральной и органической системах удобрения, ц/га

Из диаграммы видно, что органическая система обеспечивает урожайность подсолнечника на 3,7 ц/га (13,2%) и 1,6 ц/га (5,3%) выше, чем в вариантах с низким (1/3NPK) и средним (1/2NPK) уровнем интенсификации земледелия. По отношению к максимальному уровню интенсификации (полная расчетная доза NPK) органическая система демонстрирует сопоставимую урожайность (различие менее 1,3%).

Считается, что ориентиром оптимальности системы удобрения является уровень роста прибавки урожая, при котором достигается максимальная окупаемость внесенных питательных веществ [7]. Несмотря на то, что в задачи исследования не входило проведение сравнительной оценки экономической эффективности рассмотренных систем удобрения, следует отметить, что в структуре затрат на производство зерна доля расходов на синтетические минеральные удобрения достигает 20% и ежегодно увеличивается [8], в то время как стоимость основных элементов из навоза в 4 раза ниже, чем из минеральных удобрений [9].  Включение в последующие расчеты данных о стоимости минеральных и органических удобрений, а также размеров добавленной стоимости за счет экологических преимуществ органического продукта [10] позволит более объективно оценить перспективы развития органического растениеводства в Кабардино-Балкарской республике.

Выводы

В результате многолетнего мониторинга по оценке влияния различных систем удобрения на урожайность полевых культур было выявлено, что органическая система удобрения 9-польного севооборота, сочетающая внесение 100 тонн навоза, 4 года использования сидератов и измельченной соломы способствовала получению урожайности озимой пшеницы сопоставимой с урожайностью, полученной при среднем уровне интенсификации производства (½ расчетная доза минеральных удобрений). По отношению к низкому уровню интенсификации (1/3NPK) органическая система повышала урожайность на 10,9%.

Перспектива производства кукурузы по органической системе питания проявляется при сопоставлении данных урожая, полученного при использовании 1/3 расчетной дозы NPK. По мере роста доз минеральных удобрений их преимущество перед органическими удобрениями возрастает, что позволяет оценить данную культура как отзывчивую на интенсификацию ее производства.

Максимальные перспективы использования органических систем удобрения проявляются на подсолнечнике, что выражается в получении сопоставимого урожая с применением полной расчетной дозы удобрения (1NPK) и повышения урожая на 5,6% и 13,2% по мере снижении уровня интенсификации технологии – при внесении ½ и 1/3 расчетных доз соответственно.

Литература

1. /kolichestvo-vydannykh-organicheskikh-se/
2. Занилов, А. Х. Организация органического сельскохозяйственного производства в России / А. Х. Занилов, О. С. Мелентьева, А. М. Накаряков. – Москва : Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса, 2018. – 124 с. – EDN NLISRM
3. Романенков В.А. Агрохимические опыты в системе исследований Геосети: прошлое, настоящее и будущее // Известия ТСХА. 2012. №3. С. 54-61
4. Методических указаний по проведению исследований в длительных опытах с удобрениями [148]. Часть 1. Методика проведения опытов и анализ почв. М.: ВАСХНИЛ. ВИУА, 1975.168 с.
5. Vokkocov Z. Production of organic fertilizers using local raw materials / Z. Vokkosov // Universum: технические науки. – 2023. — № 4-8(109).- P. 12-14 – EDN WPBFOD
6. Бочарникова Е.Г., Беспалова Н.С. Вынос элементов питания урожаем различных сортов озимой пшеницы // Известия КБНЦ РАН. 2021. №2 (100). С. 30-38.
7. Шеуджен А.Х., Громова Л.И., Онищенко Л.М. Ш52 Методы расчета доз удобрений: учеб. пособие / Кубан. гос. агр. ун-т. – Краснодар, 2010. – 61 с.
8. Зюкин Д. А., Петрова С. Н., Святова О. В. Эффективность затрат на минеральные удобрения в зерносеющих организациях // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2022. №2. С. 172-176.
9. Коновалова Л.К., Окорков В.В., Фенова О.А., Окоркова Л.А. расчет затрат на использование органических удобрений и экономическая оценка агротехнологий // Владимирский земледелец 2021. №2 (96). С. 58-62. DOI:10.24412/2225-2584-2021-2-58-62.
10. Камилов М. К., Камилова П. Д., Камилова З. М., Эминова Э. М. Органическая продукция сельского хозяйства — одно из актуальных направлений экологизации АПК // РППЭ. 2017. №5 (79). С. 20-30.