Споживання азоту кукурудзою

1434
Споживання азоту кукурудзою

Науковці Corteva постійно проводять ґрунтовні дослідження, спрямовані на підвищення урожайності кукурудзи шляхом покращення ефективності споживання азоту (ЕВА) гібридами кукурудзи.

Розуміння процесу споживання азоту (N) є ключовим чинником для підвищення ЕВА кукурудзи, що важливо як для науковців, так і для аграріїв, які прагнуть досягти оптимального менеджменту азотного живлення рослин.

Проведені сучасні дослідження наукових установ і Corteva Agriscience дають змогу розкрити джерела та особливості споживання азоту під час вегетації кукурудзи:

  • Існують два джерела азоту для забезпечення розвитку зернівок кукурудзи: N, переміщений із вегетативних органів кукурудзи, та N, який постійно вбирається із ґрунту. Таким чином, забезпечення рослин азотом впродовж усього періоду вегетації кукурудзи є критичним для отримання максимального урожаю;
  • На момент цвітіння (R1) кукурудза використовує приблизно 63% сезонної потреби в азоті. Решта споживається під час наливу зерна (R1-R6);
  • Для отримання високих врожаїв рослини кукурудзи потребують 150–230 кг/га азоту для підтримки належного розвитку зерна. Приблизно 38% цієї потреби постачається із вегетативних органів кукурудзи, решта – за рахунок споживання азоту із ґрунту після цвітіння;
  • При інтенсивній технології вирощування споживання азоту кукурудзою після цвітіння може становити 95–145 кг/га.

При внесенні азоту на рівні максимально можливого використання вірогідність його споживання рослинами і потенційної наявності для підтримки формування та наливу зерна зростає.

Сезонний моніторинг наявності азоту в ґрунті дуже важливий, оскільки 1) дає можливість попередити аграріїв про потенційну нестачу азоту з метою подальшого нівелювання цієї проблеми, 2) створює передумови для модифікації плану азотного живлення на наступні роки.

ВАЖЛИВІСТЬ АЗОТУ ПРИ ВИРОЩУВАННІ КУКУРУДЗИ

Азот – найбільш важливий елемент і один із найдорожчих складників при вирощуванні кукурудзи. За даними досліджень, проведених у США, внесення азоту становить 18 і 13% операційних витрат при вирощуванні кукурудзи по кукурудзі та кукурудзи по сої відповідно (Duffy, 2014).

Незважаючи на те, що віддача від внесення азотних добрив зазвичай більша, ніж від інших елементів живлення, аграріям слід ефективно використовувати азот для досягнення максимальної користі. Це означає мінімізацію втрат азоту шляхом внесення його необхідної кількості в періоди, коли рослина його  максимально потребує. Водночас слід бути впевненим, що азот не є лімітуючим чинником для отримання максимального врожаю впродовж усього вегетаційного періоду кукурудзи. Дуже важливо, щоб кількість азоту в період його максимального використання (V8–VT) була достатньою (Butzen, 2011).

Кукурудзяне поле на початку інтенсивного вбирання азоту
Кукурудзяне поле на початку інтенсивного вбирання азоту

Ця стаття фокусується на важливості забезпечення азотом не тільки в період швидкого росту кукурудзи, а й під час наливу зерна та під час усього вегетаційного періоду.

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ АЗОТУ

Середня урожайність кукурудзи у США в останніх 50 років зросла більше ніж удвічі, підвищилися й норми внесення азоту (рис. 1). Починаючи із 1980-х років, рівень внесення азоту спинився на позначці приблизно 150–160 кг/га, а урожайність продовжила зростати (рис. 1).

Рис. 1. Історична урожайність кукурудзи на зерно та рівень внесення азоту в США. Джерело: USDA
Рис. 1. Історична урожайність кукурудзи на зерно та рівень внесення азоту в США. Джерело: USDA

Це збільшення урожайності кукурудзи (1,3 ц/га щорічно, починаючи з 1980 р.) при незмінному рівні внесення азоту свідчить, що ефективність використання азоту (ЕВА, кг N/га) значно зросла. Підвищення ЕВА – результат покращень в генетиці та технології вирощування.

ВМІСТ АЗОТУ В ЗЕРНІ

Чітке розуміння потреб в азоті при інтенсивному та екстенсивному господарюванні в умовах різного азотного живлення є основною умовою вдосконалення ЕВА. Науковці Corteva провели дослідження, в рамках яких оцінювалися 20 гібридів Pioneer при інтенсивному вирощуванні біля Сіоти в 2012–2013 роках. Метою досліду було визначення його вмісту в конкретних гібридах (рис. 2).

Рис. 2. Вміст азоту в зерні та урожайність 20 гібридів, Сіота, 2012–2013 рр.
Рис. 2. Вміст азоту в зерні та урожайність 20 гібридів, Сіота, 2012–2013 рр.

Урожайність у досліді коливалася від 126 до 157 ц/га. Середній вміст білка був у межах 9–10%. Азот – основа всього білка в рослині та зерні; одна частина азоту забезпечує виробництво 6,25 частини білка. В цьому дослідженні було утворено 1050–1481 кг/га білка.  Іншими словами, зерно винесло 168–237 кг азоту/га (рис. 2).

Потреба рослини в азоті для формування зерна пропорційна урожайності. Сучасні дослідження доводять, що при урожайності 50–95 ц/га потреба в азоті становить менше ніж 73 кг/га. Коли урожайність перевищує 126 ц/га, винос азоту становить 156 кг/га. У методичних матеріалах Iowa State University наводяться аналогічні показники азоту в зерні – 154 кг/га при урожайності 141 ц/га (рис. 3).

Рис. 3. Сезонне споживання азоту (кг N/га) з розподілом на листя, стебла, волоть, обгортки, стрижень та зерно в типовій рослині кукурудзи. Abrndroth et al., Iowa State University Extension, 2011
Рис. 3. Сезонне споживання азоту (кг N/га) з розподілом на листя, стебла, волоть, обгортки, стрижень та зерно в типовій рослині кукурудзи. Abrndroth et al., Iowa State University Extension, 2011

ЧАС СПОЖИВАННЯ ТА ДЖЕРЕЛА АЗОТУ

Забезпечити потребу в ефективному азотному живленні рослин кукурудзи до цвітіння вкрай важливо, оскільки азот підтримує формування качанів, закладення певної кількості зернин та їх розмір. З огляду на це аграрії зазвичай намагалися забезпечити доступність азоту саме на початковому етапі вегетації, вважаючи внесення азоту після цвітіння не надто важливим. Історичні дослідження щодо термінів внесення азоту також підкреслювали важливість його раннього внесення. Більше того, результати переважної більшості досліджень стверджують, що при наливі зерна майже вся потреба в азоті покривалася за рахунок його перерозподілу із листя та стебел до зернівок, зводячи до мінімуму споживання азоту із ґрунту після цвітіння.

Однак всебічні дослідження останніх 5 років довели, що азот, необхідний для розвитку зерна, має 2 джерела походження: 1) перерозподіл із листя та стебел; 2) споживання азоту із ґрунту. Такого висновку дійшли як науковці Corteva, так і представники дослідницьких інститутів.

Дослідження Corteva у Макомбі у 2012 році порівнювали високий рівень азоту – 224 кг N/га із низьким рівнем – 56 кг N/га. Отримані врожаї становили 157 ц/га при високому забезпеченні та 63 ц/га при низькому. Із 224 кг N/га, що містилося в зерні на момент фізіологічної стиглості, 68 кг надходили із вегетативних органів рослини (листя, стебла, тощо) і 156 кг було отримано із ґрунту після цвітіння (рис. 4).

Рис. 4. Сезонне споживання азоту (кг N/га) при високому та низькому азотному забезпеченні
Рис. 4. Сезонне споживання азоту (кг N/га) при високому та низькому азотному забезпеченні

При низькому азотному живленні (урожайність на рівні 63 ц/га) споживання азоту на стадії R1 обмежувалося 69 кг/га і тільки 32 кг/га вбиралося із ґрунту після цвітіння (рис. 4). Низьке забезпечення азотом імітує умови, коли доступний N обмежується вилуговуванням, денітрифікацією та недостатнім його внесенням.

В умовах низького азотного живлення, коли споживання N після цвітіння не може в повному обсязі забезпечити формування зерна, решта азоту ремобілізується із вегетативних органів (стебла, листя, обгортки, стрижень). Листя – основне джерело ремобілізованого азоту.

Сучасні дослідження, проведені в Іллінойсі та Індіані, показали, що частка ремобілізованого із вегетативних органів азоту в середньому становить 38%, а максимальне значення – 54% досягається за сприятливих ґрунтово-кліматичних умов із високим азотним живленням (табл. 1). Незалежні дослідження ДеБруїна та інших (2012) зафіксували 63% як максимально можливий рівень ремобілізації азоту в зерно. Подальші дослідження науковців Corteva довели, що кількість ремобілізованого із стебел азоту становить близько 20%, а перерозподіл азоту із обгорток та стрижня в зерно дуже незначний.

Кілька університетських досліджень оцінювали терміни вбирання азоту. В дослідженні Державного університету Айови приблизно 60% (135 кг N/га) від загальної потреби в азоті (рис. 3) було ввібрано і накопичено в листі, стеблах та качанах на момент R1 (вихід шовку) за сприятливих ґрунтово-кліматичних умов при рівні урожайності 140 ц/га (Abendroth et al., 2011). На момент фізіологічної стиглості (R6 – чорна точка) загальний обсяг ввібраного азоту (вегетативні органи + зерно) досягав 213 кг N/га. Подальші дослідження  показали, що 80 кг N/га зі спожитих 213 кг N/га продовжували поглинатися після цвітіння для підтримки формування зерна.

Результати інших досліджень щодо кількості споживання азоту до і після цвітіння наведено на рис. 5 і в табл. 1. Вони доводять, що відсоток азоту, використаного до цвітіння, практично ідентичний в умовах високого і низького азотного живлення (63 та 62% відповідно). Потреба в N після цвітіння коливається від 36 до 150 кг N/га.

Рис. 5. Частка азоту, що вбирається до та після цвітіння, та % азоту в зерні, що вбирається із ґрунту після цвітіння (після VT-R1) і ремобілізується із вегетативних органів
Рис. 5. Частка азоту, що вбирається до та після цвітіння, та % азоту в зерні, що вбирається із ґрунту після цвітіння (після VT-R1) і ремобілізується із вегетативних органів

Приклади важливості споживання азоту після цвітіння наведено в табл. 1. У 2 різних локаціях в Іллінойсі та Індіані з рівнями урожайності понад 120 ц/га рівень поглинання азоту до R1 досягнув 188 кг N/га.

Оскільки максимально можливе значення ремобілізованого азоту становить 54% від обсягу, що поглинувся до цвітіння, тільки 100 кг N/га будуть доступними для наливу зерна. Якщо вміст білка в зерні становитиме приблизно 8%, такої кількості азоту буде достатньою для формування урожаю тільки на рівні 80 ц/га.

Таблиця 1. Вміст N у різні фази розвитку в рослинах кукурудзи та кількість азоту, що споживається рослинами після цвітіння, а також ремобілізованого в зерні (на основі досліджень, проведених в Іллінойсі та Мінесоті, 2000 – 2012 рр.)Таким чином, рівень урожайності кукурудзи буде дуже обмежений в разі використання для наливу зерна тільки ремобілізованого азоту, особливо це стосується полів, де вміст азоту обмежений через ґрунтово-кліматичні умови та постійне його недовнесення. Із табл. 1 чітко видно, що урожайність сучасних гібридів значною мірою залежить від споживання азоту із ґрунту після цвітіння для успішного наливу зерна.

ЧАС ВБИРАННЯ ТА ДЖЕРЕЛО АЗОТУ

Однією з причин непорозумінь щодо поглинання азоту після цвітіння та його впливу на налив зерна є думка, що сучасні високо­врожайні гібриди мають відмінний тренд вбирання N. Останніми дослідженнями доведено, що гібриди сучасної селекції поглинають більші кількості N після цвітіння порівняно зі старішими гібридами. Дослідження Ciampitti та Vyn (2012) узагальнили 100 наукових праць щодо старих (1940–1990) і нових (1991–2011) гібридів (табл. 2). Науковці дійшли висновку, що в середньому сучасні гібриди вбирали на 3 кг N більше впродовж вегетаційного періоду. Ще більш важливим є час поглинання N рослинами: нові гібриди поглинають на 29% більше азоту після цвітіння порівняно зі старими гібридами (табл. 2).

Таблиця 2. Час і кількість вбирання азоту старими та новими гібридамиHaegele (2013) поглибив дослідження щодо часу вбирання азоту рослинами кукурудзи. Він порівняв гібриди із 1970-х років із гібридами, виведеними після 2000 року. Згідно з його дослідженнями, сучасні гібриди поглинали на 3,6 кг N більше впродовж вегетаційного сезону і акумулювали до 40% більше азоту після цвітіння порівняно зі старими гібридами (табл. 2). Оцінка гібридів Pioneer, які продавалися у 1934–2013 роках, дала аналогічні результати: сучасні гібриди поглинають більше азоту під час вегетаційного періоду, а за часом, порівняно зі старими гібридами, більша частина поглинається після цвітіння. Взявши до уваги наведені напрацювання, варто зробити переоцінку рекомендацій щодо часу внесення азоту та підтримки достатнього рівня азотного живлення впродовж репродуктивних фаз розвитку кукурудзи.

ДОВГОСТРОКОВЕ ПЛАНУВАННЯ АЗОТНОГО ЖИВЛЕННЯ

В більшості випадків розвиток зерна (починається після запилення) стартує через 75–95 днів після посіву залежно від гібриду. Однак значна частина азоту зазвичай вноситься безпосередньо перед посівом або навіть за 4–5 місяців до посіву (восени). На програми азотного живлення значною мірою впливають завантаженість господарськими операціями та ціна азотних добрив. Частково береться до уваги потреба рослин в азоті (дрібне внесення, підживлення тощо). Дуже рідко враховується потреба в азоті, який вбирається із ґрунту на пізніх етапах розвитку кукурудзи.

Забезпечити достатню кількість доступного для рослини азоту в ґрунті на пізніх стадіях розвитку кукурудзи – найважча складова програми азотного живлення. Доступність азоту залежить від багатьох чинників, які взаємодіють між собою:

  • кількість і час внесення азотних добрив;
  • мінералізація органічних речовин у ґрунті, за рахунок чого утворюються доступні для рослин форми азоту;
  • кліматичні чинники, що впливають на випаровування, вилуговування, денітрифікацію та мінералізацію;
  • вбирання азоту рослинами впродовж вегетативних фаз розвитку;
  • потенціальний рівень урожайності.

Втрати від випаровування та вилуговування можуть сягати до 56 кг/га/рік залежно від умов вирощування. Втрати від денітрифікації можуть бути на рівні 2–5% від загального вмісту азоту в ґрунті за день на насичених ґрунтах. Рослини щодня вбирають приблизно 1,1–3,1 кг/га/день. Спланувати достатню кількість азоту для вбирання рослиною після цвітіння досить важко, оскільки N із ґрунту легко втрачається і може дуже швидко вбиратися рослинами в період швидкого росту. Рівень впевненості в достатній кількості азоту для розвитку зерна після цвітіння зменшується в міру збільшення інтервалу між внесенням азоту та початком формування і наливу зерна.

Багато програм азотного живлення передбачають внесення азоту восени або навесні перед посівом. Наявність азоту під час вегетативних фаз розвитку є дуже важливим моментом, оскільки понад 60% N вбирається рослинами до цвітіння (рис. 5). Однак тільки 1/3 від цієї кількості пізніше ремобілізується із вегетативних органів для розвитку зерна. При інтенсивному землеробстві, коли потреби в азоті становлять понад 200 кг N/га, важливість доступного азоту на пізніх етапах розвитку важко переоцінити.

З огляду на дослідні дані щодо поглинання азоту до та після цвітіння, а також ремобілізації N, логічною є побудова програми азотного живлення, яка відображає потреби рослини з метою мінімізації втрати та максимізації поглинання азоту:

  • Внесення 70% сезонної потреби азоту перед посівом забезпечить ефективний вегетативний розвиток;
  • Внесення залишкових 30% настільки пізно, наскільки це дозволяє сільськогосподарська техніка, надає додаткові переваги в переважній більшості випадків;
  • Пізнє внесення N дає змогу частково компенсувати його втрати через вимивання дощем, яке може спостерігатися у травні-червні.

Сучасне рішення – додавання стабілізатора азоту (N-Лок™ Макс) під час пізнього осіннього чи раннього весняного внесення добрив з метою попередження надлишкового споживання азоту та відтермінування його поглинання до часу цвітіння або пізніше. N-Лок™ Макс слід застосовувати за допомогою звичайного надземного обприскувача з нормою робочого розчину 100–200 л/га до, одночасно чи після внесення азотних добрив. Він використовується з усіма типами азотних мінеральних добрив, гранульованими (карбамід, сульфат амонію), рідкими (КАС, аміачна вода), які містять азот в амонійній, амідній та аміачній формах та з рідким органічними добривами. Рідкі органічні добрива можна змішувати з N-Лок™ Макс безпосередньо в місцях зберігання  відразу перед застосуванням або під час завантаження добрива у бочку. N-Лок™ Макс має бути зароблений у ґрунт після внесення (культивація, полив, опади >12 мм). Розрив між внесенням добрив та N-Лок™ Макс не повинен перевищувати 10 днів.

Аналіз досліджень, проведений Wolt у 2004 році, показав, що використання N-Лок™ Макс забезпечує підвищення урожайності на 7%, зростання доступного азоту в ґрунті на 28%, зменшення вимивання азоту на 16% та зниження виділення парникових газів на 51%.

ВИСНОВКИ

Складання ефективної системи азотного живлення – критичний момент для отримання максимального урожаю та зменшення витрат на N. Найважливішим невідомим у цьому рівнянні є правильне визначення азоту в ґрунті, доступного для споживання рослинами. На вміст N у ґрунті безпосередньо впливають кількість опадів, температурний режим, тип ґрунту, кількість і час внесення азотних добрив. Використовуючи ці параметри та моделювання, можна оцінити кількість наявного N. Порівняння тренду росту та розвитку кукурудзи із запланованим урожаєм дає змогу більш точно розрахувати, чи вистачить наявного у ґрунті азоту для забезпечення амбітних планів на урожай. Corteva Agriscience – сільськогосподарський підрозділ DowDupont – постійно впроваджує нововведення у цій сфері. Так, у США діє програма EncircaSM, покликана допомагати фермерам ефективно використовувати основні складники при вирощуванні  кукурудзи, включаючи й азотне живлення. Encirca Yield дає змогу товаровиробникам нівелювати ризики і моніторити та регулювати ґрунтове азотне живлення в режимі реального часу з метою максимізації прибутковості й мінімізації негативного впливу на довкілля.

Володимир Андрущенко, менеджер із продукту Corteva Agriscience, Джейсон Дебруїн, науковий співробітник DuPont Pioneer (Макомб, Іллінойс), Стів Бутзен, менеджер з агрономічної інформації DuPont Pioneer (Джонстон, Айова), США

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2019

Найсвіжіші матеріали читайте в журналі «Агроном». Слідкуйте за головними агрономічними новинами на нашій сторінці у Facebook та каналі в Telegram