Що впливає на врожайність кукурудзи в умовах недостатнього зволоження: результати багаторічного дослідження в Канаді

Це багаторічне та багатолокаційне дослідження, що складається з чотирьох окремих експериментів, було в південній Альберті з 2015 по 2017 рік та з 2020 по 2022 рік. Польові випробування проводилися у семи місцях, що охоплюють основні ґрунтові зони та кліматичні умови регіону.

Експеримент 1: Густота посіву та ширина міжряддя

Цей експеримент було проведено на трьох тестових ділянках: Летбридж (Lethbridge), Медисин-Гет (Medicine Hat) та Боу-Айленд (Bow Island) — з 2015 по 2017 рік. Експеримент включав п'ять різних норм висіву (насінин/га)

• 37 065, 
• 49 420,
•  61 775,
•  74 130
•  86 485

 Та дві ширини міжряддя (51 та 76 см).

Експеримент 2: Норма та час внесення азотних добрив

Цей експеримент було проведено в Летбриджі, Медисин-Геті, Боу-Айленді та Воксголлі (Vauxhall) у 2016 та 2017 роках. Для цього експерименту азот вносили з п'ятьма різними дозами (0, 56, 113, 180 та 214 д.р. N кг/га) під час сівби та з трьома різними дозами у вигляді дробних внесень:

(І) 56 кг/га під час сівби + 56 кг/га по вегетації на стадії росту V4–V6,

(ІІ) 56 кг/га під час сівби + 113 кг/га по вегетації,

(ІІІ) 113 кг/га під час сівби + 113 кг/га по вегетації.

Азот по вегетації вносили у формі КАС, стабілізованої інгібітором уреази.

Експеримент 3: Система безполицевого обробітку та рештки попередника

Цей експеримент було проведено в Летбриджі, Медисин-Геті та Воксголлі з 2015 по 2017 рік. Обробки включали дві системи обробітку ґрунту: безвідвальний та класичний з 7 типами залишків попередніх культур, включаючи пшеницю, сою, горох, сочевицю, гірчицю, ріпак та кукурудзу.

Експеримент 4: Система смугового обробітку ґрунту, термін сівби кукурудзи та відносна стиглість гібридів кукурудзи

Цей експеримент було проведено в Летбриджі, Інчанті (Enchant), Боу-Айленді, Медисин-Геті, Стерлінгу (Stirling) та Тейбері (Taber) з 2019 по 2022 рік. Обробки включали дві системи обробітку ґрунту (смуговий та безполицевий) та три терміни сівби кукурудзи: ранній (між 18 та 30 квітня); звичайний (між 7 та 14 травня) та пізній (між 17 та 28 травня).

Через дуже мінливі погодні умови в Канадських преріях протягом весни, дати сівби коригувалися щороку в межах вікон термінів сівби, щоб зменшити випадіння сходів. Два типи (ранньостиглий та пізньостиглий) гібридів кукурудзи були оцінені на предмет росту та продуктивності врожаю за шести (два обробітки ґрунту × три терміни сівби) виробничих систем.

Елементи технології вирощування

• Ділянки складалися з чотирьох рядів і були розділені захисними рядами для запобігання крайовим ефектам.
• Для експериментів 1, 2 та 3 використовували ранньостиглий гібрид кукурудзи Pioneer P7332R (2050 CHO — одиниці теплової потреби гібрида, відповідає ФАО 180–210, — ред.). Для експерименту 4 ранньостиглі й пізньостиглі гібриди кукурудзи P6909R (1950 CHO, або ФАО 170-190) та P7940AM (2255 CHO, ФАО вище 210).
• Для експериментів 2 та 3 кукурудзу висаджували з міжряддями 76 см та нормою висіву 50 000 насінин/га.
• В експерименті 4 кукурудзу сіяли з міжряддям 51 см та густотою посіву 74 100 насінин/га.
• Перед сівбою було визначено початковий вміст поживних речовин у ґрунті для оцінки потреб у добривах. На основі цих результатів сечовину (46-0-0) було внесено під час сівби методом бокового обробітку для досягнення загального доступного азотного еквіваленту 168 кг/га для експериментів 1, 2 та 4.
• Крім того, рідкий фосфат амонію (10-34-0) було внесено в рядок для досягнення цільового рівня доступного фосфору 67 кг/га.
• В експерименті з КАС (28-0-0) вносили по вегетації на стадіях росту кукурудзи V4–V6 за допомогою обприскувача.
• Для очищення поля перед сівбою застосовували гліфосат та карфентразон-етил з розрахунку 1,35 кг/га та 17,3 г/га відповідно.
• Для боротьби з бур'янами в посівах застосовували гліфосат окремо або в баковій суміші з топрамезоном  на стадіях V2 та/або V4–V6 залежно від тиску бур'янів.

Погода та потенціал урожайності

Кількість опадів за вегетаційний період значно варіювалася протягом усього періоду досліджень загалом. Кількість опадів за вегетаційний період (травень–вересень) коливалася від 90 до 363 мм та від 41% до 161% від середньої багаторічної норми опадів (Таблиця 1). 

Умови були відносно сухими порівняно з нормою протягом періоду дослідження, лише у кількох роках спостерігалася нормальна або вища кількість опадів для своїх регіонів. Сума ефективних температур коливалася від 2264 до 2918, що є від 99% до 116% від їхніх середніх багаторічних значень. Такої кількості було достатньо для досягнення стиглості гібридами кукурудзи, включеними до цього дослідження, у всі роки.

Таблиця 1. Опис дослідних ділянок

Міжряддя та норма висіву

У середньому схожість посівів збільшилася з 85% до 97%, а врожайність зерна збільшилася на 15% за вузького міжряддя (51 см) порівняно з широкою міжряддям (76 см) (Таблиця 2).

Вплив міжряддя на врожайність зерна кукурудзи, що вирощується на богарному полі, був змінним і залежним від кліматичного регіону та пов'язаної з ним доступності вологи. Вузькі міжряддя допомагають швидко досягти змикання крони та можуть покращити інсоляцію. Це також може покращити боротьбу з бур'янами, утримання вологи та зменшити вплив вітрової ерозії. Вплив змикання крони може бути більш вираженим для низькорослих гібридів кукурудзи з коротким періодом появи сходів, які зазвичай вирощуються в Південній Альберті.

Таблиця 2. Вплив ширини міжрядь і норми висіву на появу сходів, висоту рослин, фенологічний розвиток і врожайність кукурудзи

Спостерігався значний вплив норми висіву, при цьому найнижча норма висіву 37 065 насінин/га дала нижчу врожайність, ніж три найвищі норми висіву (61 775 насінин/га і вище). Взаємодія між нормою висіву та міжряддями була незначною.

Вузька відстань між рядами також призводить до меншої конкуренції між рослинами та рівновіддаленої конфігурації, яка сприяє рівномірному розподілу коренів. Ці фактори, можливо, призвели до підвищення ефективності використання та поглинання ресурсів, таких як доступна вода та поживні речовини, що може бути дуже корисним в умовах дощового живлення або дефіциту води, подібних до цього дослідження.

Сходи мали тенденцію до зниження зі збільшенням щільності посіву (з 98% до 87%), проте цей вплив не був статистично значущим. Вища щільність посіву збільшила кількість днів до формування волоті та приймочок, що може бути пов'язано з повільнішим ростом і розвитком рослин у результаті посилення конкуренції у рядку в поєднанні з водним стресом в умовах густого посіву.

Вища густота посіву, тобто 74 130 та 86 485 насінин/га, призвела до збільшення врожайності зерна із середнім збільшенням на 22–28% порівняно з найнижчою нормою висіву. Три роки з нормальним або високим рівнем опадів (105%–161% від середньої багаторічної кількості) показали статистично значущу залежність між урожайністю та густотою. Залежність між урожайністю та густотою в ці роки мала нелінійний характер з асимптотичною експоненціальною моделлю зростання (тобто врожайність зростала та наближалася до максимального рівня зі збільшенням щільності рослин; Рис. 1). «Асимптотична» густота рослин не була досягнута в жодному з років у межах оціненого діапазону норм висіву для цього дослідження.

Зв'язки були від помірних до сильних, що вказує на те, що вища норма висіву може збільшити врожайність зерна в умовах дощового живлення на півдні Альберти в роки з нормальною та високою кількістю опадів. Однак за умов низької кількості опадів (50–63% від середньої багаторічної кількості опадів) статистично значущого зв'язку між густотою рослин та врожайністю зерна не спостерігалося (Рис. 1). За таких умов брак ґрунтової вологи може обмежувати врожайність кукурудзи, особливо за вищих норм висіву, тим самим мінімізуючи позитивний вплив вищої норми висіву на врожайність.

Азотне живлення кукурудзи

Загалом, вплив рівня азотних добрив на врожайність зерна кукурудзи був незначним. Як норма, так і терміни (тобто одноразове та дробне) внесення азоту не мали статистично значущого впливу на ріст та врожайність культури порівняно з контрольним варіантом. Параметри росту культури, включаючи приживаність та висоту рослин, не показали покращення порівняно з контрольними ділянками із застосуванням азотних добрив (Таблиця 3).

Обмежена реакція кукурудзи, вирощеної на богарних умовах, на азотне удобрення в цьому дослідженні може бути пов'язана з низькою вологістю ґрунту за умов низької кількості опадів.

Чотири ділянки, включені до цього експерименту, отримали менше опадів, ніж зазвичай, від 43% до 62% від середньої багаторічної кількості опадів на цих ділянках (Таблиця 1). Недостатній рівень вологості ґрунту може обмежувати поглинання азоту через зниження транслокації азоту до коренів та порушення здатності коренів поглинати азот.

Інші дослідження повідомляли вже про нижчу реакцію врожайності кукурудзи на внесення азоту в умовах дефіциту води та вищу реакцію врожайності за умови достатнього водозабезпечення. І навпаки, врожайність зерна знизилася на 6% за умов найвищого внесення азоту (113 кг/га N  під час сівби та 113 кг/га N по вегетації) (Таблиця 3).

Вищі рівні азоту в ґрунті (включаючи внесення 180 та 214 кг/га N) під час сівби спричинили незначну затримку у формуванні китиць, шовковистості та дозріванні врожаю, що може призвести до того, що зелені та слабкі стебла потребуватимуть додаткового часу для висихання. Отримання сходів показало зниження на 18% порівняно з контролем за внесення 214 кг/га N під час сівби.

Загалом, тенденції розвитку культур та врожайності свідчать про те, що внесення азоту в нормі 113 кг/га під час сівби або розділене внесення 56 кг/га під час сівби та внесення азоту по вегетації 56–113 кг/га були найбільш сприятливими для виробництва кукурудзи, тоді як внесення азоту у вищих нормах під час сівби може бути шкідливим для культури. Перевага внесення азоту по вегетації може бути пов'язана з більш доступними джерелами азоту для рослин у рідкому добриві у формі амонію та нітрату, що може підвищити врожайність.

Безорний обробіток ґрунту

Класичний обробіток ґрунту збільшив приживаність рослин кукурудзи на 4–25% порівняно з безорним обробітком (Таблиця 4).

У системі безорного обробітку ґрунту рослини кукурудзи приживалися гірше за сівби у стерню кукурудзи, ріпаку, гірчиці, сої та пшениці. Але культури з низьким вмістом пожнивних решток, такі як сочевиця та горох, не мали негативного впливу на схожість.

Середня схожість кукурудзи на стерні кукурудзи становила 76%, на стерні гірчиці, гороху, сої, пшениці та ріпаку — 85–88%, а на стерні сочевиці — 94%. Це контрастувало з класичним обробітком ґрунту, де середня схожість рослин на стерні всіх посівів залишалася вище 95% від цільової густоти сходів.

Було відзначено, що високий вміст залишків попередників у системах безорного обробітку ґрунту зменшує схожість рослин кукурудзи через прохолодніші та вологіші ґрунтові умови. Поверхневі залишки також можуть створювати фізичні перешкоди для появи пагонів кукурудзи — йдеться про те, що рештки можуть призводити до нерівномірної глибини посіву, тим самим зменшуючи схожість кукурудзи.

Відносно нижча схожість на стерні кукурудзи може бути пов'язана з виникненням алелопатичного ефекту фітотоксичних екстрактів із кукурудзяних решток, які пригнічують ранній ріст коренів та пагонів у сходів кукурудзи. Однак урожай зернової продемонстрував здатність компенсувати низьку приживлюваність рослин і не показав відповідного зменшення висоти та фенологічного розвитку за системи безорного обробітку.

З іншого боку, в середньому культура, вирощена за умов безорного обробітку, мала тенденцію до збільшення врожайності зерна порівняно з ділянками з класичним обробітком. Середня врожайність кукурудзи за умов безорного обробітку була вищою, ніж за класичного обробітку, після стерні кукурудзи (на 14% вище), сочевиці (на 9% вище), гірчиці (на 20% вище), гороху (на 10% вище), сої (на 7% вище) та пшениці (на 8% вище). Однак відмінності не були статистично значущими (Таблиця 4).

Ці результати суперечать іншим дослідженням, які повідомляли, що вища врожайність кукурудзи пов'язана з системами оранки порівняно з кукурудзою з безорним обробітком. Незначна перевага врожайності, пов'язана з системою безорного обробітку в цьому дослідженні, може бути пов'язана зі збільшенням збереження ґрунтової вологи завдяки польовим решткам, що покривають поверхню, що може мати вирішальне значення при вирощуванні кукурудзи на богарних умовах. Збільшення запасів води в ґрунтах без оранки могло бути особливо корисним у цьому дослідженні через обмежену кількість опадів, що призвело до спекотних і сухих умов протягом 3 з 6 років на ділянці (43%–62% від середньої багаторічної кількості опадів; Таблиця 2), включених до цього експерименту.

Таблиця 4. Вплив попередників та систем обробітку ґрунту на основі даних, зібраних у трьох локаціях Альберти (2015–2017) 

Смуговий обробіток ґрунту та дата сівби

На основі результатів експерименту з безорним обробітком ґрунту було проведено подальше спостереження для оцінки смугового обробітку ґрунту як альтернативного варіанту для виробництва кукурудзи на богарних умовах у південній Альберті.

Крім того, вплив дати сівби на продуктивність врожаю оцінювався з використанням гібридів кукурудзи з низьким та високим CHU (тобто ранньостиглі та пізньостиглі, — ред.). Вплив обробітку ґрунту на приживлюваність рослин змінювався залежно від дати сівби кукурудзи, що підтверджується статистично значущою взаємодією цих змінних щодо їхнього впливу на густоту рослин (Таблиця 5).

Схожість рослин покращилася за смугового обробітку порівняно з безорним на ранніх та звичайних термінах сівби, тоді як пізня сівба не мала значимого впливу на приживлюваність рослин для обох систем обробітку ґрунту (Рис. 2). Дивно, але густота популяції рослин була нижчою для кукурудзи, посіяної на початку травня, порівняно з кукурудзою, посіяною наприкінці квітня або наприкінці травня за безоранкової системи (Рис. 2).

Це могло бути частково пов'язано з настанням заморозків приблизно через тиждень після сівби на початку травня 2021 року, що могло вплинути на виживання сходів у тому році. Відносно сухі зими 2020–2021 та 2021–2022 років призвели до виснаження запасів ґрунтової вологи навесні, що сприяло зниженню приживлюваності. Покращення сходів рослин на ранніх термінах сівби за смугового обробітку пояснюється вищою температурою ґрунту, що стало можливим завдяки мінімізації відбиття сонячного тепла від поверхні ґрунту через порушення ґрунту у смугових рядках.

Системи обробітку ґрунту не впливали на параметри продуктивності сільськогосподарських культур, включаючи висоту рослин, кількість днів до утворення волоті, кількість днів до появи «шовку» (приймочок) та врожайність (Таблиця 5).

Таблиця 5. Вплив термінів сівби, системи обробітку ґрунту та ступеня стиглості гібрида на густоту рослин кукурудзи, висоту, кількість днів до появи приймочок («шовку»), кількість днів до появи волоті та середню врожайність у шести локаціях Альберти (2019–2022)

Різні терміни сівби призвели до варіацій у фенологічному розвитку кукурудзи. У середньому, рано посіяна кукурудза досягала стадії шовкування на 11,9 дня довше порівняно зі звичайним посівом, тоді як пізно посіяна кукурудза досягла стадії шовкування на 9,1 дня раніше, ніж звичайний посів (Таблиця 5).

Спостерігалася тенденція до зниження врожайності кукурудзи, оскільки сівба затрималась. В середньому, врожайність зерна зменшилася на 5% у разі сівби на початку травня та на 10% за сівби наприкінці травня порівняно з сівбою на початку квітня (Таблиця 5).

Навіть якщо дата сівби незначно вплинула на врожайність кукурудзи, рекомендується проводити більш ранню сівбу, щоб забезпечити фізіологічну стиглість до осінніх заморозків.

Пізньостиглі гібриди кукурудзи були на 5% вищими порівняно з ранньостиглими. Цим гібридам знадобилося на 6,9 календарних днів більше часу, щоб досягти стадії шовкування, порівняно з ранньостиглими. Хоча врожайність гібриду з високим CHU, була на 14% вищою, ніж гібриду з низьким CHU, ефект був статистично порівнянним. Цікаво, що вплив відносної стиглості гібридів на розвиток та врожайність кукурудзи не змінювався з різними термінами сівби.

Висновок

• Рання сівба наприкінці квітня не мала негативного впливу на сходи, ріст рослин і врожайність зерна.
• Вузькі міжряддя (51 см) сприяли підвищенню врожайності кукурудзи.
• Норма висіву понад 60 тис. насінин/га забезпечувала вищу врожайність за достатнього зволоження.
• Низька забезпеченість вологою є одним із головних факторів, що обмежують стабільність урожайності кукурудзи на зерно.
• Оптимізація витрат на насіння є важливою умовою економічної ефективності виробництва.
• Оптимальною нормою азотного живлення було 113 кг N/га при внесенні під час сівби або 113–169 кг N/га при дробному внесенні.
• Подальша селекція має бути спрямована на підвищення посухостійкості гібридів кукурудзи.
• У сприятливі роки кукурудза може бути прибутковою альтернативою в сівозмінах ?