Вплив біостимуляторів та мікроелементів на продуктивність гороху посівного в умовах Південного Степу України

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 201 Агрономія (20 Аграрні науки та продовольство). Миколаївський національний аграрний університет. Миколаїв. 2025. Горох - одна з найбільш важливих бобових культур у світі, яка має велике значення особливо за виходом цінного рослинного білка. Вирощування гороху в сівозмінах сприяє зниженню витрат на виробництво наступних сільськогосподарських культур, покращує стан ростових процесів рослин, підвищує їх урожайність та продуктивність полів загалом. За ботанічною класифікацією зернові бобові культури належать до родини бобових (Fabacea (Leguminosae Juss). Рід гороху – Pisum L. (підродини лядвенцевих – Lotoideae). Найпоширенішим є посівний горох. За даними Державного реєстру сортів рослин, придатних для поширення в Україні станом на 19.06.2024 занесено 140 сортів гороху, з яких 69 шт належать гороху посівному (зерновому), - 64 - гороху посівному (овочевому) та 7 шт посівному (озимому). Україна є перспективною країною щодо нарощування обсягів виробництва гороху. Урожайність його зерна в нашій країні за останні роки зростає та перевищує рівень 2 т/га. Тобто врожайність гороху не поступається за продуктивністю більшості зернових культур. Не дивлячись на те, що в Україні ще незначні площі зайняті цією культурою, порівняно з Канадою, Індією та Китаєм, Україна є одним з провідних експортерів гороху зернового у світі. За обсягами експорту гороху Україна займає значне місце на світовому ринку. Виробництво гороху зернового в Україні постійно зростає, що свідчить про потенціал цього виду продукції для експорту. Це обґрунтовує доцільність вирощування зерна гороху в Україні, збільшення його площ, удосконалення3 технологій та про виключну важливість цієї культури у зв’язку з кліматичними змінами. У формуванні сталої продуктивності сільськогосподарської культури вирішальне значення належить її живленню. Стосується це і бобових рослин. Зокрема горох позитивно реагує на покращення умов живлення. Разом з тим високих доз мінеральних добрив, і особливо азотних, бобові не потребують, адже за таких умов буде знижуватись їх симбіотична діяльність, а врожайність не завжди зростатиме. Ми досліджували вплив оптимізації живлення гороху сорту Мадонна на засадах заощадження ресурсів, а саме за допосівного внесення N15P15K15 і проведення обробки насіння Нановіт Мікро та позакореневого підживлення сучасними біопрепаратами і бором на початку бутонізації рослин гороху. Дане питання є актуальним. Польові дослідження з горохом посівним сорту Мадонна проводили впродовж 2021-2023 рр. на чорноземі південному на дослідних полях Навчально-науково-практичного центру Миколаївського НАУ, що має середню забезпеченість доступним азотом та підвищену рухомим фосфором і обмінним калієм. Горох висівали після пшениці озимої. Дослідження показали, що загальне використання води горохом посівним значно коливалося залежно від умов зволоження у роки досліджень. Максимальне значення сумарного водоспоживання - 2672 м3/га було визначене у найвологішому 2021 році, тоді як мінімальне - 1416 м3/га у 2022 році, який був найбільш посушливим. Ця значна різниця пояснюється обсягом опадів, що випали протягом вегетаційного періоду. У 2021 році кількість опадів склала 1714 м3/га, що становило 64,1% водного балансу, тоді як у 2022 році цей показник становив 683 м3/га або 48,2%. Встановлено кореляційно-регресійний зв’язок між урожайністю зерна та сумарним водоспоживанням посівів гороху, який свідчить про наявність сильного функціонального зв’язку між зазначеними чинниками. Коефіцієнт водоспоживання залежав від умов років вирощування, інокуляції насіння та фону живлення рослин. Найбільш економно витрачалась4 волога на формування 1т врожаю зерна з відповідною кількістю біомаси у найбільш несприятливому за зволоженням 2022 р. Максимальні значення визначено в 2021 році, у якому воно залежно від створених фонів живлення було істотно більшим. Значною мірою на коефіцієнт водоспоживання впливали мінеральні добрива та обробка насіння перед сівбою Нановіт Мікро. Досліджувані фактори сприяли значно ефективнішому витрачанню вологи рослинами посіву гороху на формування одиниці врожаю. Встановлено, що у рослин неудобреного контролю за обробки насіння перед сівбою загальний період вегетації склав 77, а за обробки насіння Нановітом – 78 діб. У разі застосування оптимізації живлення рослин шляхом внесення перед сівбою N15P15K15, проведення позакореневого підживлення рослин на початку бутонізації та за поєднання зазначених елементів за обробки насіння водою вегетація тривала в середньому 81, а Нановітом – 84 дні. Тобто порівняно з контролем визначено її подовження на 4-6 діб. Разом з тим, найбільш тривалою вегетація гороху була у відповідно найсприятливішому за зволоженням 2021 році – у контролі вона склала 80-82 дні, а по фону оптимізації живлення - 84-87 діб. Визначено, що по всіх варіантах поліпшення умов живлення рослин по фону обробки насіння перед сівбою водою виживаність їх збільшилася у середньому на 4,6%, а Нановітом – на 5,1%. На кількість рослин на передзбиральний період найсприятливіше впливало позакореневе підживлення бором як окремо, так і сумісно з допосівним внесенням N15P15K15. Максимальною виживаність рослин гороху – 97,1% у середньому за всі роки вирощування визначена у варіанті N15P15K15 + бор 1 л/га по фону передпосівної обробки насіння Нановітом. В результаті досліджень виявлено, що елементи технології взяті на дослідження, значно збільшували надземну біомасу рослин гороху. Кількість її на передзбиральний період за впливу ресурсозберігаючої оптимізації живлення значно зросла порівняно з контрольним варіантом. Лише обробка насіння призвела до збільшення кількості накопиченої сухої речовини на5 10,4%, а поєднання досліджуваних заходів до ще більш значного зростання - до максимальних 58,5% порівняно з контролем. Найбільше утворено біомаси рослинами варіантів, де поєднували обробку насіння, внесення N15P15K15 та проведення позакореневого підживлення Нановітом у дозі 1 л/га. Між рівнями врожаю зерна та накопиченої біомаси, яка залишалася у ґрунті як свіжа органічна речовина, визначено тісну кореляційну залежність. Загальна кількість бульбочок упродовж періоду вегетації була значно більшою, ніж активних. Це може бути пов'язано з високим температурним режимом та не завжди оптимальним забезпеченням ґрунту вологою для їх ефективної роботи. За допомогою симбіотично фіксованого азоту та вмісту його в надземній біомасі, ґрунт може поповнитися від 73,2 до 110,0 кг/га біологічного азоту. Приріст його порівняно з контрольним варіантом коливався в межах від 19,7 до 60,3%. Це є виключно важливою ознакою для збагачення ґрунту безкоштовним біологічним азотом, цінною свіжою органічною речовиною та загальним позитивним впливом на основні показники родючості. Кількість біомаси на передзбиральний період за впливу ресурсоощадної оптимізації живлення порівняно з контрольним варіантом істотно зростала. Лише за обробки насіння вихід сухої речовини збільшився на 10,4%, а за поєднання заходів він зростав значно інтенсивніше – до максимального значення 58,5% до контролю. Найбільшим утворенням біомаси характеризувався варіант поєднання обробки насіння, внесення N15P15K15 та проведення позакореневого підживлення Нановітом 1 л/га. Між рівнями врожаю зерна та накопиченої біомаси, яка залишається у ґрунті в якості свіжої органічної речовини, визначено тісну кореляційну залежність. У роки вирощування за обробки насіння перед сівбою водою у контролі кількість бобів у середньому склала 4,3, а в найбільш оптимальному варіанті досліду вона збільшилась до 4,7-4,8 шт/рослину. При цьому найменше бобів на рослинах гороху впродовж наших досліджень утворилося у найбільш посушливому 2022 році вирощування: у межах 2,58-3,13 штук.6 Встановлено, що з проведенням передпосівної обробки насіння, внесення N15P15K15 та позакореневого підживлення посіву рослин на початку бутонізації, а особливо за поєднання цих елементів, збільшувались й такі важливі складові структури врожаю, як кількість зерен у бобі та їх кількість, що утворилась на 1 рослину гороху посівного. Якщо у контролі за обробки насіннєвого матеріалу водою кількість зерен у бобові в середньому за роки досліджень склала 5,8 шт, то за поєднання факторів оптимізації живлення вона зросла до 6,4-6,5 штук. Аналогічно у зазначених варіантах змінювалась і кількість зерен на 1 рослину: 25,1 шт у контролі та до 30,7-31,2 шт відповідно кращих варіантів. Зазначені отримані нами результати звісно ж вплинули і на масу зерна з 1 рослини гороху посівного та масу 1000 зернен. За поєднання досліджуваних факторів ці показники також зросли відносно контролю. За даними проведених досліджень встановлено, що передпосівна обробка насіння препаратом, допосівне внесення комплексного мінерального добрива N15P15K15 та проведення позакореневого підживлення сучасними біопрепаратами і мікроелементами, позитивно позначилось на рівнях урожайності зерна. Визначено, що лише передпосівна обробка насіння забезпечує підвищення врожайності зерна на 7,5 % у контролі та до 10,5 % залежно від варіанту удобрення. За поєднання внесення комплексного мінерального добрива N15P15K15, обробки насіння перед сівбою та проведення позакореневого підживлення врожайність зростає на 31,6-43,3 %. Зазначене засвідчує доцільність впровадження ресурсоощадної оптимізації живлення з використанням для позакореневої обробки посівів гороху Нановіт Мікро (1л/га), Органік Д-2М (2 л/га) та бору (1 л/га) у фазу початку бутонізації. Витрати на проведення таких заходів у складі елементів технології є незначним, а прирости врожаю формуються істотними. До того ж встановлено, що чим вищою є сформована врожайність зерна, тим більше буде залишатись післязбиральних залишків та біологічно фіксованого азоту в ґрунті. Досліджувані елементи технології позначилися і на основних показниках якості зерна гороху посівного. Максимальним вміст білка у зерні7 гороху у середньому за 2021 -2023 рр. вирощування виявився за сумісної дії обробки насіння Нановітом і проведення підживлення по фону передпосівного внесення N15P15K15, де визначено 22,5% білка, тоді як у контролі він склав 22,2%, а в абсолютному контролі - 21,3%. На вмісті білка в зерні гороху посівного істотно позначалися погодно-кліматичні умови років вирощування: найменше його накопичено за проведення досліджень у найбільш сприятливому за кількістю опадів 2021 році. На нашу думку, це обумовлено достатнім запасом вологи в ґрунті на період дозрівання зерна. Вегетація у цьому році була тривалішою, порівняно з наступними роками досліджень. Мікробіологічні процеси у тому числі і фіксація біологічного азоту на період завершення дозрівання були по суті призупинені, що пов’язано і з певним ущільненням верхніх шарів ґрунту. З аналогічною залежністю змінювалася і маса 1000 насінин гороху. Обробка насіння перед сівбою Нановіт Мікро, внесення N15P15K15 і проведення позакореневого підживлення Нановітом, Органік Д-2М та бором, як окремо й особливо за поєднання заходів, сприяє збільшенню умовного збору білка з 1 га посіву від 0,33 до 0,55 т/га. Економічними розрахунками доведено, що максимальною вартість валової продукції по 22,8 тис. грн/га сформувалася у варіантах із внесенням N15P15K15 + Нановіт та N15P15K15 + Органік Д-2М. Умовний чистий прибуток, який відноситься до найважливіших економічних показників ефективності виробництва гороху та інших с.-г. культур, максимальної величини – 13,9 тис. грн/га сягнув у варіантах із обробкою насіння Нановіт Мікро та N15P15K15 + Органік Д-2М і N15P15K15 + Бор варіантах фону живлення. У контролях досліджуваних варіантів цей показник зменшився у рази – до 7,1 тис. грн/га. Застосування факторів, взятих на дослідження, є доцільним та економічно вигідним. Порівняно з контролем за оптимізації живлення гороху забезпечується висока окупність препаратів і N15P15K15 додатково сформованим урожаєм: на одиницю діючої речовини мінеральних добрив – 6,89-10,44 кг/кг, Нановіту в межах 500-740 кг зерна/л; Органік Д-2М – від 2358 до 335 кг зерна/л, а бору – від 440 до 710 кг/л залежно від поєднання факторів. Показники окупності досліджуваних препаратів відносно фону внесення N15P15K15 були меншими, але також значними. Обґрунтовані нами підходи до оптимізації живлення гороху посівного окрім заощадження витрат на вирощування, є екологічними і їх успішно можна застосовувати в органічному землеробстві.

-

Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in Agriculture, specialty 201 Agronomy (20 Agricultural sciences and food). Mykolaiv National Agrarian University. Mykolaiv. 2025. Peas are one of the most important leguminous crops in the world, and they are particularly significant for producing valuable plant protein. Cultivating peas in crop rotations helps reduce costs for the production of subsequent agricultural crops, improves the condition of plant growth processes, and increases their yield and overall field productivity. According to botanical classification, grain legumes belong to the Fabaceae (Leguminosae Juss) family. The genus of peas is Pisum L. (subfamily Lotoideae). The most common is field pea. According to the State Register of Plant Varieties suitable for distribution in Ukraine as of 19.06.2024, 140 pea varieties are listed,9 including 69 field pea varieties (grain), 64 vegetable pea varieties, and 7 winter pea varieties. Ukraine is a promising country for increasing pea production volumes. The grain yield of peas in our country has been increasing in recent years and exceeds 2 t/ha. This means that the yield of peas is not inferior in productivity to most grain crops. Despite the fact that Ukraine has relatively small areas occupied by this crop compared to Canada, India, and China, Ukraine is one of the leading exporters of grain peas in the world. Ukraine holds a significant position in the pea export market. The production of grain peas in Ukraine is constantly growing, indicating the potential of this type of production for export. This demonstrates the expediency of cultivating grain peas in Ukraine, expanding its acreage, improving technologies, and the exceptional importance of this crop in light of climate change. The nutrition of agricultural crops plays a crucial role in achieving sustainable productivity, including leguminous plants. Peas, in particular, respond positively to improved nutrition conditions. However, leguminous plants, including peas, do not require high doses of mineral fertilizers, especially nitrogen, as this can reduce their symbiotic activity and not always lead to increased yield. We studied the influence of optimizing the nutrition of Madonna pea variety based on resource-saving principles, namely pre-sowing application of N15P15K15 and seed treatment with Nanovit Micro, as well as foliar feeding with modern biopreparations and boron at the beginning of pea plant budding. This issue is relevant. Field studies on the sowing pea variety Madonna were conducted from 2021 to 2023 on the chernozem soil of the Southern Research Fields of the EducationalScientific-Practical Center of Mykolaiv National Agrarian University, which has moderate nitrogen availability and increased mobile phosphorus and exchangeable potassium. Peas were sown after winter wheat. The research showed that the overall water usage by the sowing peas varied significantly depending on the moisture conditions during the years of the study. The maximum total water consumption of 2672 m3/ha was recorded in the wettest year, 2021, while the minimum of 1416 m3/ha was observed in 2022, which was the driest10 year. This significant difference is attributed to the amount of precipitation during the growing season. In 2021, the precipitation amounted to 1714 m3/ha, accounting for 64.1% of the water balance, whereas in 2022, this figure was 683 m3/ha or 48.2%. A correlation-regression relationship was established between grain yield and total water consumption of pea crops, indicating a strong functional connection between these factors. The water consumption coefficient depended on the growing conditions, seed inoculation, and plant nutrition background. The most efficient use of moisture for producing 1 ton of grain yield with the corresponding amount of biomass was observed in the least favorable in terms of moisture, 2022. Maximum values were recorded in 2021, where it was significantly higher depending on the created nutrition backgrounds. To a large extent, mineral fertilizers and seed treatment with Nanovit Micro before sowing influenced the water consumption coefficient. The studied factors contributed to a significantly more efficient use of water by pea crops in forming unit yield. It has been established that in plants without fertilization, the total vegetation period was 77 days for seed treatment with water before sowing and 78 days for seed treatment with Nanovit. When optimizing plant nutrition by applying N15P15K15 before sowing, foliar feeding at the beginning of budding, and combining these elements with seed treatments with water, the average vegetation period was 81 days, and with Nanovit, it was 84 days. This indicates an extension of 4-6 days compared to the control. However, the longest vegetation period for peas was in the most favorable in terms of moisture in 2021, where it was 80-82 days in the control and 84-87 days with optimized nutrition. It was determined that in all variants of improving plant nutrition with seed treatment before sowing with water, plant survival increased on average by 4.6%, and with Nanovit by 5.1%. The number of plants during the pre-harvest period was most positively influenced by foliar feeding with boron both separately and in combination with additional N15P15K15 application. The maximum plant survival rate for peas, averaging 97.1% over the years of cultivation, was observed in the variant11 N15P15K15 + boron 1 l/ha in combination with pre-sowing seed treatment with Nanovit. As a result of the research, it was found that the elements of the technology under study significantly increased the aboveground biomass of pea plants. The amount of biomass during the pre-harvest period significantly increased under the influence of resource-saving nutrition optimization compared to the control variant. Seed treatment alone led to a 10.4% increase in accumulated dry matter, while the combination of the studied measures resulted in even more significant growth — up to a maximum of 58.5% compared to the control. The most biomass was formed in variants where seed treatment, N15P15K15 application, and foliar feeding with Nanovit at a dose of 1 l/ha were combined. A close correlation was determined between grain yield levels and accumulated biomass remaining in the soil as fresh organic matter. The total number of nodules during the vegetation period was significantly higher than active ones. This may be due to high temperature regimes and not always optimal soil moisture content for their effective functioning. With symbiotically fixed nitrogen and its content in aboveground biomass, the soil can be enriched with biological nitrogen from 73.2 to 110.0 kg/ha. The increase compared to the control variant ranged from 19.7 to 60.3%. This is an extremely important feature for enriching the soil with free biological nitrogen, valuable fresh organic matter, and an overall positive impact on key fertility indicators. The amount of biomass during the pre-harvest period significantly increased under the influence of resource-saving nutrition optimization compared to the control variant. Seed treatment alone led to a 10.4% increase in accumulated dry matter, while the combination of measures resulted in even more intense growth - up to a maximum of 58.5% compared to the control. The variant combining seed treatment, N15P15K15 application, and foliar feeding with Nanovit at a dose of 1 l/ha was characterized by the highest biomass formation. A close correlation was determined between grain yield levels and accumulated biomass remaining in the soil as fresh organic matter.12 In the years of cultivation, for seed treatment with water before sowing, the average number of pods in the control was 4.3, while in the most optimal experimental variant, it increased to 4.7-4.8 pods per plant. The lowest number of pods on pea plants during our research was observed in the driest year of cultivation in 2022, ranging from 2.58 to 3.13 pods per plant. It has been established that with the implementation of pre-sowing seed treatment, application of N15P15K15 fertilizer, and foliar feeding of plants at the beginning of budding, especially in combination, important components of crop structure such as the number of grains per pod and their quantity per pea plant increased. In the control group where seed treatment with water was used, the average number of grains per pod over the years of the study was 5.8, while with the combination of nutritional optimization factors, it increased to 6.4-6.5. Similarly, the number of grains per plant also varied in these specified variants: 25.1 in the control group and up to 30.7-31.2 in the better-performing variants. These results also influenced the weight of grain per pea plant and the weight of 1000 grains positively compared to the control. According to the conducted research, it was found that pre-sowing seed treatment, post-sowing application of complex mineral fertilizer N15P15K15, and foliar feeding with modern bio-preparations and micronutrients had a positive impact on grain yield levels. It was determined that only pre-sowing seed treatment led to an increase in grain yield by 7.5% in the control group and up to 10.5% depending on the fertilization variant. When combining the application of complex mineral fertilizer N15P15K15, seed treatment before sowing, and foliar feeding, grain yield increased by 31.6-43.3%. This indicates the effectiveness of implementing resource-saving nutritional optimization using Nanovit (1 l/ha), Organic D-2M (2 l/ha), and boron (1 l/ha) for pea crop treatment at the beginning of budding. The costs of implementing these measures as part of the technology are insignificant, while the yield increases are substantial. Additionally, it was found that the higher the grain yield formed, the more post-harvest residues and biologically fixed nitrogen will remain in the soil.13 The investigated elements of the technology also had an impact on the main indicators of seed quality in field peas. The highest protein content in pea grain on average for the years 2021-2023 was found under the combined action of seed treatment with Nanovit and foliar feeding against the background of pre-sowing application of N15P15K15, where protein content was determined to be 22.5%, compared to 22.2% in the control and 21.3% in the absolute control. The protein content in field pea grain was significantly influenced by the weather and climatic conditions of the cultivation years: the least accumulation was observed during research conducted in the most precipitation-favorable year of 2021. In our opinion, this is due to sufficient soil moisture during the grain ripening period. Vegetation in this year was longer compared to the following years of research. Microbiological processes, including biological nitrogen fixation, essentially ceased by the end of ripening, likely due to some compaction of the upper soil layers. A similar dependency was observed in the weight of 1000 pea seeds. Seed treatment with Nanovit before sowing, application of N15P15K15, and foliar feeding with Nanovit, Organic D-2M, and boron, both individually and in combination, contributed to an increase in the estimated protein yield per hectare from 0.33 to 0.55 tons per hectare. Economic calculations have shown that the maximum gross production value of 22.8 thousand UAH per hectare was achieved in variants with the application of N15P15K15 + Nanovit and N15P15K15 + Organic D-2M. The conditional net profit, which is one of the most important economic indicators of pea production efficiency and other agricultural crops, reached a maximum value of 13.9 thousand UAH per hectare in variants with seed treatment using Nanovit Micro and N15P15K15 + Organic D-2M, as well as N15P15K15 + Boron in the background nutrition variants. In the control groups of the investigated factors, this indicator decreased significantly to 7.1 thousand UAH per hectare. The application of the factors under investigation is justified and economically beneficial. Compared to the control for optimizing pea nutrition, a high efficiency of the preparations and N15P15K15 is ensured with additional yield14 formation: for one unit of active substance of mineral fertilizers - 6.89-10.44 kg/kg, Nanovit within the range of 500-740 kg grain/l; Organic D-2M - from 235 to 335 kg grain/l, and boron - from 440 to 710 kg/l depending on the combination of factors. The cost-effectiveness indicators of the investigated preparations relative to the background application of N15P15K15 were lower but still significant. Our approaches to optimizing field pea nutrition, besides saving costs on cultivation, are ecological and can be successfully applied in organic farming.