Особливості формування врожаю та якості зерна сої та нуту залежно від рівня живлення в умовах Лівобережного Лісостепу України

Abstract

Обґрунтування вибору теми дослідження. До основних зернобобових культур України належать горох, соя, нут, чина та сочевиця. Зерно бобових збалансоване за поживністю (адже містять протеїн, вуглеводи, вітаміни, жири, незамінні та замінні амінокислоти тощо), рослини здатні забезпечувати культури сівозміни у біологічному азоті, мобілізувати з ґрунту малорозчинні форми фосфору. Вирощування бобових дозволяє зробити ефективним не лише аграрний бізнес, а й покращити агрофізичний стан ґрунту. Однією з головних біологічних особливостей цих культур є здатність створювати симбіотичні комплекси з ґрунтовою біотою, за допомогою яких зв’язується значна кількість азоту з повітря. Такий процес відбувається завдяки бульбочковим бактеріям, які, проникаючи в кореневі волоски проростків, інтенсивно діляться та формують бульбочки. Ця властивість є визначальною, оскільки інші культури є лише споживачами цього елемента, тоді як бобові не лише засвоюють азот із повітря, а й збагачують ґрунт у доступному вигляді для наступної культури сівозміни. Це дозволяє скоротити норми внесення азоту і, як наслідок, знизити екологічне навантаження на агроценоз та зменшити фінансові витрати. Проведені спостереження метрологічної мережі України свідчать про те, що зміни клімату, особливо підвищення температурного режиму мають істотний вплив на низку метеорологічних параметрів. Таких змін зазнали і умови Лівобережного Лісостепу України. Доведено підвищення забезпеченості теплом вегетаційного періоду та наявний дефіцит опадів, що свідчить про формування умов, характерних для більш південних регіонів країни (Миколаївської, Запорізької та Дніпропетровської областей). Таким чином, очевидне переміщення тепловимогливих культур на північ нашої країни. Саме до таких перспективних культур належать соя та нут. Водночас необхідно відзначити підвищення вимог до зібраної сировини. Так, сьогодні є пріоритетним отримання зерна, збалансованого за вмістом цінних амінокислот та інших сполук. Отже, вибрана тематика є важливою і актуальною, оскільки в умовах Лівобережного Лісостепу не досліджувалась. Вперше вивчено сортові особливості формування показників габітусу рослин, структури врожаю зерна сучасних сортів сої та нуту в умовах Лівобережного Лісостепу України. Проаналізовано особливості формування маси 1000 зернин, вмісту білка і олії залежно від сорту та рівня живлення. Визначено амінокислотний склад. Оптимізовано технологію вирощування сої і нуту за добору більш адаптованих сортів та рівнів живлення для умов Лівобережного Лісостепу України. Набула подальшого вивчення ступінь впливу метрологічних показників (опади, температура) на габітус рослин, складові структури врожаю та показники його якості залежно від сортових особливостей та рівня удобрення. Розраховано та обґрунтовано економічні та енергетичні показники ефективності вирощування сої та нуту залежно від сортових особливостей та рівня удобрення. Практичне значення одержаних результатів. Сільськогосподарським виробникам Лівобережного Лісостепу України рекомендовано сорти та норми удобрення, що забезпечують формування врожаю сої − 2,9 т/га та нуту − 2,3 т/га. Рекомендовані сорти сої вирощували в умовах ФГ «ЛСК-11» (Сумський район, Сумська область) на площі 45 га, де отримано чистий прибуток 22350 грн/га за рівня рентабельності 93 %. Також на землях ФГ «Родина» (Кобеляцький район, Полтавська область) на площі 12 га, де отримали 32250 грн/га за рівня рентабельності 126 %. У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення та науково-практичне вирішення завдання щодо оптимізації вирощування сучасних сортів сої та нуту в умовах Лівобережного Лісостепу України. Головними інструментами було визначення адаптованих сортів та рівнів живлення задля отримання максимального врожаю з високими показниками якості зерна. Нами здійснено вивчення іноземних та українських джерел щодо стану виробництва зернобобових культур, зокрема сої та нуту. Поряд з цим проведено аналіз сортів у Державному реєстрі України. Детально розглянуто вплив живлення на продуктивність та якість зерна сої і нуту. Підтверджено, що проблема вирощування рослинного білка залишається однією з основних у сучасному світовому агропромисловому виробництві. Адже доведено, що дефіцит білка в раціонах годівлі тварин та продуктах людського харчування є очевидним. Дослідники аграрії працюють над зменшенням білкового дефіциту селекційними та технологічними шляхами. Умови ринкової економіки вимагають не тільки інтеграції України у світовий економічний простір, а й пошуку стійких ніш у реалізації виробленої продукції. Зважаючи та те, що сільськогосподарське виробництво є однією з найважливіших галузей міжнародної спеціалізації нашої країни, важливо постійно зміцнювати позиції сільськогосподарської продукції на ринках світу. Особливої уваги потребує питання експорту продукції зернових культур, за якими країна має конкурентні переваги на світовому ринку, оскільки зерно та вироблені з нього продукти є фундаментом продовольчої безпеки держави. Усе зазначене свідчить про актуальність дослідження проблем розвитку виробництва зерна. Установлено, що ґрунтово-кліматичні умови місця проведення досліджень є типовими для Лівобережного Лісостепу України. За результатами розрахунку гідротермічного коефіцієнта було виявлено, що періоди вегетації (травень-вересень) 2020 та 2021 рр. слід класифікувати як нормальні (ГТК=1,02–1,03), а 2022 р. (ГТК=1,32) як вологий. Доведено, що ґрунтово-кліматичні умови місця проведення досліджень (Лівобережна частина Лісостепу України) є сприятливими для вирощування сої та нуту і дозволяють реалізувати біологічний потенціал досліджуваних сортів. За результатами польових дослідів у 2020–2022 рр. установлено, що в умовах Лівобережного Лісостепу України більш високорослими були рослини сої сорту Тріада, а саме середній показник становив 80,2 см. Дещо нижчими були рослини сої сортів Тенор – 75,2 см та Командор – 66,7 см. Також виявлено суттєве підвищення висоти рослин за розрахункової норми добрив – 77,5 см. Найбільший вплив розраховано за факторами «Сорт» – 46 % та «Погодні умови» – 38 %. Вищі показники площі листкової поверхні посіву сої відмічено у сортів Тріада (33,4 тис. м 2 /га) та Тенор (34,0 тис. м 2 /га). Мінімальну (32,1 тис. м 2 /га) асиміляційну поверхню – у сорту Командор. Виявлений позитивний ефект щодо збільшення площі листкової поверхні сої за внесення добрив на 7,0–9,1 тис. м2 /га порівняно з контролем. На час цвітіння найвищі рослини нуту сформував сорт Ярина – 50,9 см, дещо менші у сорт Красень – 48,0 см. Істотно менші значення мали рослини сорту Буджак – 45,9 см. Застосування рекомендованої норми обумовило збільшення цього параметра на 3,0 см; а розрахункової норми на 3,5 см порівняно з контролем. Найбільшу площу листкової поверхні нуту сформовано у сорту Ярина – 34,0 тис. м 2 /га. Дещо меншу у сорту Красень – 33,4 тис. м 2 /га. Суттєво меншу (32,1 тис. м 2 /га) асиміляційну поверхню сформовано у сорту Буджак. Максимальний показник отримано за розрахункової норми добрив – 36,9 тис. м 2 /га; дещо менший за рекомендованої норми – 34,8 тис. м 2 /га. Але всі варіанти з застосуванням добрив мали суттєво вищі показники порівняно з контролем – 27,8 тис. м 2 /га. Серед досліджуваних сортів сої найбільшу кількість бобів сформовано у Тріади – 15,4 шт. Істотно меншу кількість бобів на час збирання отримали у Тенора – 14,2 шт. та Командора – 14,8 шт. на одній рослині. Розраховано суттєве збільшення кількості бобів (3,7–4,4 шт./одній рослині) за застосування добрив. Максимальне збільшення (16,5 шт.) індивідуальної продуктивності плодів виявлено на варіанті застосування розрахункової норми добрив. Однонасінних плодів було більше у сорту Тенор (4,4 шт.). Менший показник отримали у сортів Командор (3,62 шт.) та Тріада (3,1 шт.). Двонасінних плодів від 4,4 до 7,59 шт./рослині. Кількість найбільш продуктивного сегмента, а саме тринасінних плодів, була найвищою у сорту Тріада (5,52 шт.). За індивідуальною продуктивністю сої (кількістю зернин) максимальне значення у сорту Тріада – 33,4 шт. Дещо менше у Командора – 31,0 шт. Мінімальне значення отримали у сорту Тенор – 28,4 шт. Для всіх сортів максимальну кількість отримали за розрахункової норми – 34,1 шт./рослину. Дисперсійним аналізом розраховано найбільший вплив фактора В «Норми добрив» на кількість зернин – 74 %. Сортові особливості сої впливали на 22 %. Максимальний середній показник маси зернин з однієї рослини був у сорту Тенор – 5,6 г. Дещо менший у сортів Командор – 5,43 г та Тріада – 5,32 г. За фактором «Норми добрив» відмічено суттєве збільшення показника на 1,43–1,73 г. Максимальну вагу отримали у рослин за використання розрахункової норми добрив – 6,13 г/рослину. Для нуту виявлено, що максимальна середня кількість зернин (16,0 шт./одній рослині) була у сорту Ярина. Істотно менші значення отримали у сортів Красень (14,2 шт./одній рослині) та Буджак (13,5 шт./одній рослині). За фактором В «Норми добрив» відмічено підвищення індивідуальної продуктивності за кількістю зернин на 0,5–0,6 шт./одній рослині порівняно з контролем. Найвпливовішими були сортові особливості – 68 % та погодні умови – 25 %. Найвищу індивідуальну продуктивність мали рослини сорту Ярина – 5,7 г. Менш продуктивними були рослини сорту Буджак – 5,3 г та сорту Красень – 5,0 г. За фактором В «Норми добрив» розрахована прибавка індивідуальної продуктивності однієї рослини за використання добрив на рівні 0,5 г порівняно з контролем, де було сформовано 5,0 г. Максимальний рівень врожайності сої відмічено у сорту Тенор – 2,55 т/га. Менш урожайними були сорти Командор – 2,44 т/га та Тріада – 2,37 т/га. Слід відзначити суттєве підвищення збору врожаю зерна сої за рекомендованої – на 0,64 т/га та розрахункової норми добрив на 0,78 т/га порівняно з контролем. Найбільш сприятливими виявились умови 2020 року (2,6 т/га). Менші значення отримано в умовах 2022 року – 2,46 т/га та 2021 року – 2,30 т/га. Максимальний вплив на формування врожаю мав фактор «Норми добрив», який становив 83 %. Частка впливу «Погодних умов» становила 13 %, а «Сорту» лише 4 %. Для нуту максимальну врожайність отримали у сорту Ярина –2,34 т/га. Менші показники у сортів Буджак – 2,1 т/га та Красень – 2,03 т/га. Внесення добрив обумовило збільшення рівнів урожайності в середньому по досліду на 0,21–0,22 т/га порівняно з контролем. За результатами дисперсійного аналізу розраховано вплив факторів на формування врожаю, зокрема: «Сорт» – 44 %, «Погодні умови» – 29 % та «Добрива» – 25 %. До основних показників якості насіння сої та нуту відносять масу 1000 шт. зернин, вміст білка та жиру. Також за сучасних підходів до харчування та переробної промисловості зростає важливість амінокислотного складу зерна зернобобових культур. Дослідження в лабораторіях центру колективного користування (ЦКК) виявили, що максимальні значення маси 1000 зернин сої були у сорту Тенор (197,1 г), менші показники формував сорт Командор (174,7 г) і найменшу масу мав сорт Тріада (159,4 г). Також розраховано найбільшу масу 1000 зернин за внесення розрахункової та рекомендованої норми добрив – 177,3– 180,9 г, що більше на 4,3–7,9 г порівняно з контролем. Для маси 1000 зерен нуту за роками: найбільш крупне насіння нуту сформувалося у 2021 році (384,0 г); менше – за погодних умов 2022 року (362,7 г); найменше – у 2020 році (352,9 г). Найбільша маса 1000 зернин була у сорту Буджак (392,9 г); середня – у сорту Ярина (358,0 г); найменша – у сорту Красень (348,7 г). Слід відзначити, що найбільші показники сформувалися за внесення розрахункової норми добрив (376,2 г) та рекомендованої норми добрив (371,9 г). Найменша маса 1000 зерен формувалася на варіантах без внесення добрив – 351,6 г. Вплив сортових особливостей на масу 1000 зернин нуту – 55 %, погодних умов – 27 %, норм добрив – 18 %. Лабораторні дослідження на спектрофотометрі SupNir 2750 виявили, що найвищі значення вмісту білка в зерні сої та нуту за умов 2021 року – 41,3 та 23,1 % відповідно. Серед сортів максимальне значення вмісту білка у сортів сої було за вирощування Тенора (42,1 %); у сортів нуту – Красеня (23,9 %). За варіантами внесення добрив максимальне значення у сої отримали за рекомендованої норми (41,8 %); у нуту – за розрахункової (23,2 %). Результати дисперсійного аналізу демонструють максимальний вплив на вміст білка в зерні сої: погодних умов (69 %); у нуту – сортових особливостей (54 %). За результатами біохімічного аналізу виявлено, що найбільш сприятливим для формування вмісту жиру в зерні сої та нуту був 2021 рік – 19,4 % та 7,66 % відповідно. Найбільший вміст жиру в розрізі сортів сої у сорту Тріади (19,7 %), нуту – у сорту Ярина (7,77 %). Внесення розрахункової та рекомендованої норм добрив позитивно вплинуло на формування вмісту жиру в зерні сої (19,2–19,4 %) та нуту (по 7,55 %), що більше в середньому на 0,5–0,7 та 0,22 % відповідно до контролю. Слід відзначити, що для обох культур максимальний вплив на цей показник обумовлено сортовими особливостями: у сої – 57 %; у нуту – 51 %. Детальний аналіз на SupNir 2750 вмісту незамінних амінокислот виявив, що серед досліджуваних сортів сої найбільша кількість лізину (2,54 г/100 г), метіоніну (0,60 г/100 г), лейцину (3,00 г/100 г) та фенілаланіну (2,11 г/100 г) у зерні Тенор. Внесення добрив позитивно вплинуло на вміст усіх незамінних амінокислот залежно від сорту, за винятком метіоніну, який зменшувався на 0,04–0,09 г/100 г за внесення мінеральних добрив. Для зерна нуту найбільший вміст лізину (1,76 г/100 г), треоніну (1,15 г/100 г), валіну (0,94 г/100 г), ізолейцину (0,86 г/100 г) та фенілаланіну (1,63 г/100 г) у сорту Красень. Як і в зерні сої, внесення мінеральних добрив позитивно вплинуло на вміст незамінних амінокислот, за винятком вмісту метіоніну, який зменшувався на 0,01–0,06 г/100 г за внесення мінеральних добрив залежно від сорту. Вміст замінних амінокислот у зерні сої залежав від сортових особливостей, зокрема максимальний вміст аланіну (1,59 г/100 г) зафіксовано у сорту Командор, глутамінової кислоти (1,66 г/100 г) – у сорту Тріада, проліну (1,69 г/100 г), аспарагінової кислоти (4,00 г/100 г), серину (1,98 г/100 г), аргініну (1,78 г/100 г) та гістидину (1,53 г/100 г) – у сорту Тенор. Для нуту максимальний вміст: аланіну (1,18 г/100 г), глутамінової кислоти (4,51 г/100 г), серину (1,62 г/100 г) та аргініну (2,76 г/100 г) розрахували в сорту Красень; проліну (0,96 г/100 г) – у сорту Буджак; аспарагінової кислоти (2,36 г/100 г), гістидину (0,98 г/100 г) – у сорту Ярина. Як і в зерні сої, внесення добрив позитивно позначилися на вмісті замінних амінокислот у зерні нуту. За розрахунками економічної та енергетичної ефективності визначено, що вирощування сої та нуту в Лісостепових районах Лівобережжя України є вигідним. Про це свідчать розраховані економічні показники (маса прибутку і рівень рентабельності) та коефіцієнти енергетичної ефективності. За вирощування сої залежно від сорту та норм застосування мінеральних добрив найвищий рівень рентабельності 176 % було отримано за вирощування сорту Командор без внесення добрив. Максимальну масу прибутку, яка становила 23037 грн/га, було отримано за вирощування сої сорту Тенор і розрахункової норми внесення мінеральних добрив. Вирощування нуту залежно від сорту та норм застосування добрив забезпечило максимальний рівень рентабельності 223 % на варіанті за вирощування сорту Ярина без добрив. Прибуток був також найбільшим на цьому варіанті – 37208 грн/га. Найвищий коефіцієнт енергетичної ефективності 4,68–4,74 для сої і 3,91–4,33 для нуту було отримано для всіх сортів без застосування добрив. Отже, задля збереження родючості ґрунту та отримання стабільних рівнів урожаю зерна сої та нуту з високими показниками якості (масою 1000 зернин), вмістом білка та жиру, амінокислотним складом) на чорноземі типовому в умовах Лівобережного Лісостепу України доцільно використовувати сорт Тенор за удобрення N45Р65К85 та сорт Ярина за застосування N35Р15К110.