Chemical composition of spring wheat at different levels of mineral nutrition

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Spring wheat is widely used as a raw material for the production of human food and animal feed. This study was aimed at investigating the response of spring wheat to different levels of mineral nutrition. The article presents the results of applying mineral fertilisers when growing spring wheat of the Novosibirsk 31 variety in the Tyumen region. The following parameters were determined: wheat grain yield, grain nutritional quality (protein content, raw gluten, gluten quality, grain hardness, grain-unit value), and amino acid and elemental (N, P, K, S, Na, Mg, Ca, Cl) composition. The efficiency of mineral fertilisers was shown to depend on their dosage, as well as on soil and weather conditions. In 2018, the use of mineral fertilisers led to an increased wheat yield and an improved grain quality. Thus, in comparison with the control (no fertilisers), the wheat yield increased by 1.6 t/ha, while the protein and wet gluten content grew by 3.67% and 9.9%, respectively. The application of fertilisers allowed 3rd class wheat to be obtained, while experiments involving no fertilisers produced only 4th class wheat. It was revealed that the role of mineral fertilisers in wheat yields and their quality decreases when growing wheat on leached chernozem under favourable weather conditions. Thus, in 2019, 3rd class wheat varying in yield insignificantly was obtained in all experiments (with and without fertilisers). It was confirmed that an increase in the dose of mineral fertilisers leads to an increase in the content of glutamic and aspartic acids in the grain, at the same time as decreasing the content of arginine. The elemental composition of grain, except for nitrogen, does not depend on the dose of fertilisers.

About the authors

D. V. Chikishev

Northern Trans-Ural State Agricultural University

Email: 79088690714@yandex.ru

N. V. Abramov

Northern Trans-Ural State Agricultural University

Email: vip.anv.55@mail.ru

N. S. Larina

University of Tyumen

Email: nslarina@yandex.ru

S. V. Sherstobitov

Northern Trans-Ural State Agricultural University

Email: sv5888857@yandex.ru

References

  1. Wang X., Cai D., Grant C., Hoogmoed W.B., Oenema O. Factors controlling regional grain yield in China over the last 20 years // Agronomy for Sustainable Development. 2015. Vol. 35. P. 1127–1138. 10.1007/s13593-015-0288-z' target='_blank'>https://doi: 10.1007/s13593-015-0288-z
  2. Mukherjee A., Wang S.-Y.S., Promchote P. Examination of the climate factors that reduced wheat yield in Northwest India during the 2000s // Water. 2019. Vol. 11. Issue 2. P. 343–355. https://doi.org/10.3390/w11020343
  3. Xue C., Matros A., Mock H.P., Mühling K.H. Protein composition and baking quality of wheat flour as affected by split nitrogen application // Frontiers in Plant Science. 2019. Vol. 10. 11 p. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00642
  4. Zörb C., Ludewig U., Hawkesford M.J. Perspective on wheat yield and quality with reduced nitrogen supply // Trends in plant science. 2018. Vol. 23. Issue 11. P. 1029–1037. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2018.08.012
  5. Schierhorn F., Müller D., Prishchepov A., Faramarzi M., Balmann A. The potential of Russia to increase its wheat production through cropland expansion and intensification // Global Food Security. 2014. Vol. 3. Issues 3-4. P. 133–141. https://doi.org/10.1016/j.gfs.2014.10.007
  6. Corrêa J.C., Grohskopf M.A., Nicoloso R. da S., Lourenço K., Martini R. Organic, organomineral, and mineral fertilizers with urease and nitrification inhibitors for wheat and corn under no-tillage // Pesquisa Agropecuária Brasileira. 2016. Vol. 51. Issue 8. P. 916–924. https://doi.org/10.1590/S0100-204X2016000800003
  7. Efretuei A., Gooding M., White E., Spink J., Hackett R. Effect of nitrogen fertilizer application timing on nitrogen use efficiency and grain yield of winter wheat in Ireland // Irish Journal of Agricultural and Food Research. 2016. Vol. 55. Issue 1. P. 63–73. https://doi.org/10.1515/ijafr-2016-0006
  8. Rezig F.A., Elhadi E.A., Mubarak A.R. Impact of organic residues and mineral fertilizer application on soil–crop systems I: yield and nutrients content // Archives of Agronomy and Soil Science. 2013. Vol. 59. Issue 9. P. 1229–1243. https://doi.org/10.1080/03650340.2012.709622
  9. Mulvaney R.L., Khan S.A., Ellsworth T.R. Synthetic nitrogen fertilizers deplete soil nitrogen: a global dilemma for sustainable cereal production // Journal of Environmental Guality. 2009. Vol. 38. Issue 6. P. 2295–2314. https://doi.org/10.2134/jeq2008.0527
  10. Beyenesh Z., Nigussie D. Effect of mineral fertilizer, farmyard manure, and compost on yield of bread wheat and selected soil chemical properties in Enderta District, Tigray Regional State, Northern Ethiopia // East African Journal of Sciences. 2018. Vol 12. Issue 1. P. 29–40.
  11. Ma G., Liu W., Li S., Zhang P., Wang C., Lu H., et al. Determining the optimal N input to improve grain yield and quality in winter wheat with reduced apparent N loss in the North China Plain // Frontiers in Plant Science. 2019. Vol. 10. P. 181. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00181
  12. Ullah G., Khan E.A., Awan I.U., Khan M.A., Khakwani A.A., Baloch M.S., et al. Wheat response to application methods and levels of nitrogen fertilizer: I. phenology, growth indices and protein content // Pakistan Journal of Nutrition. 2013. Vol. 12. Issue 4. P. 365–370. https://doi.org/10.3923/pjn.2013.365.370
  13. Yu Z., Juhasz A., Islam S., Diepeveen D., Zhang J., Wang P., et al. Impact of mid-season sulphur deficiency on wheat nitrogen metabolism and biosynthesis of grain protein // Scientific Reports. 2018. Vol. 8. Issue 1. P. 2499. https://doi.org/10.1038/s41598-018-20935-8
  14. Zhang P., Ma G., Wang C., Lu H., Li S., Xie Y., et al. Effect of irrigation and nitrogen application on grain amino acid composition and protein quality in winter wheat // Public Library of Science one. 2017. Vol. 12. Issue 6. P. e0178494. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178494
  15. Hawkesford M.J. Reducing the reliance on nitrogen fertilizer for wheat production // Journal of Cereal Science. 2014. Vol. 59. Issue 3. P. 276–283. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2013.12.001
  16. Bogard M., Allard V., Brancourt-Hulmel M., Heumez E., Machet J.-M., Jeuffroy J.-H., et al. Deviation from the grain protein concentration–grain yield negative relationship is highly correlated to post-anthesis N uptake in winter wheat // Journal of Experimental Botany. 2010. Vol. 61. Issue 15. P. 4303–4312. https://doi.org/10.1093/jxb/erq238
  17. Hřivna L., Kotková B., Buresova I. Effect of sulphur fertilization on yield and quality of wheat grain // Cereal Research Communications. 2015. Vol. 1. P. 1–9. https://doi.org/10.1556/CRC.2014.0033
  18. Abewa A., Adgo E., Yitaferu B., Alemayehu G., Assefa K., Solomon J.K.Q., et al. Teff grain physical and chemical quality responses to soil physicochemical properties and the environment // Agronomy. 2019. Vol. 9. Issue 6. P. 283. https://doi.org/10.3390/agronomy9060283
  19. Hussain A., Larsson H., Kuktaite R., Johansson E. Mineral composition of organically grown wheat genotypes: contribution to daily minerals intake // Environmental Research and Public Health. 2010. Vol. 7. Issue 9. P. 3442–3456. https://doi.org/10.3390/ijerph7093442
  20. Svecnjak Z., Jenel M., Bujan M., Vitali D., Dragojević I.V. Trace element concentrations in the grain of wheat cultivars as affected by nitrogen fertilization // Agricultural and Food Science. 2013. Vol. 22. Issue 4. P. 445–451. https://doi.org/10.23986/afsci.8230
  21. Gaj R., Gorski D. Effects of different phosphorus and potassium fertilization on contents and uptake of macronutrients (N, P, K, Ca, Mg) in winter wheat I. Content of macronutrients // Journal of Central European Agriculture. 2014. Vol. 15. Issue 4. P. 169–187. https://doi.org/10.5513/JCEA01/15.4.1526
  22. Suchowilska E., Wiwart M., Kandler W., Krska R. A comparison of macro- and microelement concentrations in the whole grain of four Triticum species // Plant, Soil and Environment. 2012. Vol. 58. P. 141–147. https://doi.org/10.17221/688/2011-PSE
  23. Kovačević V., Kadar I., Rastija M., Sudar R. Impacts of NPK fertilization on chemical composition of wheat grain. In: Proceedings of the 48th Croatian and 8th International Symposium on Agriculture. 2013. P. 510–514.
  24. Shoup F.K., Pomeranz Y., Deyoe C.W. Amino acid composition of wheat varieties and flours varying widely in bread-making potentialities // Journal of Food Science. 1966. Vol. 31. Issue 1. P. 94–101. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1966.tb15420.x
  25. Mosse J., Huet J.C., Baudet J. The amino acid composition of wheat grain as a function of nitrogen content // Journal of Cereal Science. 1985. Vol. 3. Issue 2. P. 115–130. https://doi.org/10.1016/S0733-5210(85)80022-9
  26. Baudet J., Huet J.-C., Mossé J. The amino acid composition of wheat grain as related to its protein content // Amino Acid Composition and Biological Value of Cereal Proteins. 1985. P. 439–450.
  27. Чикишев Д.В., Абрамов Н.В., Ларина Н.С., Шерстобитов С.В. Влияние азотных удобрений на аминокислотный состав зерна яровой пшеницы // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2019. N 3 (51). С. 20–25. https://doi.org/10.31563/1684-7628-2019-51-3-20-26
  28. Joy W.K. Ammonia, glutamine and asparagine: A carbon-nitrogen interface // Canadian Journal of Botany. 1988. Vol. 66. Issue 10. P. 2103–2109. https://doi.org/10.1139/b88-288
  29. Shewry P.R., Tatham A. The prolamin storage proteins of cereal seeds: structure and evolution // The Biochemical Journal. 1990. Vol. 267. P. 1–12. https://doi.org/10.1042/bj2670001
  30. Winter G., Todd C.D., Trovato M., Forlani G., Funck D. Physiological implications of arginine metabolism in plants // Frontiers in Plant Science. 2015. Vol. 6. P. 00534. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00534
  31. Семизоров С.А., Гунгер М.В. Влияние различных норм припосевного внесения аммиачной селитры на урожайность яровой пшеницы // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. 2018. N 4. С. 85–88.
  32. Богомазов С.В., Левин А.А., Ткачук О.А., Лянденбурская А.В. Урожайность и качество зерна яровой мягкой пшеницы в зависимости от применения гуминового и минеральных удобрений // Нива Поволжья. 2019. N 3 (52). C. 68–73.
  33. Синявский И.В., Еликбаева С.А. Влияние сочетаний органических и минеральных удобрений на урожайность и качество зерна яровой пшеницы в звене зернопарового севооборота // Вестник Курганской ГСХА. 2019. N 2 (30). С. 34–37.
  34. Sherstobitov S. The results of the differential mineral fertilization in the automatic mode according to the task map // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 537. Issue 6. P. 062011. https://doi.org/10.1088/1757-899X/537/6/062011

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».