CC BY
33
УДК 631. 582
СЕВООБОРОТЫ АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНЫХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ НА СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ ВЛАДИМИРСКОГО ОПОЛЬЯ
И.Ю. ВИНОКУРОВ1, кандидат химических наук, зав. лабораторией (e-mail: adm@vnish.elkom.ru)
О.С. ЧЕРНОВ1, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник,
А.А. КОРЧАГИН12, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник,
Л.И. ИЛЬИН1, кандидат экономических наук, директор
1Владимирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, ул. Центральная, 3, пос. Новый, Суздальский р-н, Владимирская обл., 601261, Российская Федерация
2Владимирский государственный университет, ул. Горького, 87, Владимир, 600000, Российская Федерация
Резюме. Представлены результаты исследования севооборотов во Владимирской области, которое проводится на протяжении более чем 35 лет (с 1980 г.). На ландшафтном стационаре, заложенном в 1996 г. на серых лесных почвах Владимирского ополья, изучали шестипольные севообороты с различным насыщением зерновыми культурами. Цель исследований - по результатам многолетних стационарных опытов обосновать агробиологические основы разработки севооборотов зерновой специализации. На агроландшафт-ном стационаре в севообороте при 50 %-ной насыщенности зерновыми (черный пар - озимая пшеница - овес с подсевом многолетних трав - многолетние травы I г.п. - многолетние травы II г.п. - ячмень) продуктивность 1 га севооборотной площади составила 2,11 тыс. зерн. ед. при урожайности зерновых 32,5 ц. В севообороте за ротацию были внесены 40 т/ га навоза и минеральные удобрения в количестве 340 кг действующего вещества (д.в.). Окупаемость 1 кг минеральных удобрений составила 31,0 зерн. ед. Максимальная в опыте продуктивность 1 га севооборотной площади - 3,29 тыс. зерн. ед. при урожайности зерновых культур 37,2 ц отмечена в плодосменом севообороте (картофель - ячмень - пар занятый (однолетние травы) - озимая пшеница - зернобобовые - яровая пшеница) с внесением 80 т/га навоза и 920 кг д.в. /га минеральных удобрений за ротацию при насыщенности зерновыми 66,7 %. Окупаемость 1 кг минеральных удобрений составила 21,4 зерн. ед. При всех системах удобрения баланс азота был положительным и составлял от 0,9 до 517 кг/га. Доля биологического азота варьировала в интервале 8,5-25,3 %. Анализ фундаментальных подходов к системе управления агроландшафтами, которые основаны на использовании представлений об устойчивости агроэко-систем, показал, что экологические ограничения занимают доминирующее положение при разработке и реализации адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Поэтому при выборе систем удобрения и севооборотов ведущее положение должна занимать система севооборотов. Ключевые слова: система севооборотов, предшественники, продуктивность, серая лесная почва, адаптивно-ландшафтные системы земледелия.
Для цитирования: Севообороты адаптивно-ландшафтных систем земледелия на серых лесных почвах Владимирского ополья / И.Ю. Винокуров, О.С. Чернов, А.А. Корчагин, Л.И. Ильин//Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 6. С. 15-20.
Изучение чередования культур в севообороте и их влияния на урожайность возделываемых растений, плодородие почвы, состояние засорённости посевов в России продолжается более 100 лет. На территории Владимирской области этот прием начали применять в 1897 г. Тогда в с. Бродницы Борисовской волости
Владимирского уезда был введён четырёхпольный севооборот с клевером [1]. В Европе к тому времени севообороты уже использовали.
Как писал Д.Н. Прянишников: «Норфолькское четырёхполье ... держится уже в течение 150 лет ... постепенно ... вызвало удвоение урожаев хлебов против уровня, бывшего при трёхполье, ... и это произошло в то время, когда Европа ещё не знала применения минеральных удобрений» [2].
На основе обобщения результатов исследований по изучению биоценотического влияния на питание сельскохозяйственных растений Д.Н. Прянишниковым было показано, что правильное чередование различных по биологии питания культур приводит к формированию более продуктивных агрофитоцено-зов, по сравнению с монокультурой. Севооборот стал одним из основных элементов системы земледелия, в дополнение к которому разрабатывали системы семеноводства, защиты растений, удобрения, обработки почвы. А.В. Петербургский отмечал следующее: «на всех типах почв действие удобрений выше в правильном севообороте, только здесь возможно добиться высокой эффективности от их применения» [3].
В Нечернозёмной зоне обеспечение лучшего сочетания высокой урожайности и сохранения плодородия почвы достигается при чередовании культур в севообороте по принципу плодосмена или рациональной культуросмены. Однако создаваемые при этом многопольные севообороты часто не вписывались в специализацию сельскохозяйственного производства и сдерживали её развитие [4]. Одним из наиболее сложных оказался вопрос специализации севооборотов зернового направления, хотя в Нечернозёмной зоне известны положительные примеры их насыщения зерновыми культурами до 66-85 % [5].
Опыт зерновой специализации севооборотов во Владимирской области показал, что попытка решить проблему производства зерна путем расширения площади посевов зерновых выше научно-обоснованных пределов приводит к обратным результатам. Так, в 1970 г. доля зерновых в структуре посевных площадей составляла 46,5 %. В 1977 г. площадь их посевов в области довели до 349,9 тыс. га, что превышало допустимый 50 %-ный уровень насыщения даже для опольных районов. При этом урожайность зерновых культур уменьшилась с 21,1 ц/га в 1976 г. до 7,3 ц/га в 1981 г. Соответственно снизилось и валовое производство зерна, которое в 1981 г. составило всего 240,4 тыс. т против 701 тыс. т в лучшем 1976 г. [6].
На Владимирской областной сельскохозяйственной опытной станции (ныне ФГБНУ «Владимирский НИИСХ») изучение вопросов насыщения севооборотов зерновыми культурами начали с 1980 г. [7].
Разработка схем севооборотов, подбор предшественников, видов паров основывались на обобщении результатов предыдущих исследований, которые можно определить в виде следующих положений:
необходимо обеспечить правильную, своевременную обработку почвы после уборки предшественника;
озимую пшеницу короткостебельных сортов интенсивного типа, как ценную зерновую культуру, следует размещать по лучшим предшественникам;
необходимо учитывать различия в питании отдельных зерновых культур;
яровые и озимые зерновые культуры можно рекомендовать в структуре севооборота в соотношении 1:1;
ячмень слабо снижает урожайность при высокой концентрации зерновых в севообороте;
овёс следует рекомендовать в качестве лучшего предшественника для ячменя, яровой пшеницы и гороха, а ячмень - для овса;
пропашные культуры - лучший предшественник для яровой пшеницы, ячменя и зернобобовых;
овёс и горох устойчивы к поражению корневыми гнилями.
Эти положения легли в основу многолетнего стационарного полевого эксперимента, в котором за контроль был принят пятипольный севооборот, основанный на принципе плодосмена (табл. 1). В трёх других семипольных специализированных севооборотах, представленных на схеме, шесть из семи полей занимали зерновыми и зернобобовыми культурами. Минеральные удобрения вносили под планируемую урожайность: озимая рожь и овёс - 40 ц/га, озимая пшеница и ячмень - 45 ц/га зерна.
Во втором севообороте соотношение озимых и яровых зерновых составляло 1:1. Во втором и четвёртом в качестве предшественника озимых культур использовали горох. Третий севооборот был максимально насыщен ячменем. При культуросмене учитывали, что овёс и горох не подвергаются поражению корневыми гнилями, развивающимися на растениях семейства мятликовые.
По результатам исследований для озимой ржи лучшими предшественниками стали клевер и вика-овёс, хорошим - горох, удовлетворительными - озимая пшеница и ячмень. Вика-овёс и горох определены лучшими предшественниками для озимой пшеницы, хотя её продуктивность при посеве по гороху несколько снижалась.
При рассмотрении продуктивности яровых наблюдали влияние двух предшествующих культур в севообороте. Для ячменя лучшие результаты отмечали в звене «горох - озимая пшеница - ячмень», хорошие - в звеньях «клевер - озимая рожь - ячмень» и «вика-овёс - озимые - ячмень». Звенья «озимая пшеница - озимая рожь - ячмень» и «ячмень - озимая рожь - ячмень» оказались удовлетворительными. Лучшие условия для овса складывались в звене «горох - озимая пшеница - овес», хорошие - «озимые зерновые - ячмень - овес».
При этом ячмень, а иногда и горох, не могут быть хорошими предшественниками для озимых из-за довольно поздней уборки с вынужденной задержкой проведения основной обработки почвы. Однако ускорить созревание предшественника можно, как путем подбора раннеспелых сортов, так и совершенствованием системы удобрения, что может обеспечить соблюдение сроков его уборки и своевременную обработку почвы под озимые культуры.
В результате проведенных исследований было установлено, что самый высокий выход зерновых единиц - 4,33 тыс. с 1 га севооборотной площади -обеспечивает пятипольный плодосменный севооборот при урожайности зерновых культур, посеянных по лучшим предшественникам, - 40,3 ц/га.
Среди семипольных, как по урожайности зерновых, так и по продуктивности выделился севооборот с тремя полями ячменя. В нём продуктивность 1 га севооборотной площади составила 3,67 тыс. зерн. ед. при урожайности зерновых культур - 38,2 ц. Несколько ниже была величина указанных показателей в четвёртом севообороте 3,53 тыс. зерн. ед. с 1 га севооборотной площади и 36,9 ц/га (включая зернобобовые) соответственно, что в частности было обусловлено невысокой урожайностью гороха. Самая низкая продуктивность отмечена во втором севообороте, в котором соотношение озимых и яровых зер-
новых (включая зернобобовые) составило 1:1 - 3,37 тыс. зерн. ед. с 1 га пашни и 35,1 ц/га соответственно. Это было связано с трудностью подбора лучших и хороших предшественников для озимых при высоком насыщении семипольного севооборота зерновыми культурами.
Цель наших исследований - обосновать по результатам многолетних стационарных опытов агробиологические основы разработки севооборотов зерновой специализации.
Условия, материалы и методы. Представленные ранее положения легли в основу многолетнего стационарного опыта, заложенного в 1996 г. В эксперименте в пяти шестипольных севооборотах изучали влияние предшественников, систем удобрения различной интенсивности на продуктивность 1 га пашни и урожайность зерновых культур. Доля зерновых в структуре севооборотов составляла от 33,3 до 50,0 %.
В статье представлены результаты исследований, выполненных в комплексном многофакторном опыте в 1997-2002 гг. Полевой эксперимент проводили в двух закладках. Изучали пять шестипольных севооборотов с различной структурой посевных площадей и разными уровнями интенсивности. В качестве контроля был взят первый типичный зернопаротравяной севоо-
Таблица 1. Урожайность зерновых, включая зернобобовые, и продуктивность культур в севооборотах (Владимирский НИИСХ, 1983-1988 гг.), ц/га
Насыщение Урожайность Продуктивность
Схема севооборота зерновыми и зерновых и 1 га севооборот-
зернобобовыми зернобобовых ной площади,
культурами, % культур, ц/га тыс. зерн. ед.
I) клевер I г.п. - озимая рожь - ячмень - кукуруза на 60 40,3 4,33
силос - овёс с подсевом многолетних трав
II) занятый пар (вика-овёс) - озимая пшеница - ози- 85,7 35,1 3,37
мая рожь - ячмень - горох - озимая рожь - овёс
III) занятый пар (вика-овёс) - озимая пшеница - яч- 85,7 38,2 3,67
мень - овёс - ячмень - озимая рожь - ячмень
IV) занятый пар (вика-овёс) - озимая рожь - ячмень - 85,7 36,9 3,53
овёс - горох - озимая пшеница - ячмень
Таблица 2. Урожайность зерновых культур и продуктивность севооборотов в 1-й ротации по двум закладкам
Севооборот
Фон удобрения
Урожайность зерновых, ц/ га
С 1 га севооборотной площади
продуктивность, тыс. зерн. ед.
выход зерна, ц
Окупаемость 1 кг д.в. удобрений, зерн. ед.
I (зернопаротравяной)
II (зернопаротравяной)
III (зернотравяной)
IV (зернотравянопро-пашной)
V (плодосменный) НСР„„с
40 т навоза 27,1
40 т навоза + М^Р^ 32,5
40 т навоза + 25,5 N Р К
,„ 90 100 160 ___
40 т навоза+ 26,8 N Р К
' ,21^15^^310
М^Р^К** 30 7
К^5 30,0
^110^0 27,5
М^Р^К^ 30,5
60 т навоза + ^^ 32,6
80 т навоза + ^Р^С 37,2
0,8-1,7
1,94 2,11 2,12
2,22
2,42 2,50 2,33 2,85 2,83 3,29 0,9-1,8
14,0 16,2 12,8
13,4
15,4 15,0 9,2 10,2 16,3 18,6
31,0
36.3
19,9
16,2 13,6
14.4
13.8
22.9 21,4
борот с внесением 40 т/га навоза и низкими дозами минеральных удобрений. В каждом севообороте было предусмотрено два фона удобрений.
Севооборот I: чёрный пар - озимая пшеница - овёс + многолетние травы - многолетние травы I г. п. -многолетние травы II г.п. - ячмень; фон удобрений 1 - 40 т навоза, фон 2 - 40 т навоза + М100Р80К160.
Севооборот II: многолетние травы I г.п. - многолетние травы II г.п. - яровая пшеница - занятый пар - озимая рожь - овёс + многолетние травы; фон удобрений 1 - 40 т навоза + М90Р100К160, фон 2 - 40 т
навоза + М210Р150К310.
Севооборот III: многолетние травы I г.п. - многолетние травы II г. п. - озимая рожь - яровая пшеница -овёс - вика-овёс + многолетние травы; фон удобрений
1 - N280P160K455, фон 2 - М
Р К
360 230 510"
Севооборот IV: картофель - яровая пшеница -вика-овёс + многолетние травы - многолетние травы I
г.п. - многолетние травы II г.п. - озимая пшеница; фон
удобрений 1 - N380P110K480, фон 2 - М510Р150К575.
Севооборот V: картофель - ячмень - занятый пар -озимая пшеница - зернобобовые - яровая пшеница; фон удобрений 1 - 60 т навоза + М340Р90К310, фон 2 -
80 т навоза + М460Р100К360.
В четыре севооборота были включены два поля многолетних трав с целью решения проблемы бездефицитного баланса органического вещества. Ранее было установлено, что внесение в севообороте только удобрений, в том числе органических (навоза, соломы) не решает задачу сохранения и воспроизводства плодородия почвы [8, 9]. Ценность многолетних трав в севооборотах заключается в дополнительных возможностях по накоплению органического вещества с высоким коэффициентом гумификации [10].
Нормы применения удобрений рассчитывали под планируемый урожай 2-4 тыс. зерн. ед./га с учётом исходного содержания подвижных форм элементов питания.
Фосфорно-калийные удобрения вносили под основную обработку почвы, азотные - под предпосевную культивацию перед посевом яровых культур и в подкормку озимых культур. Применяли аммиачную селитру (34,4 % д.в.); двойной суперфосфат (43,0 %
д.в.) и хлористый калий (56,0 % д.в.). Подстилочный полуперепревший навоз влажностью 77 % (среднее содержание N - 0,47 %; Р2О5 - 0,29 %; К2О - 0,60 %) вносили в трёх севооборотах в паровых полях под посев озимых.
Эффективность изучаемых схем чередования культур оценивали по максимальной урожайности зерновых, общему сбору зерна с 1 га зернового клина, сбору зерновых единиц с 1 га севооборотной площади и окупаемости удобрений.
Почва стационарного опыта имела следующую агрохимическую характеристику: содержание гумуса - 3,0 %, рНКс| - 5,2-5,6; Нг - 2,27-5,95; сумма поглощенных оснований - 17,85-23,96 мг-экв. / 100 г почвы; содержание подвижных форм фосфора (по Кирсанову) - 86-176 мг/кг; обменного калия (по Мас-ловой) - 163-375 мг/кг почвы, что соответствует повышенному и высокому классам обеспеченности.
Приведенные результаты исследований получены на фоне применения общепринятой отвальной технологии обработки почвы.
Повторность опыта 4-х кратная, площадь делянки 140 м2. Статистическую обработку осуществляли методом дисперсионного анализа с использованием пакета программ 81а11в1юа 6.
Результаты и обсуждение. В пятом (плодосменном) севообороте без полей многолетних трав отмечена самая высокая урожайность зерновых культур, которая составила 37,2 ц/га (табл. 2). Этому способствовал рациональный подбор предшественников: картофеля для ячменя, зернобобовых для яровой пшеницы, посев озимой пшеницы после однолетних трав в сочетании с применением органо-минеральной системы удобрения - 80 т/га подстилочного навоза и 920 кг действующего вещества минеральных туков за ротацию. Продуктивность 1 га пашни составила 3,29 тыс. зерн. ед.
Высокая урожайность зерновых (32,5 ц/га) отмечена также в первом (зернопаротравяном)севообороте при использовании органо-минеральной системы удобрения (40 т/га навоза и 340 кг действующего вещества минеральных туков за ротацию), в котором посев зерновых культур проводили по лучшим предшественникам: озимой пшеницы - по чёрному пару, ячменя - по пласту многолетних трав, овса - по озимой пшенице. Однако его продуктивность была невысокой - 2,11 тыс. зерн. ед./га, что обусловлено содержанием первого поля севооборота под чёрным паром, целесообразным для экстенсивного фона применения удобрений.
Замена в структуре севооборота чёрного пара занятым, озимой пшеницы озимой рожью, ячменя яровой пшеницей, при сравнении первого и второго севооборотов, несмотря на увеличении дозы мине- 17
ральныхудобрений, не обеспечило ростаурожайности зерновых культур, которая составила по различным фонам 25,5-26,8 ц/га. Такие результаты указывают на важность подбора не только предшественников, но и культур в севообороте, способа содержания парового поля, когда при небольших нормах внесения удобрения можно обеспечить высокую урожайность зерновых в зернопаротравяных севооборотах.
Во втором и третьем севооборотах, при одинаковом наборе зерновых культур (озимая рожь, овёс, яровая пшеница), их урожайность значительно различалась. Посев в зернотравяном севообороте трёх зерновых культур подряд по пласту многолетних трав на фоне применения высоких доз минеральных удобрений (895 кг и 1100 кг д.в. минеральных туков за ротацию) способствовал увеличению урожайности до
Таблица 3. Баланс азота в изучаемых севооборс
(зернотравяном) севообороте при оранической и органо-минеральной системе удобрений он оказался равен 14-16,2 ц/га. Выход зерна во втором севообороте составил всего 12,8-13,4 ц/га, что обусловлено подбором культур. В четвёртом севообороте, где два поля из шести занимали зерновые, на высоком фоне минеральных удобрений выход зерна составил всего 9,2-10,2 ц/га пашни.
Баланс азота складывается из поступления этого элемента с органическими и минеральными удобрениями, фиксации его из атмосферы симбиотическими и свободноживущими микроорганизмами, поступления с осадками и семенами, расходные статьи - вынос с урожаями, потери вследствие эрозии почв и с инфильтрацией, газообразные потери в результате денитрификации.
Показатель Севооборот
I II I III I IV V
Фон минерального питания
1* 1 2 1 1 2 I 1 I 2 I 1 I 2 1 1 2
Внесено азота с минеральными удобрениями
в среднем за год, кг/га 0 17 15 35 47 60 63 85 57 77
Приход в сумме за ротацию севооборота, кг/га 382 505 531 661 761 859 813 980 855 1061
Расход в сумме за ротацию севооборота, кг/га 381 475 402 434 447 478 441 462 707 778
Баланс в сумме за ротацию севооборота, кг/га 0,9 30,3 129 227 315 380 372 517 149 283
Интенсивность баланса, % 100 106 132 152 170 179 184 212 121 136
Доля биологического азота, % 25,3 19,8 19,7 16,0 14,1 12,3 13,7 10,6 10,7 8,5
*в соответствии со схемами в методическом разделе
30,0-30,7 ц/га. При этом повышение нормы внесения минеральных удобрений в севообороте не оказало положительного влияния на урожайность зерновых культур. Одновременно их окупаемость значительно снижалась - с 16,2 до 13,6 кг на 1 кг д. в. туков.
В четвёртом севообороте посев озимой пшеницы по пласту многолетних трав и яровой пшеницы по картофелю обеспечил уровень урожайности зерновых 27,5-30,5 ц/га, который зависел от применения минеральных удобрений. Увеличение нормы их внесения способствовало повышению продуктивности 1 га пашни с 2,33 до 2,85 тыс. зерн. ед. Очевидно, что для обеспечения высокой урожайности культур, требовательных к наличию легкодоступных элементов питания в почве (озимая и яровая пшеница, картофель), размещённых в одном севообороте, необходим высокий уровень применения минеральных удобрений.
На основе проведённых исследований следует признать рациональным посев по пласту многолетних трав из яровых зерновых культур ячменя, если отсутствует возможность своевременной подготовки почвы после них под посев озимой пшеницы.
Параметры продуктивности свидетельствуют о том, что формирование высокой урожайности полевых культур возможно в севооборотах без многолетних трав на фоне применения высоких норм органических удобрений, а многолетние травы лучше сочетать в севообороте с полем чёрного пара с обязательным применением органических удобрений.
Выход зерна с 1 га пашни обусловлен, как насыщением зерновыми культурами и подбором их в севообороте, так и уровнем применения удобрений. Самым высоким он был при использовании органо-минеральных систем удобрения. Так, в пятом (плодосменном) севообороте при насыщении зерновыми культурами 50 % и органо-минеральной системе удобрений выход зерна был максимальным в опыте -16,3-18,6 ц с 1 га севооборотной площади. В первом
При всех системах удобрения баланс азота был положительным и варьировал от 0,9 кг/га в первом до 517 кг/га в четвертом севооборотах (табл. 3). Высокие показатели накопления азота в конце ротации отмечены в третьем и особенно в четвертом севооборотах при минеральной системе удобрений. Интенсивность баланса в этих вариантах составляла от 170 до 212 %.
Значительный интерес представляет доля незатратного биологического азота в приходной статье баланса. Максимальной в опыте она была в первом (парозернотравяном) севообороте, в котором азотные удобрения не применяли (25,3 %). По мере увеличения дозы минерального азота доля биологического азота снижалась и достигала минимума в пятом (плодосменом) севообороте (8,5 %).
Кроме эмпирических выводов, обосновывающих целесообразность использования севооборотов в системе управления агроландшафтами, необходимо отметить и фундаментальные вопросы, в основе которых лежат представления об устойчивости геосистем (агроэкосистем). Их использовали при постановке исследований в области ландшафтного земледелия, разработке и внедрении адаптивно-ландшафтных систем земледелия [11, 12]. Эти представления позволяют фундаментально соединить две системы (удобрения и севооборотов) следующим образом. Любые воздействия на сложную систему, находящуюся в стационарном состоянии, вызывают развитие внутренних процессов, стремящихся ослабить внешнее возмущение. Для интерпретации этого феномена в качестве первого приближения можно использовать термодинамические представления [13].
Многочисленные опыты свидетельствуют о том, что техногенное воздействие минерального азота на почвенную и водную оболочки биосферы приводит к сокращению активности микроорганизмов, задействованных в системе фиксации этого элемента [14].
Происходит снижение азотфиксации, вызываемой жизнедеятельностью как симбиотических, так и сво-бодноживущих (например, сине-зеленых водорослей) микроорганизмов, что указывает на такое свойство агроэкосистемы, как саморегуляция.
С другой стороны, усиливается минерализация и денитрификация почвенного азота - переход его в подвижные формы: система не только сокращает фиксацию органического азота, но и стремится «выбросить» имеющийся азот посредством перевода его в подвижные формы [14].
В дальнейшем для развития количественных представлений об устойчивости агроэкосистем мы определили константы скорости нитрификации для различных вариантов агроландшафтного стационара, что открыло возможность описать устойчивость количественно в рамках кинетических моделей [15]. Изучение кинетики нитрификации позволило выявить обратную зависимость между ее константами и уровнем содержания нитратов в почвенных образцах, что свидетельствовало в пользу проявления саморегуляции агроэкосистемы.
Систематическое сокращение азотфиксации в агрофитоценозах при минеральном техногенном воздействии как результат саморегуляции, осуществляемый посредством микробоценоза, не может проходить для агроэкосистемы бесследно [13]. В ней, как и в целом, в природе не бывает пустот. И возникшие в микробоценозе ниши заполняют патогенные микроорганизмы, что при продолжительном минеральном воздействии, в конечном итоге, приводит к деградации агроэкосистемы.
При длительном использовании минеральных удобрений без соблюдения севооборотов в агроэкосисте-ме прогрессируют патогенные грибы рода Fusarium, Pénicillium, Mucor и др. Такой системный эффект никак не связан с попаданием в почву спор микопатогенов вместе с минеральными удобрениями. Поэтому уровень их развития и распространения может служить критерием эффективности использования севооборотов.
Особое значение для предотвращения развития патогенных инфекций приобретает звено «овес с подсевом многолетних трав - многолетние травы I г.п. -многолетние травы II г.п.». Его бобовые компоненты этого звена восстанавливают азотфиксацию, сниженную в предыдущем звене техногенным минеральным воздействием, что, в конечном итоге, обеспечивает бездефицитный баланс гумуса [16].
Система севооборотов не получила фундаментального обоснования в рамках агрохимии. Эта наука исторически инициировала техногенное воздействие на агроэкосистему с использованием минеральных удобрений для повышения её продуктивности, что лежит в основе техносферной ветви развития АПК. В агрохимии используется аддитивный подход. В результате суммируются два фактора: природный фон питательных веществ и доза удобрений. При этом не учитывается такое важнейшее свойство живого вещества агроэкосистемы как саморегуляция, обеспечивающая адаптацию к внешним техногенным воздействиям.
В основе саморегуляции живого вещества лежит отрицательная обратная связь. Поэтому агрохимия не может дать фундаментального обоснования негативных последствий применения минеральных удобрений, которые преодолеваются путем чере-
дования культур. Система севооборотов получает обоснование в рамках биогеохимии. Биогеохимические обобщения позволяют придать управлению ландшафтами посредством использования севооборотов биосферный масштаб. Продукция процессов денитрификации до вмешательства человека была сбалансирована с продукцией биологической фиксацией, сегодня это равновесие нарушено и наблюдается тенденция превышения денитрификации [17]. Такому неустойчивому состоянию способствует использование минеральных удобрений без соблюдения севооборотов, которое в последние десятилетия только расширилось, несмотря на имеющиеся научные рекомендации.
Альтернативное рассмотрение техносферы и биосферы невозможно. Можно лишь приспособить одну к другой, не нарушая принципа равновесной устойчивости. Сохранение устойчивости биосферы мы рассматриваем как необходимость компенсации техносферного выхода из конверсии биогеоценозов, при этом под компенсацией минерального техногенного воздействия подразумевается использование севооборотов [18]. К близким выводам приходят и другие исследователи [19], которые отмечают, что использование правильно запроектированных севооборотов с учетом всего комплекса ландшафтно-экологических условий позволит стабилизировать негативные природные и антропогенные процессы, обеспечить их большую экологическую устойчивость.
Техносферная компонента в агроландшафтах реализуется не только при воздействии на них минеральных удобрений. Однако минеральный азот определяет около 2/3 продуктивности агрофитоце-нозов. В результате биосферной компенсации этой техногенной составляющей в системах севооборотов удается добиться необходимой продуктивности сельскохозяйственных культур и избежать деградации агроландшафтов.
В разработке и реализации адаптивно-ландшафтных систем земледелия экологические ограничения занимают доминирующее положение [11]. Поэтому при наложении систем удобрения и севооборотов ведущее положение должна занимать система севооборотов. Только таким образом можно реализо-вывать биосферный подход к управлению ландшафтами, учитывающий саморегуляцию агроэкосистемы и поэтому имеющий смысл адаптации.
Выводы. Освоение адаптивно-ландшафтных систем земледелия включает использование земель определенной агроэкологической группы для получения продукции сельскохозяйственных культур, экономически и экологически обусловленного качества. Это означает, что сельскохозяйственные технологии должны быть ориентированы не только на достаточно высокую продуктивность, но и на необходимую рентабельность, удовлетворяющую рыночные потребности. В рамках таких требований наиболее перспективны зернотравяные, зернопаротравяные и плодосменные севообороты.
В условиях агропромышленного кризиса для стабилизации урожайности зерновых культур и продуктивности севооборотов при освоении адаптивно-ландшафтных систем земледелия мы предлагаем две структуры севооборотов с различными уровнями продуктивности и интенсивности с насыщением зерновыми культурами до 50,0 % и 66,7 %:
зернопаротравяной (черный пар - озимая пшеница - овёс с подсевом многолетних трав - многолетние травы I г.п. - многолетние травы II г.п. - ячмень) с уровнем продуктивности 2,11 тыс. зерн.ед./га и средней урожайностью зерновых 32,5 ц/га. В таком севообороте необходимо использовать органо-минеральную систему удобрения - 40 т/га навоза в сочетании с 340 кг д.в./га минеральных удобрений за ротацию;
плодосменный (картофель - ячмень - пар занятый - озимая пшеница - зернобобовые - яровая пшеница) с уровнем продуктивности 3,29 тыс. зерн.
ед./га и средней урожайностью зерновых 37,2 ц/га. Его необходимо сочетать с органо-минеральная системой удобрения, предусматривающей внесение 80 т/га навоза и 920 кг д.в./га минеральных удобрений за ротацию севооборота.
При разработке и реализации адаптивно-ландшафтных систем земледелия экологические ограничения занимают доминирующее положение. Поэтому при выборе систем удобрения и севооборотов ведущее положение должна занимать система севооборотов.
Литература.
1. Блаер Г.Я. Кладовая плодородия. Ярославль: Верхне-волжское книжное издательство, 1982. 96 с.
2. Прянишников Д.Н. Севообороты и его значение в деле поднятия наших урожаев: избр. соч. М.: Изд. с-х литературы,1963. Т.3. С. 166-193.
3. Петербургский А.В. Агрохимия и физиология питания растений//М.: Россельхозиздат, 1971. С. 318-319.
4. Системы земледелия и севообороты основных зон Российской Федерации / В.П. Нарциссов, А.К. Шеметов, М.Ф. Стихин и др. М.: Россельхозиздат, 1968. 432 с.
5. Воробьёв С.А. Севообороты в специализированных хозяйствах Нечерноземья. М.: Россельхозиздат, 1982. 215 с.
6. Адаптивно-ландшафтные особенности земледелия Владимирского Ополья / А.Т. Волощук, В.И. Кирюшин, А.Л. Иванов, М.А. Мазиров, Е.В. Шеин, И.Ю. Винокуров и др. / под ред. А.Т. Волощука. Иваново: Изд. ИвГУ, 2004. 444 с.
7. Волощук А.Т. Чередование культур (севообороты) // Владимирский земледелец. 1995. № 2 (8). С. 2-10.
8. Улучшенная технология эффективного, экономически безопасного использования различных видов и форм органических удобрений в адаптивно-ландшафтном земледелии на серых лесных почвах Владимирского ополья. Методические рекомендации. Владимирский НИИСХ/И.Ю. Винокуров, Д.В. Карпова, Н.А. Батяхина, О.С. Чернов, А.Т. Волощук. Владимир: «Рост», 2007. 28 с.
9. Ямалтдинова В.Р., Мудрых Н.М., Самофалова И.А. Влияние систем удобрений на урожайность культур полевого севооборота и содержание гумуса в дерново-подзолистой почве // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2016. № 1 (37). С. 21-25.
10. Козлова Л.М., Рубцова Н.Е., Соболева Н.Н. Трансформация органического вещества агродерново-подзолистых почв Евро-Северо-Востока //Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2015. № 6 (49). С. 47-53.
11. Оценка состояния и устойчивость экосистем / В.В. Снакин, В.Е. Мельченко, Р.О. Бутовский и др. М., 1992. 125 с.
12. Модель адаптивно-ландшафтного земледелия Владимирского Ополья/В.И. Кирюшин, А.Л. Иванов, А.Т. Волощук, М.А. Мазиров, Е.В. Шеин, К.А. Перевертин, И.Ю. Винокуров и др. / под ред. В.И. Кирюшина, А.Л. Иванова. М.: Агроконсалт, 2004. 456 с.
13. Винокуров И.Ю. Эволюция почвенных экосистем: химическое загрязнение, саморегуляция, самоорганизация, устойчивость. М.: Юркнига, 2007. - 320 с.
14. Кудеяров В.Н. Цикл азота в почве и эффективность удобрений. М.: Наука, 1989. 215 с.
15. Винокуров И.Ю. Стабильность и устойчивость агроэкосистем: системный и системно-структурный подходы. Saabrucken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing Gmbh & Co, KG. 2014. 144 p.
16. Корчагин А.А., Мазиров М.А. Влияние систем удобрений на динамику содержания, групповой состав гумуса серых лесных почв и продуктивность севооборотов // Вестник Алтайского гос. аграрного ун- та. 2014. № 5. С. 32-39.
17. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М.: Академия, 2003. 400 с.
18. Винокуров И.Ю. Пассионарная концепция и перспективы биогеохимии. Владимир: Калейдоскоп, 2015. 380 с.
19. Маракаева Т.В., Ноженко Т.В. Анализ организации систем севооборотов сельскохозяйственных организаций Тюка-линского района Омской области на ландшафтно-экологической основе // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2016. Т. 11. № 3. С. 24-30.
CROP ROTATIONS OF AGRICULTURAL ADAPTIVE-LANDSCAPE SYSTEM FOR GRAY FOREST SOIL
OF VLADIMIR OPOLIE
I.Yu. Vinokurov1, O. S. Chernov1, A.A. Korchagin12, L.I. Il'in1
'Vladimir Agricultural Research Institute, ul. Tsentral'naya, 3, pos. Novyi, Suzdal'skii r-n, Vladimirskaya obl., 3601261, Russian Federation
2Vladimir State University, ul. Gor'kogo, 87, Vladimir, 600000, Russian Federation
Abstract. The results of crop rotations examination in Vladimir region are presented, which has been carried out for more than 35 years (since 1980). Six-field crop rotations with different saturation by grain crops were studied in a landscape stationary experiment, founded on gray forest soils of Vladimir Opolie in 1996. The purpose of the research was the substantiation of the agrobiological basis for the development of crop rotations of grain specialization according to the results of long-term stationary experiments. In the agrolandscape stationary experiment the productivity of 1 hectare of crop rotation area was 2,110 grain units with the productivity of cereals of 3.25 t/ha in a crop rotation with 50 % saturation by cereals. The scheme of the crop rotation was: bare fallow, winter wheat, oat + perennial grasses, first-year perennial grasses, second-year perennial grasses, barley. In this crop rotation it was applied manure (40 t/ha) and mineral fertilizers at the dose of 340 kg/ha of active substances (a.s.) for a rotation. The recoupment of 1 kg of mineral fertilizers was 31.0 grain units. The maximum efficiency of 1 ha of crop rotation area was obtained for the following crop rotation: potato, barley, seeded fallow (annual grasses), winter wheat, legume crops, spring wheat. It was applied manure in the dose of 80 t/ha and mineral fertilizers in the dose of 920 kg/ha (a.s.) in a rotation, and the saturation by cereals was 66.7 %. The productivity of 1 ha of crop rotation area in this variant was 3,290 grain units, the productivity of cereals was 3.72 t/ha. The recoupment of 1 kg of mineral fertilizers was 21.4 grain units. For all fertilizer systems nitrogen balance was positive and amounted to 0.9 to 517 kg/ ha. The biological nitrogen part varied from 8.5 to 25.3 %. An analysis of the fundamental approaches to the agrolandscape management system, which are based on the use of ideas about the sustainability of agroecosystems, showed that environmental restrictions occupy a dominant position in the development and implementation of agricultural adaptive landscape systems. Therefore, a system of crop rotation should occupy the leading position in the selection of fertilizer and crop rotation systems.
Keywords: crop rotation system, forecrops, productivity, gray forest soil, adaptive-landscape systems of agriculture.
Author Details: I.Yu. Vinokurov, Cand. Sc. (Chem.), head of laboratory (e-mail: adm@vnish.elkom.ru); O.S. Chernov, Cand. Sc. (Agr.),
leading research fellow; A.A. Korchagin, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow; L.I. Il'in, Cand. Sc. (Econ.), director.
For citation: Vinokurov I.Yu., Chernov O.S., Korchagin A.A., Il'in L.I. Crop Rotations of Agricultural Adaptive-Landscape System for Gray
Forest Soil of Vladimir Opolie. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2017. Vol. 31. No. 6. Pp. 15-20 (in Russ.).
