CC BY
147
УДК 633.11:631.8
АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ И УСТОЙЧИВОСТЬ УРОЖАЙНОСТИ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПИ ПОВОЛЖЬЯ
Тойгильдин Александр леонидович, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры «Земледелие и растениеводство»
морозов Бладимир Иванович, доктор сельскохозяйственных наук, заведующий кафедрой «Земледелие и растениеводство»
Подсевалов Михаил Ильич, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры «Земледелие и растениеводство»
ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина».
432017, г. Ульяновск, бульвар Новый Венец, 1; тел.: 8(8422)55-95-75; e-mail: zemledeluasha@vandex.ru
Ключевые слова: абиотические факторы, засуха, устойчивость, озимая пшеница, предшественники, удобрения.
В статье приведены данные по устойчивости урожайности озимой пшеницы в зависимости от предшественников, гидротермических условий вегетационного периода и интенсивности засухи. Выявлен вклад севооборотов и удобрений в формирование урожайности озимой пшеницы. Установлена связь формирования всходов озимой пшеницы и ее продуктивности с содержанием продуктивной влаги в почве.
Введение
Продуктивность агроэкосистем определяется биотическими и абиотическими факторами. Современные агротехнологии - это управление продукционным процессом за счет севооборотов, обработки почвы, внесения удобрений, подбора сортов и защиты их от фитопатогенов, фитофагов и конкуренции сорняков. Однако существуют малоуправляемые факторы, в частности количество осадков и их распределение по периодам года, что определяет влагообеспеченность посевов и урожайность культур, характерных для условий лесостепи Поволжья.
Озимая пшеница как продовольственная культура пользуется устойчивым спросом на зерновом рынке [1], но ее производство характеризуется неустойчивостью по годам. Анализ данных урожайности озимой пшеницы в Ульяновской области за период 1966-2011 гг. показывает вариабельность от 28,6 до 5,8 ц/га, при размахе варьирования 22,8 ц/га - 115 % к средней урожайности и коэффициенте вариации 26,9 % [2].
Вариабельность урожайности связана, в первую очередь, с влагообеспеченностью посевов и температурным режимом, что
обусловливает изучение динамики продуктивной влаги в агробиогеоценозах с озимой пшеницей с целью повышения устойчивости производства зерна.
Цель исследований: оценить влияние абиотических факторов на устойчивость урожайности озимой пшеницы в условиях лесостепи Поволжья.
Объекты и методы исследований В трёхфакторном стационарном полевом опыте кафедры земледелия Ульяновской ГСХА проводится изучение четырёхшестипольных севооборотов (фактор А), 2-х систем обработки почвы (фактор В) и органоминеральных фонов удобрений (фактор С). В статье приводятся данные урожайности озимой пшеницы, размещенной в севооборотах после паров (чистый, занятый - горох, вика; и сидеральный), по двум фонам органоминеральных систем удобрений: 1) навоз + NPK 2) солома + NPK и по сидеральному пару на фонах 3) сидерат + NPK 4) сидерат + солома + NPK. Навоз вносили после уборки парозанимающих культур, солому - после ее измельчения при обмолоте зерновых и зернобобовых культур, дозы минеральных удобрений рассчитывались балансовым методом на запланированный урожай: гороха
Рис.1 - Вид стационарного полевого опыта, на переднем плане предшественники озимой пшеницы
Рис.2 - Посевы озимой пшеницы после различных предшественников
- 25 ц/га, вики 15 ц/га и озимой пшеницы 30-35 ц/га зерна [3] (рис. 1, 2).
Почва опытного участка чернозем выщелоченный среднемощный среднесуглинистый.
результаты исследований
В лесостепи Поволжья климат характеризуется континентальностью с резкими температурными колебаниями, с вероятным проявлением весенних и осенних заморозков, с обострением засушливости и периодическим чередованием переувлажнения в разные годы и периоды вегетации растений. Имеют место большие потери влаги на сток и испарение. Ликвидация этих потерь, сохранение влаги в почве - крупный резерв роста урожайности и обеспечения устойчивости зернового производства [4].
Существуют различные методы оценки гидротермических условий вегетационного периода и интенсивности засух [5, 6,
7]. Нами в качестве характеристик водно-теплового режима посевов озимой пшеницы рассматривался гидротермический коэффициент (ГТК) Селянинова [8]. Разной степени увлажнения соответствуют следующие градации ГТК [9]: ГТК < 0,4 - очень сильная засуха; 0,4< ГТК<;0,5 - сильная засуха; 0,5< ГТК< 0,7 средне засушливо; 0,7< ГТК< 1,0 недостаточно влажно; 1,0 < ГТК <2,0 - достаточно влажно; ГТК > 2,0 - переувлажнено.
Анализ количества осадков за период 2003-2014 гг. (май-июнь) показал, что их количество изменялось от 34,0 мм в 2010 г. (ГТК= 0,29) до 205 мм в
2011 г. (ГТК= 2,1).
За период 2003-2012 гг.
один раз проявилась очень сильная засуха (2010 г.), четыре раза сильная засуха (2008, 2009,
2012 и 2014 гг.), три раза период май-июнь были недостаточно влажными (2006, 2007 и 2013 гг.), 3 года с достаточным (20032005 гг.) и один год с избыточным увлажнением (2011 г.).
Уровень урожайности озимой пшеницы в опытах имел сильную изменчивость. В период 2003-2014 гг. она изменялась от 0,22 т/га (2010 г.) до 5,42 т/га (2014 г.) при размахе варьирования 5,20 т/га, или 156% по отношению к среднему значению.
Несмотря на то, что возрастает частота весенне-летних засух за май-июнь, динамика урожайности озимой пшеницы по средним данным полевых опытов имеет тенденцию к повышению, которая характеризуется полиноминальным уравнением, при средней положительной связи R= 0,393 (рис.3).
Минимальный уровень урожайности озимой пшеницы был отмечен в год очень сильной засухи - 2010 г., однако в другие годы, в том числе в годы со средней засухой, продуктивность озимой пшеницы мало зависела от ГТК (май-июнь), экстремальные условия не помешали получить высокую урожайность озимой пшеницы.
—л—ГТК —Урожайность, т/га
-----Полиномиальная (ГТК) -----Полиномиальная (Урожайность, т/га)
Рис.3. - Урожайность озимой пшеницы и гидротермический коэффициент за майиюнь (2003-2014 гг.)
таблица 1
средняя урожайность озимой пшеницы в опытах и ее связь с интенсивностью засух, т/га
Интенсивность засухи Очень сильная ГТК<0,4 Сильная 0,4-0,5 Средняя ГТК 0,5-0,7 Слабая ГТК 0,7-1,0 Без засухи ГТК>1,0
Год 2010 - 2008, 2009, 2012, 2014 2006, 2007, 2013 2003, 2004, 2005, 2011
Урожайность озимой пшеницы 0,22 - 4,12 3,27 3,39
таблица 2
связь урожайности озимой пшеницы с Гтк за май-июнь и ее устойчивость в зависимости от предшественников
Связи урожайности с ГТК Средняя Коэффициент, %
Предшественник за май-июнь: уравнение регрессии, коэффициент урожайность, т/ V U
корреляции га
Чистый пар у=0,3665х+3,3399; R =0,165 3,72 45,1 54,9
Занятый пар у=0,3185х+2,8101; R=0,141 3,15 56,3 43,7
Сидеральный пар * у=0,4682х+2,7488; R=0,247 3,24 38,5 61,5
* " Сидеральный пар (2003-2008 гг.) и занятый пар (2009-2014 гг.)
В годы со средней засухой в период май-июнь было получено 4,12 т/га, тогда как в годы недостаточного увлажнения -3,27 т/га, а в годы с отсутствием засухи - 3,39 т/га. Этот факт указывает на то, что озимая пшеница эффективно использует запасы почвенной влаги весеннего периода и устойчива к стрессовым воздействиям атмосферной засухи (табл. 1).
Про веде н-ный нами корре-ляционно-регрес-сионный анализ показал, что урожайность озимой пшеницы имеет слабую зависимость от ГТК за май-июнь (табл. 2).
Анализ показывает, что более высокая урожайность была получена после чистого пара - 3,72 т/га, после занятых паров (горох, вика, люпин) урожайность составила 3,15 т/ га и после сидерата - 3,24 т/га зерна, при этом коэффициент устойчивости изменялся от 43,7% после занятого пар до 61,5% после сидерального пара.
Водно-тепловой режим почвы и посевов - главный регулятор продукционного процесса в агроэкосистемах. Поэтому изучение водно-теплового режима почвы с целью управления ресурсами влаги за счет неравномерно выпадающих атмосферных осадков в регионе - важная задача в системах земледелия и эффективная мера преодоления засушливых условий и смягчения их последствий.
Учитывая вышеизложенное, можно констатировать, что урожайность озимой
Таблица 3
Запасы продуктивной влаги в почве под озимой пшеницей по паровым предшественникам за 2002-2008 гг., мм
Вид пара Удобрения Посев Возобновление вегетации Уборка
0-20 см 0-100 см 0-20 см 0-100 см 0-20 см 0-100 см
Чистый пар 1 29 128 46 185 15 61
2 28 127 45 183 15 62
Занятый (горох) 1 22 109 41 175 14 60
2 21 108 42 174 14 61
Занятый (вика) 1 21 107 42 175 14 61
2 21 107 42 175 14 60
Сидеральный (вико-овес) 3 21 117 43 178 15 62
4 22 117 44 179 14 62
пшеницы в меньшей степени зависела от гидротермических условий за май-июнь и в большей степени определялась влиянием предшественников.
Однако эффективность видов пара в качестве предшественников определялась, прежде всего, накоплением и сохранением влаги к посеву озимой пшеницы.
Некоторые ученые отмечают, что в чистых парах за время парования испаряется большое количество влаги [10, 11, 12], но, несмотря на это, к моменту посева озимой пшеницы в чистом пару создается лучшая влагообеспеченность верхнего слоя почвы (0-20 см) - 28-29 мм, а после занятых и сиде-рального паров - 21-22 мм (табл. 3).
Многие авторы указывают, что влагообеспеченность растений в период посев-всходы имеет большое значение для озимых культур, так как это определяет дальнейшее их развитие и в конечном итоге урожайность [13, 14, 15,16] .
Содержание продуктивной влаги в метровом слое почвы в чистом пару к посеву озимой пшеницы составляло в среднем 128-127 мм, что больше чем после занятых паров на 19-21 мм, и сидерального пара на 10-11 мм.
Результаты корреляционно-регрессионного анализа свидетельствуют о тесной положительной зависимости количества взошедших растений (у, шт/м2) от запасов продуктивной влаги в 20 см слое почвы (х, мм) перед посевом озимой пшеницы. Зависимость выражается уравнением регрессии следующего вида: y = 2,8885х + 365,87; (R2= 0,90)
После посева в продолжение осенней вегетации озимой пшеницы запасы продуктивной влаги по всем вариантам опыта увеличивались за счет атмосферных осадков. К моменту ухода в зиму запасы влаги в 100 см слое почвы по вариантам опыта практически выравнивались, некоторое преимущество осталось за чистым паром.
К периоду возобновления весенней вегетации озимой пшеницы запасы продуктивной влаги по предшественникам находилось на уровне 174-185 мм, но лучшая влагозарядка почвы, во все годы наблюдений, отмечалась по чистому пару и составляла 183-185 мм. По остальным предшественникам запасы влаги находились в пределах 174-179 мм.
К уборке озимой пшеницы отличий по различным предшественникам и системам удобрений не отмечалось.
Расход влаги на формирование урожайности озимой пшеницы за период возобновление весенней вегетации - уборка в среднем составил по чистому пару по первому фону удобрений 333,3, второму 330,3 мм, после гороха и вики соответственно 322,3-324,3, по сидеральному пару 325,3326,3 мм (табл. 5).
На формирование 1 т урожая надземной биомассы озимой пшеницы расход влаги по чистому пару по первому фону удобрений составил 361 м3, а по второму 372 м3. После занятых паров потребление влаги озимой пшеницей было больше: после гороха 414-418, вики 405-408 и по сидеральному пару 411-412 м3 воды.
Таблица 4
Запасы продуктивной влаги и коэффициент водопотребления озимой пшеницы по
различным предшественниками и фонам удобрений
(в среднем за 2003-2008 гг.)
Вид пара Фон удобрений* Урожайность, т/га Запасы продуктивной влаги в слое 0-100 см, мм Расход влаги за период возобновление вегетации - уборка, мм Коэффициенты водопотребления, м3/т
возобновление вегетации перед уборкой
Чистый 1 9,23 3,76 185 61 333,3 361 886
2 8,88 3,62 183 62 330,3 372 912
Занятый (горох) 1 7,84 3,21 175 60 324,3 414 1010
2 771 3,16 174 61 322,3 418 1020
Занятый (вика) 1 7,99 3,27 175 61 323,3 405 989
2 7,94 3,25 175 60 324,3 408 998
Сидеральный 3 7,91 3,24 178 62 325,3 411 1004
4 7,89 3,23 179 62 326,3 412 1010
______________|____"* > £-->_|______________|________|_________________|_____-Lvy-Lvy_
* Фон удобрений: 1-Haeo3+NPK; 2 - солома+NPK; 3 - сидерат+NPK; 4 - сидерат+солома+ NPK
**Осадки за период возобновление вегетации - уборка составили 209,3 мм (в сред-
нем за 2003-2008 гг.).
Оценка урожайности озимой пшеницы показала преимущество чистого пара, где она варьировала по годам от 3,14 (2004 г.) до 5,31 т/га (2008 г.) по системе удобрений с внесением навоза от 3,04 до 5,2 т/га за те же годы по системе удобрений с соломой. По сидеральному пару урожайность достоверно снижалась до уровня 3,17-3,26 т/га. После занятых паров (горох, вика) урожайность озимой пшеницы по сравнению с сидеральным и чистым парами была ниже на 0,5 - 1,5 т/га. Однако в 2005 году урожайность после гороха и вики была на уровне с вариантом по чистому пару 3,42-3,82 т/га, так как в этом году сложились лучшие условия влагообеспеченности посевов как в осенний, так и весенне-летний период вегетации (табл. 4).
В условиях 2003 года (ГТК=1,79) урожайность озимой пшеницы изменялась от 1,71 до 3,35 т/га. Максимальный сбор зерна был получен также по чистому пару - 3,333,35 т/га. После гороха урожайность соста-
вила 1,71-1,72 т/га, что в 1,9 раз ниже, чем по чистому пару. По сидеральному пару урожайность на 36-43 % была ниже, чем по чистому пару, но на 3-10 % выше, чем после занятых паров.
В 2005, 2006, 2007 и 2008 годах просматривалась такая же закономерность. Чистый пар, как предшественник, обеспечил максимальную урожайность озимой пшеницы в сравнении с другими предшественниками. Следует отметить положительное влияние и сидерального пара. За исключением засушливого 2008 года, во все годы исследований урожайность по этому предшественнику была выше, чем после гороха и вики, а в 2004 году на 6,3 % выше урожайности полученной по чистому пару.
В среднем за период 2003-2008 гг. урожайность озимой пшеницы по чистому пару составила 3,76 т/га (V =21,5 %), по второму фону - 3,62 т/га (V=21,9 %). При размещении озимой пшеницы после гороха было получено 3,21-3,16 т/га зерна соответственно
Таблица 5
Урожайность озимой пшеницы в зависимости от предшественников и удобрений в севооборотах 2003-2008 гг.
Урожайность по годам, т/га В сред-
Виды пара Удобрения* 2003 2004 2005 2006 2007 2008 нем за 6 лет V, %
Чистый пар 1 3,33 3,14 3,91 3,25 3,62 5,31 3,76 21,5
2 3,35 3,04 3,46 3,16 3,52 5,20 3,62 21,9
Занятый 1 1,71 2,58 3,78 2,78 3,35 5,06 3,21 35,8
(горох) 2 1,72 2,79 3,42 2,73 3,30 5,02 3,16 34,5
Занятый 1 2,22 2,61 3,82 2,84 3,37 4,74 3,27 28,0
(вика) 2 2,28 2,74 3,54 2,80 3,29 4,87 3,25 27,9
Сидеральный 3 2,44 3,35 3,17 3,06 3,59 3,81 3,24 14,7
(вико-овес) 4 2,34 3,33 3,26 3,07 3,55 3,82 3,23 15,7
НСР 05 0,14 0,19 0,10 0,11 0,09 0,14
НСР фактор А 0,09 0,13 0,15 0,08 0,15 0,28 - -
НСР фактор В 0,06 0,09 0,11 0,06 0,04 0,07
* Фон удобрений: 1-Haeo3+NPK; 2 - солома+NPK; 3 - сидерат+NPK; 4 - сидерат+солома+ NPK
по первому и второму фонам удобрений (V=35,8-34,5 %), после вики соответственно 3,27-3,25 т/га (V=28-27,9 %). Возделывание озимой пшеницы по сидеральному пару обеспечило получение 3,24-3,23 т/га зерна, при высокой устойчивости урожайности по годам - коэффициент вариации составил 14,7-15,7 %.
Посредством корреляционно-регрессионного анализа нами установлена положительная связь (R=0,709) между содержанием продуктивной влаги перед посевом озимой пшеницы (х, мм) и урожайностью зерна озимой пшеницы (у, т/га), что характеризуется уравнением регрессии: у = 0,0415х + 2,3565
Дисперсионный анализ урожайности озимой пшеницы за 2003, 2004, 2006, 2007, 2008 гг. показал, что 74-98 % изменений урожайности вызваны влиянием предшественников, т.е. севооборота, и лишь 0,75,5 % изменений связаны с применением разных фонов органоминеральных систем удобрений. В 2005 году (благоприятном по влагообеспеченности) 23 % изменений урожайности вызвано влиянием удобрений и 53 % действием предшественников в севооборотах. Данные дисперсионного анализа показывают, что использование фонов удобрений солома + NPK, сидераты + NPK, си-дераты + солома + NPK не уступают по эффективности органоминеральной системе
удобрений навоз + NPK. выводы
1. Вегетационный период в условиях земледелия лесостепи Поволжья характеризуется частыми (67%) весенне-летними засухами различной интенсивности, что следует учитывать при совершенствовании элементов системы земледелия и агротехнологий.
2. По содержанию продуктивной влаги в почве перед посевом озимой пшеницы преимущество имел чистый пар, где содержалось 28-29 мм, что больше чем по занятому и сидеральному парам на 6-8 мм, это обеспечивало лучшие условия для появления всходов.
3. Влагозарядка метрового слоя почвы к посеву озимой пшеницы наиболее высокой была по чистому пару (несмотря на потери влаги на физическое испарение). Суммарное водопотребление здесь составило 361-372 мм при лучшей влагообеспеченности агроценоза по сравнению с другими предшественниками.
4. Наибольшая урожайность озимой пшеницы сформировалась в севообороте по чистому пару 3,76 и 3,62 т/га соответственно первому и второму фонам удобрений при высоком коэффициенте вариации 21,5-21,9 %, на втором месте по урожайности озимая пшеница после сидерального пара - 3,243,23 т/га со средней устойчивостью (V=14,7-15,7%). После занятых паров урожайность
озимой пшеницы имела сильную вариабельность 27,9-35,8%.
Урожайность имела прямую сильную зависимость от содержания продуктивной влаги перед посевом (R=0,706).
5. Дисперсионный анализ урожайности озимой пшеницы показал, что наибольшие изменения урожайности вызваны влиянием предшественника от 53 до 98 %, вклад удобрений составил 0,7-23,0%, что связано с засушливостью вегетационного периода.
Для повышения устойчивости урожаев зерна озимой пшеницы в изменяющихся метеорологических условиях лесостепи Поволжья, следует осваивать приемы, способствующие накоплению и рациональному использованию продуктивной влаги за счет доли чистого пара, применения сидераль-ных паров как фактора воспроизводства плодородия почв, оптимизации обработки почвы и применении органоминеральных систем удобрений.
Библиографический список
1. Алтухов, А.И. Развитие Рынка продовольственного зерна в России/ А.И. Алтухов// Нива Поволжья. - 2012. - №2. - С.2-10
2. Морозов, В.И. Зерновое хозяйство и его эффективность в условиях среднего Поволжья / В.И. Морозов, С.В. Басенкова // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2014. - № 2. - С. 33-37.
3. Морозов, В.И. Полевой опыт как метод познания и практического освоения инновационных технологий / В.И. Морозов, А.Л. Тойгильдин // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. - №1 (17). - С. 40-44.
4. Морозов, В.И. Засуха 2010: учесть уроки, ослабить риски/ В.И. Морозов // Поволжье Агро. - 2011. - № 1-2. - С. 32-35.
5. Зоидзе, Е.К. О подходе к исследованию неблагоприятных агроклиматических явлений в условиях изменения климата в Российской Федерации /Е.К. Зоидзе // Метеорология и гидрология.- 2004.- № 1.- С. 96105.
6. Кабанов, П.Г. Погода и поле / П.Г. Кабанов. - Саратов: Приволжское книжное издательство.- 1975.- 240 с.
7. Биоклиматический потенциал России: теория и практика / А.В. Гордеев, А.Д. Клещенко, Б.А. Черняков [и др.]. - М.: Т-во научных изданий КМК.- 2006.- 512 с.
8. Селянинов, Г.Т. Методика сельскохозяйственной характеристики климата / Г.Т. Селянинов // В кн.: Мировой агроклиматический справочник. - Л.: Гидрометеоиздат, 1937. - С.5-27.
9. Справочник эколого-климатических характеристик г. Москвы / под ред. А.А. Исаева. М.: Изд-во геогр. ф-та МГУ. - 2005. - Т. 2. - 412 с.
10. Авраменко, Р.В. Динамика влажности почвы в севооборотах с разными видами паров и системами основной обработки под культуры / Р.В. Авраменко // Тезисы докладов 44 научной конференции профессорско-преподавательского состава сотрудников и аспирантов. - Самара, 1997.- С. 155.
11. Зеленский, Н.А. Совместные посевы озимой пшеницы с люцерной - будущее растениеводства/ Н.А. Зеленский, Г.М. Зеленская, А.П. Авдеенко // Фундаментальные исследования.- 2006. - №6. - с. 53-56.
12. Власова, Ольга Ивановна Научное обоснование приемов сохранения плодородия почв при возделывании пшеницы озимой в условиях центрального Предкавказья: автореф. дис. ... доктора сельскохозяйственных наук: 06.01.01 / О.И. Власова. - Старопо-лья, 2014.- 43 с.
13. Богомазов, С.В. Роль агротехнических приемов в технологии возделывания озимой пшеницы в условиях черноземных почв Среднего Поволжья / С.В. Богомазов, О.А. Ткачук, Е.В. Павликова [и др.] // Нива Поволжья. - 2014. - № 31. - С. 2-7.
14. Вериго, С.А. Почвенная влага (применительно к запросам сельского хозяйства). / С.А Вериго, Л.А. Разумова// Л.: Гидрометеоиздат. - 1973. - 328 с.
15. Кулик, М.С. Оценка агрометеорологических условий весенней вегетации озимых / М.С. Кулик // Метеорология и гидрология. -1964.- № 8.- С. 16-22.
16. Шабаев, А.И. Ресурсосберегающие технологии возделывания озимой пшеницы в агроландшафтах Поволжья/ А.И. Шабаев// Земледелие. -2009. -№ 4. -С. 13-15.
