CC BY
46
ЭФФЕКТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ УРОЖАЙНОСТИ В СЕВООБОРОТАХ ЦЕНТРАЛЬНОГО ЧЕРНОЗЕМЬЯ
А.С. Акименко
Аннотация. Закономерности в накоплении агроце-нозами энергии, связанные с потреблением теплоты и воды, дают возможность прогнозировать урожайность культур в севооборотах, а также проводить контроль за балансом гумуса и содержанием элементов минерального питания.
Ключевые слова: севооборот, тепловлагообеспечен-ность, энергия, урожайность, азот, гумус.
Наиболее реальный и наименее затратный путь увеличения производства продукции растениеводства и сохранения плодородия почв - эффективное использование возобновляемых природных ресурсов (вода, тепло, свет) посредством внедрения оптимально насыщенных высокопродуктивными культурами адаптивных севооборотов, что в свою очередь обеспечивает повышение отдачи от антропогенных средств. Решать эту задачу позволяет знание универсальных количественных закономерностей в накоплении посевами энергии, выявленных при анализе данных многолетних стационарных опытов, которые получены в различных условиях и в разные годы [1].
В статье даны описание и возможности практического применения таких закономерностей на основе многолетнего стационарного опыта ВНИИЗиЗПЭ, заложенного в 1991 г. Севообороты в опыте развернуты в пространстве и времени. Повторность - трехкратная, расположение вариантов - систематическое. Учет урожайности ведется с 1992 г. Почва участка - чернозем типичный тяжелосуглинистый среднемощный с содержанием гумуса 5,2-5,4 % в пахотном слое и 2,0-2,4 % на глубине 80-100 см. Реакция почвенного раствора слабокислая.
Проведение расчетов показано на примере пятипольного севооборота с сидеральным паром в двух вариантах - с внесением в среднем на 1 га севооборота 6 т навоза (контроль) и в варианте навоз + ^^Р^К^ (таблица 1).
Расход влаги (Р) посевами рассчитывается умножением влагообеспеченности [сумма весенних влагоза-пасов в слое почвы до 2 м (В) и количества выпавших за вегетацию осадков (О)] на показатель Кр. Последний служит мерой потребления воды и тепла посевами, отражая генетический потенциал продуктивности сортов и гибридов конкретных культур. В расчетах он играет роль коэффициента расхода воды. В среднем за вегетацию Кр = 10-13 4,9 Н [Т4 +7 (Т4 - Т^)], где Н - период набора (в сутках) необходимой для созревания (или наступления определенных фенофаз) суммы температур. Т и Т1 - соответственно среднесуточная за вегетацию и близкая к биологическому минимуму температура воздуха, °К. При расходе посевами 1мм воды во всей фитомассе, включая корни, запасается 0,567 ГДж энергии. Произведение этого значения с величиной расхода воды (Р) дает количество накопленной энергии за вегетацию - (Е).
Расчетная урожайность в натуральном выражении определяется умножением Е на коэффициент урожайности (Ку), равный произведению вероятности накопления обменной энергии в основной продукции с поправкой на содержание в ней сухого вещества, деленному на 1,165 (энергетический эквивалент кормовой единицы) и количество кормовых единиц в 1 ц основной продукции конкретных культур.
Предпосевные (для озимых при возобновлении вегетации) запасы продуктивной влаги под культурами севооборота определяются в таком порядке: величина
неиспользованных влагозапасов (разность между вла-гообеспеченностью и расходом) умножается на 0,41 и к результату прибавляется произведение осадков холодного периода (среднесуточная температура < 5 С) на 0,72 и еще 54 мм (указанные числа установлены эмпирически).
Расчетная урожайность в неудобренных вариантах совпадает с действительной при обеспеченности расхода воды выносом необходимого количества элементов минерального питания.
Дополнительная обменная (эквивалентная кормовым единицам) энергия (ГДж) за счет удобрений равна 0,31 части внесенного азота (в кг), что позволяет рассчитать прибавку урожайности. В опыте доза этого элемента непосредственно под озимую пшеницу составляет 60 кг, под сахарную свеклу - 90 кг. Соответственно, расчетная прибавка урожайности первой достигала 4,9 ц/га [0,31 х 60 х 0,3 (вероятность включения обменной энергии в основную продукцию)/1,13 (центнеров кормовых единиц в 1 ц урожая)], второй - 45,8 ц/га (0,31х 90 х 0,41/0,25).
Содержание таблицы свидетельствует о близости средних за годы исследований расчетных и экспериментальных величин урожайности. Однако при ежегодных расчетах точное совпадение (разница менее 10 %) обнаружено в 55 случаях из 100, а отклонения более 30 % наблюдались 19 раз. Причина несовпадения заключается в различиях метеорологических ресурсов урожайности, а также в неодинаковой потребности в них по фазам развития растений. В связи с последним меняется и значение Кр, оставаясь постоянным за вегетацию в среднем для разных по скороспелости сортов и гибридов однолетних культур (для фабричной сахарной свеклы он несколько колеблется в зависимости от температурного режима конкретных лет). Отмеченное важно учитывать в следующих типичных ситуациях: 1) недостаточная или благоприятная влагообеспеченность посевов в период интенсивного водопотребления; 2) преждевременный расход запасов почвенной влаги до формирования хозяйственной части урожая; 3) высокая тепловлагообеспеченность в первой половине вегетации, ведущая к непроизводительному расходу воды и минеральных элементов, а также к полеганию зерновых колосовых культур из-за чрезмерного развития нетоварной части урожая; 4) низкие весенние влагозапасы в результате иссушения почвы предшественниками и недобора осадков в период влагонакопления. Поэтому необходим мониторинг тепловлагообеспеченности, чтобы принимать краткосрочные решения по модификации агротехнологий и допустимой корректировке структуры посевных площадей.
По накопленной энергии (в примере 160,3 ГДж/га в среднем за год) можно рассчитывать расход [-0,52 (коэффициент) Е/46 (46 кг азота в 1 т гумуса) = -1,81 т/га] и прирост гумуса [0,14 (вероятность включения Е в новообразованный гумус) Е/23 (энергосодержание 1 т гумуса в ГДж) = 0,98 т/га], а также образование его за счет азота удобрений [0,21 (коэффициент) х 67 N (30 кг
- из навоза и 37 кг (из минеральных) / 46 = 0,31 т/га]. В итоге среднегодовой расчетный баланс гумуса составил
- 0,52 т/га (-1,81 + 0,98 + 0,31) при фактическом отрицательном балансе 0,54 т/га (отклонение менее 4 %).
При прогнозе баланса элементов минерального питания следует исходить из того, что расход 1 мм воды должен быть обеспечен выносом надземной фитомас-сой примерно 0,295 кг N 0,126 кг Р2О5 и 0,3 кг К2О (во-допотребление культур на зеленое удобрение не учиты-
вается). В результате расчета по варианту навоз + №К (с отчуждением побочной продукции) рассматриваемого севооборота баланс по фосфору и калию оказался близким к уравновешенному, а по азоту дефицит соста-
Следует иметь в виду, что изложенное выше справедливо только при размещении озимых после рекомендованных предшественников и отсутствии чередований культур, несовместимых по причинам биологического порядка. Для бессменных посевов, независимо от ресурсов, расчетная урожайность оказывается сильно завышенной, что объясняется комплексом факторов, обуславливающих почвоутомление [2].
Количественные закономерности в накоплении аг-роценозами энергии в зависимости от потребления тепла и влаги позволяют делать прогноз урожайности культур в севооборотах, а также проводить контроль баланса гумуса и элементов минерального питания в
вил 24,5 кг/га в год. Последнее соответствует содержанию азота в 0,53 т гумуса, что согласуется с приведенными ранее расчетным и фактическим значениями баланса гумуса.
почве. Это создает надежную основу для эффективного использования природных ресурсов.
Список использованных источников
1 Акименко А.С. Методика использования ресурсов в земледелии на основе информационно-энергетического анализа / Под ред. В.М. Володина. - Курск, 2000. - 77 с.
2 Лобков В.Т. Почвоутомление при выращивании полевых культур. - М.: Колос, 1994. - 112 с.
Информация об авторе
Акименко Александр Сергеевич, доктор сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией севооборотов и защиты растений, ФГБНУ ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, е-mail: vnizem@kursknet. га, тел. 53-69-94.
Таблица 1 - Сравнение расчетной и фактической урожайности культур севооборота в двух вариантах
удобрения (в среднем за - 20 лет)
Чередование культур Весенние влагозапа-сы (В), мм Осадки за вегетацию (О), мм Коэффициент расхода воды (Кр) Расход влаги посевами, мм Накоплено энергии с урожаем (Е), ГДж Коэффициент урожайности (Ку) Урожайность, ц/га
расчетная фактическая
навоз Навоз + NPK
Сидеральный пар 216* 101 0,55 174 99 1,7 168 159 174
Озимая пшеница 232 169 0,72 288 163 0,24 39,1 38,2 43,8
Сахарная свекла 219 223 0,92 407 231 1,6 374 370 416
Кукуруза на силос 187 194 0,77 294 167 1,7 289 290 339
Ячмень 209 171 0,66 251 142 0,24 34,1 35,7 39,9
* Установлено по средним для севооборота О и Кр. Осадки за холодный период - 165 мм.
