CC BY
18
УДК 633.11 «324»:631.5 (470/43)
ОПТИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АГРОЦЕНОЗОВ, СРЕДООБРАЗУЮЩИХ ФАКТОРОВ И АГРОТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ В САМАРСКОМ ЗАВОЛЖЬЕ
О.И. ГОРЯНИН, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. отделом
А.П. ЧИЧКИН, доктор сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
Б.Ж. ДЖАНГАБАЕВ, старший научный сотрудник Самарский НИИ сельского хозяйства, Россия, Самарская обл., п. Безенчук, ул. К. Маркса, 41 E-mail: [email protected]
Резюме. В условиях изменения климата ведущее звено обеспечения устойчивого производства зерна в Самарской области - возделывание озимых культур. Исследования по выявлению взаимосвязи средообразующих факторов с урожайностью и оптимизации на основе полученных данных технологии зернового производства проводили на базе многолетних стационарных опытов отдела земледелия Самарского НИИ сельского хозяйства. Погодные условия за период 2000-2010 гг. в большинстве лет находились в пределах среднемноголетних величин (ГТК за май - 0,67...1,88) и были благоприятны для развития растений. В 2005, 2007-2010 гг. наблюдали весенние и весенне-летние засухи (ГТК за май-июнь - 0,13.0,50). Применение технологий с минимальной и дифференцированной основной обработкой почвы на черноземе обыкновенном, по сравнению с традиционной, не ухудшало агрофизические, агрохимические, водные свойства почвы и не снижало урожайность культуры. В исследованиях выявлена достоверная прямая связь между урожаем зерна и густотой стеблестоя (r=0,73*...0,80**), высотой (r=0,63*... 0,72*), массой зерна с растения (r=0,61*...0,76**). Из абиотических факторов основное влияние на продуктивность озимой пшеницы по всем вариантам опыта оказала температура воздуха. Наиболее тесная отрицательная корреляция между этими признаками установлена в критические по влагообе-спеченности фазы развития растений - кущение - трубкова-ние (r=-0,79**...-0,85**).
Ключевые слова: озимая пшеница, технологии, сорта, взаимосвязь, оптимальные параметры
В условиях современного сельского хозяйства, глобального и локального изменения климата ведущее звено устойчивого производства зерна в Самарской области - озимые культуры. Уровень их продуктивности в 1,8-2 раза и более превышает урожайность яровых зерновых культур, они эффективнее используют накопленные к началу весенней вегетации запасы продуктивной влаги и питательные вещества, формируют высококачественное зерно [1...3].
Количество приходящей в условиях Самарской области фотосинтетической активной радиации (ФАР) при КПД 2.3% обеспечивает урожайность озимых на уровне 15,0.22,0 т/га сухой биомассы, что при базисной влажности (14%) соответствует 7,0.10,5 т/га зерна. Фактические урожаи значительно меньше вследствие действия таких ограничивающих факторов, как низкий уровень естественного плодородия почвы и влагообе-спеченность посевов [4]. В отдельные годы степень их влияния различается и определяется адекватностью применяемых технологий и адаптивностью сортов, что приводит к формированию различных по величине и качеству урожаев [5.7].
Оценка использования озимой пшеницей средообразующих факторов на создание единицы товарной
продукции позволяет дифференцировать технологии возделывания по экономичности использования ресурсов и выделять из них оптимальные. При различном соотношении в агроценозах общей и полезной биомассы преимущество будут иметь сорта и технологии, позволяющие формировать посевы с наибольшим выходом основной продукции - высококачественного зерна.
Установлено, что в условиях степного Заволжья эффективное использование природных и техногенных факторов приводит к формированию дополнительно от 0,15 до 0,5 т/га продовольственного зерна [3, 4, 8].
Наиболее полная реализация потенциала средообразующих факторов возможна только при правильной научно-обоснованной оценке степени использования природных биоклиматических и почвенных ресурсов, разработке и реализации мероприятий, способных оказывать регулирующее влияние на развитие и продуктивность сельскохозяйственных культур.
Цель нашей работы - оценить степень использования естественных агроресурсов посевами озимой пшеницы, выявить их взаимосвязь с параметрами агроценозов и урожайностью, оптимизировать на основе полученных результатов технологии выращивания культуры с доведением уровня производства до 3,5.4,0 т/га.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2000-2010 гг. в многолетних стационарных опытах отдела земледелия Самарского НИИСХ. Почва опытного участка - чернозем обыкновенный, среднемощный, среднесуглинистый, пахотный слой которого характеризуется следующими агрохимическими показателями: содержание гумуса (по Тюрину) -3,5.4,5%, гидролизуемого азота - 30.54 мг/кг почвы, подвижного фосфора и обменного калия (по Чирико-ву) - 160.190 и 160.200 мг/кг почвы соответственно, рН солевой вытяжки - 5,6.6,0.
Работа выполнена в 7-польном севообороте, в поле озимой пшеницы, размещаемой по чистому пару. Схема опыта включала следующие варианты систем основной обработки почвы: I - ежегодная вспашка под все культуры севооборота (контроль); II - под пар - глубокое рыхление, под зерновые - минимальная обработка (дифференцированная 1); III - под пар - без осенней обработки, под зерновые - минимальное рыхление (дифференцированная 2); IV - постоянная минимальная обработка под все культуры; V - под пар -дискование, под зерновые - минимальная обработка (дифференцированная 3).
В технологиях нового поколения (II-V) применяли комбинированные почвообрабатывающие и посевные агрегаты ОПО-4,25, АУП-18,05. Глубокое рыхление проводили чизельным плугом ПЧ-4,5, дискование -бороной Кюне-770. В традиционной технологии (I) использовали общепринятую систему машин (ПН-5-35, КПС-4, СЗ-3,6, 3ККШ-6).
Оценку агроэкономической эффективности изучаемых агроприёмов осуществляли на фоне трех уровней минерального питания: без удобрений (контроль); стартовые (общепринятые) дозы удобрений под уро-
жай - 3,5...4,0 т/га (N24 35P12 18K17 24 - в зависимости от содержания питательных веществ в почве); расчётные дозы - под урожай 4,0.4,5 т/га (N5162P35 38K 3646).
В экспериментах выращивали сорта, созданные в Самарском НИИ сельского хозяйства, - Безенчукская 380, Светоч, Малахит, Бирюза, Санта, Самкрас, относящиеся к Волжскому степному экотипу.
Опыт закладывали методом расщепления делянок, размещение вариантов - рендомизированное. Площадь делянок по уровням минерального питания -250 м2, по сортам - 50 м2, повторность - трехкратная.
Погодные условия в 2000-2004 и 2006 гг. находились в пределах среднемноголетних величин (ГТК за май - 0,67.1,88). В 2005 и 2007 гг. наблюдали весеннюю засуху (ГТК за май - 0,15.0,22), в 2008 и 2009 гг. -весенне-летнюю (ГТК за май-июнь - 0,45.0,50). В 2010 г. была зафиксирована самая продолжительная весенне-осенняя засуха за последние 100 лет (ГТК за май-июль - 0,13).
Математическую обработку данных проводили методами дисперсионного и корреляционного анализа (Программа AGROS ver. 2.09. Пакет программ статистического анализа в растениеводстве и селекции. 1993-2000 гг.).
В целях стабилизации производства зерна по годам по результатам собственных исследований и данным госсортоучастков Самарской области проведено микрозональное районирование сортов с учётом их реакции на изменение количества осадков, температурного режима, поражение вредителями и болезнями.
При системном подходе к оценке состояния агро-ценозов за оптимум (эталон) принимали не отдельные показатели роста и развития растений, а агроэкологи-ческий эталон средней и высокой величины их параметров в системе «климат - почва - растение».
Результаты и обсуждение. Анализ полученных данных (агрофизических, водных и агрохимических свойств почвы, абиотических факторов за период парования и вегетации культуры, засорённости посевов, элементов структуры урожая, качества зерна) выявил, что между абиотическими факторами, урожаем зерна озимой пшеницы и элементами его структуры существует значимая взаимосвязь (табл. 1).
Естественное строение чернозёмов степного Заволжья близко к оптимальному для большинства сельскохозяйственных культур. Кроме того, содержание подвижных фосфатов и обменного калия в этих почвах также не рассматривается в качестве лимитирующего фактора для формирования высоких урожаев [1, 9].
Проведенные исследования подтвердили это положение - взаимосвязь между агрофизическими, агрохимическими, водными свойствами почвы и урожайностью культуры была слабой.
По результатам корреляционного анализа наиболее тесная прямая связь элементов структуры урожая при использовании технологий с глубокой обработкой почвы под пар и постоянным мелким рыхлением в севообороте (I, II, IV) выявлена между урожайностью озимой пшеницы и густотой стеблестоя.
При практически равном по вариантам опыта количестве продуктивных стеблей (327,8. 354,0 шт./м2) коэффициент корреляции между величиной этого показателя и сбором зерна составил 0,73*...0,80**. Формирование урожаев озимой пшеницы на уровне 2,7.4,0 т/га при традиционной технологии (I) обеспечивает число колосьев равное 350.566 шт./м2, при технологиях нового поколения (П^) - 332.541 шт./м2. Исключение составил 2007 г., когда после сильной весенней засухи и обильных осадках в июне и июле было отмечено значительное поражение посевов бурой ржавчиной. В результате чего при стеблестое 370.460 шт./м2 урожайность зерна находилась на уровне 1,5.1,8 т/га.
Возделывание озимой пшеницы с использованием технологий нового поколения (П^) привело к большему варьированию высоты растений по годам, чем при традиционной, что обусловило снижение коэффициента корреляции между этим признаком и сбором зерна с 0,72* до 0,63*.0,69*.
Важный фактор, влияющий на урожайность озимой пшеницы в Самарской области, - масса зерна с 1 растения. Коэффициент корреляции между этими признаками при использовании технологий нового поколения изменялся от 0,69* до 0,76**, с наибольшими величинами в вариантах без осенней обработки пара и с его
Таблица 1. Взаимосвязь урожайности зерна озимой пшеницы с климатическими показателями и
параметрами агроценозов в зависимости от технологий возделывания (2000-2010 гг.)
Показатель Технология
I | II III 1 IV V
Температура воздуха за период, 0С
Сентябрь-октябрь -0,69* -0,70* -0,73* -0,68* -0,73*
Апрель-июнь -0,56 -0,63* -0,65* -0,64* -0,65*
Май -0,79** -0,81** -0,85** -0,85** -0,83**
Май-июнь -0,65* ГТК -0,68* -0,68* -0,69* -0,68*
Май 0,67* 0,70* 0,73* 0,67* 0,68*
Относительная влажность воздуха, %
Май 0,62* 0,59 0,50 0,54 0,53
Элементы структуры урожая
Коэффициент общей кустистости на 1 рас-
тение 0,51 0,61* 0,40 0,63* 0,40
Коэффициент продуктивной кустистости на
1 растение 0,54 0,61* 0,56 0,62* 0,56
Количество зёрен с колоса, шт. 0,42 0,58 0,66* 0,58 0,66*
Масса зерна с колоса, г 0,46 0,56 0,62* 0,56 0,62*
Масса зерна с растения, г 0,61* 0,70* 0,76** 0,69* 0,76**
Высота растений, см 0,72* 0,69* 0,64* 0,63* 0,64*
Количество продуктивных стеблей, шт./м2 0,78** 0,73* 0,73* 0,80** 0,73*
Качество зерна
Натура, г/л 0,57 0,65* 0,64* 0,58 0,64*
* - достоверность на 5 %-ном уровне значимости; ** - на 1 %-ом уровне значимости Достижения науки и техники АПК. 2014. Т 28. № 10 -
дискованием (III, V). В среднем за годы исследований масса зерна с растения на фоне систем с минимальной и дифференцированной основной обработкой почвы в севообороте составила 1,74.1,88 г. В годы с урожайностью 2,8.4,0 т/га она изменялась в более широких пределах - от 1,88 до 3,35 г. В аномально засушливых условиях 2010 г., повторяемость которых в Заволжье составляет 2% лет, масса зерна с одного растения снижалась до 0,37.0,49 г.
В случае применения в севообороте дифференцированных и минимальных систем обработки почвы (II, IV) выявлена прямая достоверная связь урожайности с коэффициентом общей и продуктивной кустистости (г = 0,61*...0,63*).
В результате многочисленных исследований в условиях Заволжья и за рубежом установлено, что на урожайность озимой пшеницы достоверное влияние оказывают климатические условия [10.13].
В наших опытах из абиотических факторов (осадки, температура и относительная влажность воздуха, ГТК) наибольшее влияние на урожайность озимой пшеницы по всем вариантам оказывала температура воздуха. Самая тесная отрицательная взаимосвязь между величинами этих показателей установлена в критические по влагообеспеченности фазы развития растений кущение - трубкование (г=-0,79**. -0,85**).
В случае правильного ухода за чистыми парами, который позволяет сохранить влагу, накопленную за осенне-весенний период, роль осадков в получении высоких урожаев озимой пшеницы в степном Заволжье снижается. При этом наиболее тесная взаимосвязь между продуктивностью и влагообеспе-ченностью посевов установлена для суммы осадков за осенне-летний период парования и за весеннюю (май) вегетацию растений (г=0,31.0,45 и г=0,41.0,49 соответственно).
Самое значительное влияние на элементы структуры урожая оказывали температура и относительная влажность воздуха. Наиболее сильная взаимосвязь установлена между высотой растений и относительной влажностью воздуха за апрель - июнь (г=0,72*. 0,77**).
В среднем за годы исследований с температурой воздуха за май - июнь и относительной влажностью
воздуха за июнь при традиционной технологии возделывания (I) была достоверно связана масса зерна c колоса и растения (r = -0,67*...-0,76** и r=0,76**.0,67* соответственно). В годы с понижением температуры воздуха в апреле - июне установлено увеличение коэффициентов общей и продуктивной кустистости культуры (r = -0,62* и -0,67* соответственно), а также массы зерна с 1 растения (r = -0,73*).
В технологиях нового поколения (II-V) выявлена существенная обратная связь между температурой воздуха за период май - июнь, апрель - июнь и массой зерна с одного растения (r = -0,70* и -0,78** соответственно). Кроме того, при снижении температуры воздуха в апреле - июне в опытах установлено увеличение общей и продуктивной кустистости - r = -0,60* и 0,75** соответственно. Рост относительной влажности воздуха в июне достоверно коррелировал с увеличением массы зерна с колоса (r=0,68*.0,77**) и, за исключением варианта с ранним паром (III), с массой зерна с 1 растения (r= 0,63*...0,67*).
Максимальную в нашем опыте продуктивность обеспечили технологии, включающие ресурсосберегающие обработки почвы, внесение стартовых доз удобрений, использование сортов с высоким потенциалом продуктивности, отзывчивых на факторы интенсификации производства.
Наиболее эффективно использовали естественное плодородие почвы сорта Светоч и Малахит.
Самый высокий условный чистый доход (650.1834 руб./га) по изучаемым сортам обеспечило внесение стартовых доз удобрений.
При посеве новых высокопродуктивных сортов (Малахит, Бирюза, Светоч) после минимальной обработки почвы под пар себестоимость зерна снижалась на 45%, а условно-чистый доход увеличивался на 1207 руб./га.
По результатам микрозонального районирования сортов установлено, что в северной зоне Самарской области до 60% посевных площадей целесообразно занимать Безенчукской 380, обладающей отличным качеством зерна, высокой зимостойкостью и продуктивностью, до 20% - сортами Малахит и Бирюза, характеризующимися высоким потенциалом продуктивности и отзывчивостью на удобрения. В центральной
Таблица 2. Оптимальные параметры агроценозов, регулируемых и средообразующих факторов при возделывании озимой пшеницы в Самарском Заволжье (для запланированного уровня урожайности 3,5...4,0 т/га)
Параметр агроценоза
количество растений, шт./м2 продуктивный стеблестой, шт./ м2 высота растений, см количество зерен в колосе, шт. масса зерен в колосе, г выход зерна, %
286±52
норма высева, млн шт./га
4,5
380+70
основное
P10K20
91,4+7,9 26,3+3,1
Регулируемый фактор
удобрение
0,92+0,11
39,7+2,1
при посеве
подкормка
N,
— 10-15 , 30
Средообразующие факторы
влагообеспеченность, мм запасы продуктив- осадки весеннее-летнего периода гумус, % ной влаги весной, 0.100 см
140_118_4,1.6,0
обработка средствами защиты растений (при превышении экономического порога вредоносности) гербициды фунгициды (Ла-(Секатор турбо, мадор, Фалькон), Кортес) инсектициды (Децис
Профи) + +
почвенное плодородие
подвижные фос- обменный калий, мг/ фаты, мг/кг почвы кг почвы
180.200
170.190
почвенно-климатической зоне региона эффективно возделывание Безенчукской 380, Светоча, Бирюзы, Малахита; в южной зоне, отличающейся засушливостью, засоленностью и уплотненностью почвы, а также распространением вредителей, - Безенчукской 380 и Светоча.
Полученная в результате исследований оптимизационная модель агроценозов озимых культур включает несколько блоков:
перспективный уровень урожайности и обеспечивающие его морфофизиологические показатели состояния посевов;
агрохимические и физико-химические показатели почвенного плодородия в Среднем Заволжье;
нормативные (эталонные) системы агрогенного воздействия на растения, позволяющие регулировать состояние посевов и уровень урожаев сельскохозяйственных культур (табл. 2).
Для достижения более высоких показателей продуктивности требуются значительные материальные затраты, иногда нецелесообразные с экономической
точки зрения. Поэтому агроуправляемые факторы модели определены параметрами, стабилизирующими почвенное плодородие, фитосанитарное состояние полей и обеспечивающими высокие (на уровне нерегулируемых факторов) урожаи сельскохозяйственных культур.
Выводы. Таким образом, исследования, проведённые в многолетних стационарных опытах, позволили установить оптимальные параметры агроценозов сортовых технологий и регулируемых факторов для хозяйств Самарской области с различным ресурсным обеспечением с целью их адаптации к климатическим условиям региона и стабилизации производства зерна озимой пшеницы на уровне 3,5.4,0 т/га.
Использование установленных нормативов дает возможноть прогнозировать изменения роста и развития растений во времени под воздействием факторов адаптивной интенсификации производства, а также повысить эффективность зерновой отрасли.
Литература.
I.Основные пути повышения эффективности растениеводства Самарской области: науч.- практ. рекомендации /С.Н. Шевченко, А.В. Милёхин, В.А.Корчагин, А.П.Чичкин, О.И. Горянин и [др.]. Самара: Самарский НИИСХ, 2008. 131 с.
2. Шевченко С.Н., КорчагинВ.А., Горянин О.И. Современные технологии возделывания озимой пшеницы в Средневолжском регионе // Земледелие. 2009. №5. С.40-41.
3. Goryanin O. I., Korchagin V.A., Chichkin A.P. Basics of cultivation Technologies of Winter Crops in Samara region //Science, Technology and Higher Education: materials of the 5th International research and practice conference. Westwood: Accent Graphics communications, 2014. P. 13-17.
4. Чичкин А.П., Джангабаев Б.Ж. Потенциал новых сортов зерновых в Среднем Поволжье // Земледелие. 2010. №4. С. 44-46.
5. Алабушев А.В. Производство зерна в России. Ростов-на-Дону: ЗАО «Книга», 2013. 144 с.
6. Методические рекомендации по анализу почвенных факторов, определяющих урожай сельскохозяйственных культур / Ю.А. Духанин, В.И. Савич, Т.М. Духанина, В.А. Седых, А.А. Ермолаев. М.: Росинформагротех, 2011. 312 с.
7. Жученко А.А. Ресурсный потенциал производства зерна в России. М.: Агрорус, 2004. 1109 с.
8. Головоченко А.П., Глуховцев В.В., Головоченко Н.А. Метод оценки потребления ресурсов внешней среды сортами яровой пшеницы: метод. рекомендации. Самара: ООО «Издательство Ас Гард», 2011. 64 с.
9. Казаков Г.И. Обработка почвы в Среднем Поволжье: монография. Самара: Изд-во Самарской государственной сельскохозяйственной академии, 2008. 251 с.
10. Мальчиков П.Н. селекция яровой твёрдой пшеницы в Среднем Поволжье: автореф. дис. ...д-ра с.-х. наук. Кинель,
2009. 58 с.
II. Влияние абиотических факторов на урожайность пшеницы в сухостепной зоне Заволжья/Ф.П. Четвериков, Е.П. Денисов, А.П. Солодовников, М.Н. Панасов//Зерновоехозяйство. 2012. № 6. С.27-30.
12. Effects of Soil Type. Vertical Root Distribution and Precipitation on Grain Yield of Winter Wheat /H. Itoh, S. Hayashi, T. Nakajima, T. Hayashi, H. Yoshida, K. Yamasaki, T. Komatsu// Plant Product. Sc. 2009. № 4. Vol.12. P. 503-513.
13. WeersinkA., Cabas I.H., Olale E. Acreage Response to Weather, Yield and Price // Canadian Journal of Agricultural Economics.
2010. № 1. Vol.58. P. 57-72.
14. Теоретические основы и методы определения оптимальных параметров свойств почв // Науч. тр. ВАСХНИИЛ. Почв. ин-т им. В.В. Докучаева/под ред. А.В. Соколова [и др.]. М., 1980. 127 с.
OPTIMAL PARAMETERS OF AGROCENOSIS, HABITAT-FORMING FACTORS AND AGROTECHNOLOGIES FOR WINTER WHEAT PLANTING
IN SAMARA REGION
O.I. Goryanin, A.P. Chichkin, B.Zh.Dzhangabaev
Samara Research Institute on Agriculture, Russia, Samara region, Bezenchuk settlement, K. Marx Str., 41
Summary. In the conditions of climate changing the main element of sustainable grain production in the Samara region are winter crops planting. The researches on identifying the relationship between habitat-forming factors and agricultural technologies of cultivation on the yield of winter wheat were conducted in long-term field experiment of Soil Management Department at Samara Research Institute on Agriculture. Climatic conditions during the period of researchers (2000-2010) were within the perennial average parameters (hydrothermal coefficient for the period May-June - 0,67...1,88) and advocate to crop vegetation. In 2005, 2007-2010 гг. the drought conditions occurred in spring and summer periods (hydrothermal coefficient for the period May-June - 0,13.0,50). The use of technologies with minimal and differentiated soil tillage on ordinary black soil, in comparison with traditional, didn't aggravate agrophysical and agrochemical properties of the soil and did not reduce the crop yield. The research defined a significant direct relationship between the yield of winter wheat stalks and density (r = 0,73*...0,80**), height (r = 0,63 *...0,72 *) and weight of grain per plant (r = 0,61*...0,76**). Among abiotic factors the main influence on the yield of winter wheat in all variants was provided by the temperature of the air. The highest rates was in the critical phase of plants vegetation development - tillering and booting (r = -0,79 **...0,85 **). Use of varieties with high potential productivity, adaptability to modern technology, responsive to the intensification factors of production - Candle, Turquoise, Malachite ensured the formation of winter wheat yield at the level of 4,0.5,0 t-ha along with an increase in compensation for additional costs in 1,2 - 1,5 times in comparison with standard varieties (Mironovskaya 808, Bezenchukskaya 308). These investigations have established the optimal parameters of technology and environment-forming factors for enterprises in Samara region with different resource facilities with the aim of their adaptation to climatic conditions and stabilization of winter wheat grain production.
Keywords: winter wheat, technology, class, relationship, optimal parameter.
