CC BY
24УДК 551.583 : 633.63 : 633.1 : 631.559 : 631.583 : 631.82
Влияние изменения погодных условий на урожайность культур зерносвекловичного
севооборота в ЦЧР в 2000-2017 гг.
(по данным стационарного опыта с удобрениями)
О.А. МИНАКОВА, д-р с/х. наук, зав. лабораторией агрохимии и агротехники возделывания культур в севообороте
(e-mai: [email protected])
Л.В. АЛЕКСАНДРОВА, научный сотрудник
Т.А. ПОДВИГИНА, мл. научный сотрудник (e-mai: [email protected])
ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свёклы и сахара имени А.Л. Мазлумова»
Введение
К числу основных резервов повышения урожайности сельскохозяйственных культур наряду с достижениями селекции, использованием удобрений, средств защиты растений и совершенствованием технологий относится эффективное использование агроклиматических ресурсов [4]. Плодородие почвы, урожайность сельскохозяйственных культур и эффективность удобрений функционально зависят от погоды [7].
Изменения климата отмечаются на всей поверхности Земли [8], но в Российской Федерации они происходят более быстрыми темпами [5]. Недобор растениеводческой продукции в отдельные годы в России связан с влиянием неблагоприятных явлений, в первую очередь — засух, что ухудшает влагообеспеченность посевов и приводит к снижению урожая [1, 6].
Длительное применение удобрений максимально проявляет своё положительное действие на урожайность сельскохозяйствен-
ных культур через 15—40 лет от момента закладки опыта, в дальнейшем её колебания зависят от погодных условий [3]. Урожайность сахарной свёклы обусловлена характером погоды в августе и сентябре, т. е. в течение двух месяцев до уборки, погода в мае и июне практически не влияет на неё [2]. Установить зависимость урожайности от погодных условий и найти соответствующие технологические решения — актуальная задача сельскохозяйственной науки [4].
Таким образом, важно выявить влияние погодных условий на урожайность культур зерносве-кловичного севооборота в ЦЧР и определить наиболее оптимальные дозы удобрений, снижающие негативное влияние засух.
Цель исследований
Представляется значимым установить влияние изменения погодных условий лесостепи ЦЧР на урожайность культур в 8-й и 9-й ротациях зерносвекловичного севооборота при длительном применении удобрений.
Задачи
1. Установить изменения погодных условий с 1936-го по 2017 г. в Рамонском районе Воронежской области.
2. Определить динамику среднегодовых и за вегетацию показателей погодных условий за 8-ю (2000-2008 гг.) и 9-ю (20092017 гг.) ротации.
3. Выявить изменения урожайности культур зерносвекловично-го севооборота в 8-й и 9-й ротациях, а также влияние разных фонов удобренности на их продуктивность.
4. Рассчитать коэффициент корреляции погодных условий и урожайности культур 8-й и 9-й ротациях.
Работа выполнена в 20002017 гг. в стационарном опыте по внесению удобрений (год закладки - 1936-й) в ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свёклы и сахара имени А.Л. Мазлумова». В стационарном опыте по длительному внесению удобрений в 9-польном зерносвекловичном севообороте чередование культур
№ 1. 2019 САХАР 37
florim0nd Зато, что наша жизнь не баёкаа, DESPREZ мы говорим: спасибо, свёкаа!
121248, Москва, Кутузовский проспект, дом 7/4, корпус 1, офис 171 +7 (495) 974-62-51 info§)florimond-desprez.ru www. fl orí mond-desprez.com
следующее: чёрный пар — озимая пшеница — сахарная свёкла — ячмень с подсевом клевера — клевер первого года пользования — озимая пшеница — сахарная свёкла — однолетние травы (горох + овёс) — овёс. В 2017 г. в опыте завершилась 9-я ротация севооборота. Почва стационарного опыта — чернозём выщелоченный тяжелосуглинистый. Для достижения поставленных задач изучалась почва пяти вариантов стационарного опыта. Климат района исследований — умеренно-континентальный с неустойчивым увлажнением, гидротермический коэффициент увлажнения по Селянинову равен 0,9-1,3.
Наблюдения за динамикой климатических параметров местности за последние 80 лет позволяют отметить, что в 1936-1941 гг. среднегодовая температура составила 4,8 оС, а в 2000-2017 гг. - 8,38,8 оС (рис. 1). Увеличение среднегодовой температуры с 1-й по 9-ю ротации составило 3,5-4,0 оС; особенно резкий скачок отмечался в период от 1990-х к 2000 гг. - на 1,5 оС. Среднегодовая температура, как и температура за вегетационный период с 1936-го до 2017 г.,
повысилась (о чём свидетельствуют оба восходящих тренда), но среднегодовая - немного менее, что, очевидно, связано с более значительным потеплением периода апрель - сентябрь.
Количество осадков колебалось от 424,9-471,6 мм в 1936-1950 гг. (рис. 2) до 622,7-644 мм в 19802017 гг. Количество осадков за тёплый период с 1936-1941 гг. по 2009-2017 гг. возросло на 34,4 %; за год - на 51,6 % соответственно (восходящий тренд). Это свидетельствует, что увлажнение местности увеличилось в значительной степени.
Также возрастала амплитуда между максимальным и минимальным количеством осадков за год, что можно наблюдать на рис. 2. Разница между минимумом и максимумом осадков за год в первые 40 лет проведения исследований составила 2,09 раза (минимум отмечался в 1937 г.: 348,1 мм; максимум - в 1970 г.: 728,5 мм), в последующие 40 лет - 2,27 раза (минимум отмечался в 2009 г.: 398,7 мм, максимум - в 1990 г.: 903,6 мм). Аналогичное соотношение за вегетационный период составило 183 и 238 % соответствен-
но, при этом минимум за первую половину периода наблюдений отмечался в 1946 г. (162,5 мм), максимум - в 1956 г. (460,6 мм); за второй период: 2014 г. - минимум (191,4 мм), 2017 г. - максимум (646,8 мм).
Выявлено, что средняя температура за апрель - май в 9-й ротации относительно 8-й увеличилась на 1,1 оС, или 7,1 % (табл. 1, 2). В 9-й ротации был отмечен 1 засушливый год с суммой осадков за вегетацию меньше 250 мм, в 9-й - 2 года. По величине ГТК в 8-й ротации 3 года относились к засушливым, 4 - к слабозасушливым, 2 - к влажным, в 9-й - 3, 2 и 4 соответственно. Количество осадков за первую половину вегетационного периода в 9-й ротации было меньше, чем в 8-й, на 11,1 %. Количество осадков за вегетацию в 9-й ротации было выше, чем в 8-й, на 4,64 %; за год - на 2,47 %; ГТК в 9-й ротации был выше на 0,16.
Урожайность зерна озимой пшеницы в звене с чёрным паром в 8-й ротации составила 3,98-4,44 т/га (табл. 3), в 9-й - 2,67-3,73 т/га; озимой пшеницы в травяном звене - 3,25-3,93 и 2,27-3,04 т/га;
~ С^ С^ С^ С^ С^ С\|
^ Годы
Рис. 1. Среднегодовая температура воздуха и за вегетационный
период, 1936—2017гг.: среднегодовая температура воздуха,
°С, R = 0,62; средняя температура воздуха за вегетацию, °С, R = 0.43
Годы
Рис. 2. Сумма осадков за год и за вегетацию (1936—2017гг.)
За то, что наша жизнь не блёкла,
мы говорим: спасибо, свёкла!
38 САХАР № 1. 2019
рютмопо
оеэрнег
^^ч^ 121248, Москва. Кутузовский проспект, дом 7/4, корпус 1, офис 171 +7 (495) 974-62-51 ¡пРоЭАоптоп[1-с^е5ргег.ги www.florimond-desprez.comi
ячменя - 2,55-3,92 и 1,66-2,49; овса - 2,89-3,29 и 1,47-2,04 т/га соответственно. Засушливые периоды весны - начала лета, которые являются критическими в развитии озимой пшеницы, негативно влияли на её колошение и налив. Урожайность озимой пшеницы в звене с чёрным паром в 9-й ротации снизилась относительно 8-й на 15,6-32,9 %; озимой пшеницы в звене с клевером - на 22,6-30,65; ячменя - на 35,8-65,5; овса - на 37,2-49,1; однолетних трав - на 8,22-10,8 %. Более всего урожайность понижалась в контроле, менее всего - в варианте
М135Р135К135 + 25 т/га навоза. Эта доза более всего нивелировала отрицательное действие неблагоприятных погодных условий для ячменя и озимой пшеницы в звене с чёрным паром, а также однолетних трав, где на фоне указанной дозы снижения урожайности не отмечалось (она осталась на уровне 8-й ротации), менее всего -овса и озимой пшеницы в травяном звене.
Последействие удобрений в 8-й ротации способствовало повышению урожайности зерна озимой пшеницы в травяном звене на 9,20-20,9 %, в 9-й ротации - 11,9-
Таблица 1. Погодные условия 8-й ротации (2000—2008 гг.)
Год Осадки ГТК Температура в апреле — июне, °С
За год Апрель — июнь Апрель — сентябрь
2000 544,2 145,7 368,7 1,24 14,9
2001 544,2 217,9 495,8 1,50 15,9
2002 564,3 119,7 306,9 0,91 16,2
2003 568,6 150,9 359,3 1,20 14,4
2004 695,3 186,3 332,3 2,06 13,8
2005 744,0 272,6 368,2 1,15 15,8
2006 680,3 110,8 309,9 1,00 15,9
2007 691,7 122,0 322,4 1,00 16,4
2008 571,9 109,8 257,6 0,90 16,1
Среднее 622,7 177,2 346,8 1,22 15,5
Таблица 2. Погодные условия 9-й ротации
Год Осадки, мм ГТК Температура в апреле — июне, °С
За год Апрель — июнь Апрель — сентябрь
2009 398,7 125,3 207,6 0,86 16,2
2010 679,0 130,0 312,0 1,35 18,4
2011 542,2 160,8 312,6 1,13 15,5
2012 906,6 177,5 604,2 1,82 18,3
2013 779,5 163,4 448,2 1,20 19,8
2014 360,5 166,3 191,4 0,76 16,0
2015 564,8 179 264,0 1,00 15,9
2016 651,2 242 279,6 1,80 15,7
2017 860,1 250,9 646,8 2,50 14,1
Среднее 638,1 159,5 362,9 1,38 16,6
33,9 %; ячменя - на 28,2-53,7 и 21,1-50,0; овса - на 3,81-13,8 и 24,5-38,8 % соответственно, а прямое действие навоза повышало урожайность озимой пшеницы в звене с паром в 8-й ротации на 9,30-11,6 %, в 9-й ротации -на 13,8-39,7 %.
Уровень урожайности сахарной свёклы в звене с чёрным паром в 8-й ротации составил 29,5-41,3 т/га (табл. 4), 9-й ротации - 29,7-40,3 т/га; в травяном звене - 25,1-37,6 и 28,3-39,8 т/га соответственно; зелёной массы клевера - 13,2-20,3 и 16,4-20,4 т/га; зелёной массы однолетних трав - 16,6-23,1 и 16,2-21,6 т/га соответственно. Урожайность сахарной свёклы в звене с паром от 8-й к 9-й ротации возрастала на 6,767,65 % в вариантах К45Р45К45+ + 25 т/га навоза и К45Р45К45 + 50 т/га навоза, оставаясь неизменной в других вариантах опыта; в звене с клевером повышалась на 10,2 и 12,7 % - в контроле и ^35Р135К135 + 25 т/га навоза и снижалась на 11,4 % в варианте М45Р45 К45 + 50 т/га навоза.
Урожайность зелёной массы клевера от 8-й к 9-й ротации увеличивалась на 15,2-24,2 %, кроме варианта К45Р45К45 + 50 т/га навоза, где было отмечено снижение на 10,8 %. Последействие удобрений увеличивало его урожай относительно контроля в 8-й ротации на 44,7-53,8 %, в 9-й - на 17,124,4 %. Очевидно, что эта культура вследствие развитой корневой системы хорошо использует зимние запасы влаги, тогда как яровые в условиях иссушения верхнего слоя почвы не способны сформировать как вегетативную, так и продуктивную массу.
Урожайность однолетних трав в 9-й ротации по сравнению с 8-й снижалась на 8,22-10,8 %, кроме варианта М90Р90К90 + 25 т/га навоза, менее всего - при последействии ^35Р135К135 + 25 т/га навоза. В 8-й
№ 1. 2019 САХАР 39
т
florim0nd Зато, что наша жизнь не баёкла, DESPREZ мы говорим: спасибо, свёкаа!
121248, Москва, Кутузовский проспект, дом 7/4, корпус 1, офис 171 +7 (495) 974-62-51 тfo§)florímond-desprez.ru www.fi orí mond-desprez.com
ротации прибавки относительно контроля составили 21,7—39,2 %, в 9-й - 14,2-33,3 %.
Удобрения способствовали повышению урожайности сахарной свёклы в звене с паром в 8-й ротации на 24,4-40,0 %, в 9-й - на 24,6-35,7 %; сахарной свёклы в звене с клевером - на 38,6-43,8 и 24,0-40,6 % соответственно; клевера - на 34,1-53,8 и 17,1— 24,4 %; однолетних трав - на 21,7— 39,1 и 14,2-33,3 % соответственно. Наибольший эффект как в прямом действии, так и последействии проявился при внесении дозы ^35Р135К135 + 25 т/га навоза.
В условиях засухи первой половины вегетации в 9-й ротации прибавки урожайности корнеплодов и трав при действии удобре-
ний были несколько ниже, чем при большей увлажнённости в 8-й ротации.
Установлено, что наибольшая корреляционная связь с погодными условиями проявилась в урожайности следующих культур: ячменя и осадков первой половины вегетации (г = -0,3650,534); однолетних трав и ГТК (г = 0,322-0,613); однолетних трав и осадков за вегетацию (г = 0,1720,451); овса и осадков за вегетацию (г = 0,322-0,819); овса и осадков за год (г = 0,439-0,663); озимой пшеницы в обоих звеньях и осадков за вегетацию (г = 0,431-0,757). Урожайность сахарной свёклы в обоих звеньях и клевера не зависела от погодных условий. Зависимость была, в основном средней силы,
Таблица 3. Урожайность зерновых культур в 8-й и 9-й ротациях (2000-2008 и 2009-2017гг.)
Вариант Озимая пшеница в звене с паром Озимая пшеница в травяном звене Ячмень Овёс
Ротации
8-я 9-я 8-я 9-я 8-я 9-я 8-я 9-я
Без удобрений 3,98 2,67 3,25 2,27 2,55 1,66 2,89 1,47
К45Р45К45 + 25 т/га навоза 4,35 3,04 3,55 2,54 3,27 2,10 3,00 1,83
К90Р90К90+25 т/га навоза 4,44 3,44 3,87 2,91 3,77 2,26 3,32 1,89
К135Р135К135 + 25 т/га навоза 4,42 3,73 3,93 3,04 3,92 2,49 3,25 2,04
К45Р45К45 + 50 т/га навоза 4,08 3,20 3,72 2,58 3,67 2,01 3,29 1,89
Таблица 4. Урожайность сахарной свёклы и трав в стационарном опыте, 8-й и 9-й ротации (2000-2008 и 2009-2017гг.)
Вариант Сахарная свёкла в звене с паром Сахарная свёкла в травяном звене Клевер, зелёная масса Однолетние травы, зелёная масса
Ротации
8-я 9-я 8-я 9-я 8-я 9-я 8-я 9-я
Без удобрений 29,5 29,7 25,1 28,3 13,2 16,4 16,6 16,2
К45Р45К45+25 т/га навоза 35,5 37,9 34,8 35,1 19,1 19,6 20,2 18,5
К90Р90К90+25 т/га навоза 36,7 37,0 36,6 34,5 17,7 20,4 20,8 21,6
К135Р135К135 + 25 т/га навоза 41,3 40,3 36,1 39,8 19,9 20,0 23,1 21,2
К45Р45К45+50 т/га навоза 36,6 39,4 37,6 35,3 20,3 19,2 22,2 19,8
кроме связи овса и осадков за вегетацию, где отмечалась наиболее сильная. С увеличением доз удобрений в прямом действии снижения коэффициента корреляции отмечено не было, в последействии наблюдалось его уменьшение.
Выводы
1. За последние 80 лет климатические параметры района исследований изменились следующим образом: среднегодовая температура повысилась на 3,5-4,0 оС; количество осадков за вегетацию возросло на 34,4 %; за год - на 51,6 %; ГТК увеличился на 0,46. Таким образом, климат в целом стал более тёплым и влажным, но возросла его экстремальность.
2. Погодные условия как за год, так и в целом за вегетацию в 8-й ротации были более благоприятными, чем в 9-й, уменьшение количества осадков на 11,1 % и повышение средней температуры воздуха на 1,1 оС в апреле - мае 9-й ротации ухудшали условия развития растений в этот период.
3. Последействие минеральных удобрений на озимой пшенице в травяном звене и на овсе сильнее проявлялось при более выраженном недостатке влаги в 9-й ротации. Последействие удобрений в севообороте снижало зависимость урожайности зерновых и однолетних трав от погодных условий.
4. Ухудшение условий увлажнения с апреля по июнь от 8-й ротации к 9-й в большей степени способствовало снижению урожайности яровых зерновых культур (на 35,8-65,5 %), озимых - на 15,6— 32,9 %, в меньшей степени - однолетних трав (8,22-10,8 %), но увеличивало урожайность зелёной массы клевера.
5. Установлено, что яровые зерновые культуры в условиях усиления засушливости клима-
За то, что наша жизнь не блёкла,
мы говорим: спасибо, свёкла!
40 САХАР № 1. 2019
гющмогю
оеэрнег
^^ч^ 121248, Москва, Кутузовский проспект, дом 7/4, корпус 1, офис 171 +7 (495) 974-62-51 ¡пРоЭАоптоп[1-с^е5ргег.ги www.florimond-desprez.comi
та сильно снижают урожайность (особенно ячмень), а сахарная свёкла, клевер и однолетние травы лучше переносят периоды засух, и их урожай значительно не изменялся.
6. Усиление засушливости первой половины вегетации в 9-й ротации способствовало снижению прибавок урожайности относительно контроля большинства культур севооборота (ячменя, клевера, сахарной свёклы в обоих звеньях).
7. Последействие ^35Р135К135 + 25 т/га навоза при длительном применении способствует уменьшению негативного эффекта засух на зерновых культурах, а при прямом действии более других доз повышает урожайность сахарной свёклы.
8. По результатам математической обработки выяснилось, что от погодных условий более всего зависела урожайность зерна, овса и озимой пшеницы в обоих звеньях, менее всего - урожайность сахарной свёклы в травяном звене и клевера.
Предложения производству
Для получения высоких устойчивых урожаев зерновых культур, сахарной свёклы и трав в 9-поль-ном севообороте лесостепи ЦЧР необходимо длительно (не менее 45 лет) вносить минеральные удобрения под сахарную свёклу в дозе ^35Р135К135 (два раза за ротацию), навоз - в паровое поле в дозе 25 т/га. В короткоротационных 4-польных севооборотах при наличии парового поля необходимо вносить в него навоз, минеральные удобрения ^35Р135К135 - под сахарную свёклу; при отсутствии пара культуру необходимо выращивать по предпредшественнику
клеверу (предшественник свёклы в обоих севооборотах - озимая пшеница).
Список литературы
1. Грингоф, И.Г. Разработка методологии построения моделей «погода - урожай» и оценка ожидаемой урожайности основных сельскохозяйственных культур / И.Г. Грингоф [и др.] // Сб. научн. работ лауреатов областных премий и стипендий. - Калуга, 2016. -С. 67-82.
2. Косякин, П.А. Влияние погодных условий и агротехники возделывания сахарной свёклы на её продуктивность / П.А. Косякин [и др.] // Вестник Курганской ГСХА. - 2017. - № 2 (22). - С. 4850.
3. Минакова, О.А. Динамика почвенного плодородия и урожайности культур в условиях длительного применения удобрений (1936-2017 гг.) в севообороте с сахарной свёклой / О.А. Минако-ва // Итоги выполнения программы фундаментальных научных исследований государственных академий на 2013-2020 гг.: матер. Всероссийского координационного совещания научных учреж-
дений — участников Географической сети опытов с удобрениями. Под ред. акад. РАН В.Г. Сычёва. — 2018. - С. 165-174.
4. Мухин, В.Н. Факторные модели связи урожайности зерновых культур с типами погодных ситуаций / В.Н. Мухин // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2009. - № 3 (195). -С. 96-105.
5. Павлова, В.Н. Наблюдаемые изменения климата и динамика продуктивности сельского хозяйства России / В.Н. Павлова, О.Д. Сиротенко // Тр. Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова. - 2012. -№ 565. - С. 132-151.
6. Сиротенко, О.Д. Оценка влияния ожидаемых изменений климата на сельское хозяйство Российской Федерации / О.Д. Сиротенко, И.Г. Грингоф // Метеорология и гидрология. - 2006. - № 8. -С. 92-101.
7. Brohan, P. Uncertainty estimates in regional and global observed temperature changes: A new data set from 1850 / P. Brohan [and oth.] // Journal of Geophysical Research. - 2006. - V. 111, Issue D12. -P. 1-35.
Аннотация. Увеличение засушливости периода с апреля по июнь в 2009-2017 гг. в условиях ЦЧР привело к существенному недобору урожая овса, ячменя, озимой пшеницы, но не повлияло на урожайность сахарной свёклы и клевера. Снижению негативного влияния засух на зерновые способствует длительное (не менее 45 лет) применение N135P135K135 под сахарную свёклу совместно с 25 т/га навоза в пару. Эта доза в прямом действии способствует повышению урожайности сахарной свёклы и оказывает наибольшее последействие на урожайность зерновых и трав. Ключевые слова: погодные условия, осадки, температура, урожайность, ячмень, овёс, озимая пшеница, сахарная свёкла.
Summary. Increase of drought during April - June period an in 2009-2017 under conditions of the Central Black-Earth Region resulted in considerable shortage of barley, oats and winter wheat yield, but had no influence upon sugar beet and clover. Long-time (no less than 45 years) application of N135P135K135 for sugar beet together with 25 t/hectare of manure in fallow promotes reduction of droughts' negative effect on cereals. Under direct effect, this dose promotes increase of sugar beet yield and showed the most aftereffect on yield of cereals and grasses.
Keywods: weather conditions, precipitations, temperature, yield, barley, oats, winter wheat, sugar beet.
№ 1. 2019 САХАР 41
florim0nd Зато, что наша жизнь не баёкла, DESPREZ мы говорим: спасибо, свёкаа!
121248, Москва, Кутузовский проспект, дом 7/4, корпус 1, офис 171 +7 (495) 974-62-51 in fo§) fl orí morid-des prez.ru www. fl orí mond-desprez.com
