CC BY
84
ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И РАСТЕНИЕВОДСТВО
D
УДК 633.11 «324»:551.58
ВЛИЯНИЕ ЗАСУХ НА УРОЖАЙНОСТЬ ОЗИМОИ ПШЕНИЦЫ
А.А. ФЕДОТОВ1, ведущий научный сотрудник С.А. ЛИХОДИЕВСКАЯ1, и.о. зав. отделом А.И. ХРИПУНОВ2, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. отделом
1Прикумская опытно-селекционная станция, ул. Вавилова, 4, г. Буденновск, Буденовский район, Ставропольский край, 356803, Россия
Ставропольский НИИ сельского хозяйства, ул. Нико-нова, 49, г. Михайловск, Шпаковскийрайон, Ставропольский край, 356241, Россия E-mail: sniish@mail.ru
Резюме. В длительном стационарном опыте (1971-2013 гг.) в зависимости от величины гидротермического коэффициента дана оценка повторяемости засух весенне-летнего (апрель-июнь) и летне-осеннего (июль-октябрь) периодов в засушливой зоне Ставропольского края и показано их влияние на урожайность озимой пшеницы. За 43 года исследований вероятность всех типов засух составила 165,1% с преобладанием сильных (ГТК=0,31-0,50) и очень сильных (ГТК<0,30) двух- и трехмесячных летне-осенних засух. Уровень проявления весенне-летних засух составил 67,4%, среди которых по интенсивности чаще наблюдали сильные (34,8%), а по продолжительности одномесячные (48,8%). Среди всех типов засух по частоте проявления лидировали сильные (83,4%), затем очень сильные (62,8%) и средние (ГТК=0,51-0,60) -18,6%. Наиболее вредоносными были весенне-летние засухи: одномесячные снижали урожай зерна в среднем на 3,7%, двухмесячных - на19,2% и трехмесячные - в 2,7 раза. Каждые два года из трех наблюдали совместное действие различных типов засух. Большая вероятность проявления летне-осенних засух (97,7%) обусловливает необходимость введения в севообороты чистых паров в качестве предшественника озимой пшеницы. На эффективность их использования указывает урожайность второй озимой пшеницы, которая составляет 53-59% от величины этого показателя по чистому пару. В годы с достаточным увлажнением влияние занятых паров повышалось. При среднегодовом количестве осадков в 372,8 мм (1971-1980 гг.) средний урожай зерна по чистому и занятому пару составил 3,27 и 2,33 т/га, а при их увеличении до 452,2мм (2001-2010 гг.) - 4,73 и 4,38т/га соответственно. Разница в урожайности культуры по этим парам при улучшении влагообеспеченности уменьшилась с 0,94до 0,35 т/га, или в 2,7раза.
Ключевые слова: засуха, урожайность, озимая пшеница, продолжительность, тип, интенсивность, вероятность, вегетационный период, предшественники.
Для цитирования: Федотов А.А., Лиходиевская С.А., Хрипунов А.И. Влияние засух на урожайность озимой пшеницы//Достижения науки и техники АПК. 2014. Т.28. №11. С. 19-21.
В Ставропольском крае более 69% площадей, на которых возделывают зерновые и получают более половины (56,1%) валовых сборов зерна, расположены в полупустынных (ГТК<0,7) и сухостепных (ГТК 0,7-0,9) ландшафтах. На долю озимой пшеницы приходится 75-80% всех зерновых, так как в местных климатических условиях эта культура обеспечивает получение наибольших урожаев [1, 2].
В связи с изложенным при составлении полевых севооборотов в первую очередь следует учитывать необходимость размещения озимой пшеницы по лучшим предшественникам [3, 4].
Основные лимитирующие факторы сельскохозяйственного производства в крае - аридность климата, дефицит влаги, частые засухи, суховеи и пыльные бури [5, 6].
Цель наших исследований - изучение влагообеспечен-ности посевов озимой пшеницы, размещаемых по различным предшественникам, и определение влияния засух на снижение урожаев зерна в Ставропольском крае.
Условия, материалы и методы. Уровень урожайности озимой пшеницы при различном насыщении севообо-
ротов чистыми и занятыми парами определяли в многолетнем стационаре (1971-2013 гг.) на Прикумской опытно-селекционной станции, расположенной на границе крайне засушливой и засушливой зон Ставропольского края.
Озимую пшеницу возделывали в 6 шестипольных севооборотах, в которых ее предшественниками выступали чистый пар, озимая пшеница, кукуруза на зеленый корм, горох на зеленый корм, эспарцет, на двух фонах минерального питания - неудобренном и удобренном. Минеральные удобрения под культуру вносили под предпосевную культивацию после чистого пара - Ы35Р40, под вторую озимую пшеницу после чистого пара - Ы35, после кукурузы на зеленый корм - М35Р60, после эспарцета и гороха - Р60.
Общая площадь опыта - 17 га, делянки - 897 м2, учётная площадь - 218 м2. Расположение делянок - последовательное, повторность - четырехкратная.
Почва участка характеризуется средней обеспеченностью фосфором (по Мачигину) - 24 мг/кг почвы, повышенной калием (по Мачигину) - 400 мг/кг почвы, средней нитратным азотом (по Грандваль-Ляжу) -12-16 мг/кг почвы и низкой нитрификационной способностью (по Кравкову) - 7-10 мг/кг почвы), рНводн - 7,0, рНсол -7,1, исходная плотность - 1,1-1,2 г/см3, содержание гумуса (по Тюрину) в пахотном слое - 1,33%. Почва сильнокарбонатная, концентрация СаСо3 в верхнем горизонте (0-20 см) составляет до 4,7%, в слое до 50 см - до 7,14%.
Климат - резко континентальный. Многолетняя среднегодовая температура воздуха +9,80С, июля - +24,30С, января - -4,50С. Абсолютный температурный максимум +430С, минимум - -360С. Сумма годовых активных температур - 37580С, в течение вегетации озимой пшеницы -19370С. Продолжительность периода с положительными среднесуточными температурами - в среднем 266 дн. Среднемноголетняя годовая сумма осадков составляет 354 мм, а наибольшее их количество выпадает в виде ливневых дождей в мае-июле.
Результаты и обсуждение. При величине запасов продуктивной влаги в пахотном слое почвы (0-20 см) 2225 мм всходы озимой пшеницы, размещенной после чистого пара, появляются через 7-8 дн. после посева, 18-20 мм - через 9-10 дн., 9-10 мм - через 19-20 дн. Указанное количество влаги к оптимальному сроку посева (20.09-05.10) в чистых парах зафиксировано только в 62% лет. В остальные 38% она колебалась от 8 до 13 мм и при отсутствии осадков после посева всходы наблюдали через 15 дн.
После занятого пара запасы влаги, необходимые для обеспечения дружных всходов озимой пшеницы, отмечали только в 40% лет, в 48% они составляли 5,0-8,5 мм, а в остальные 12% их не было совсем (0 мм). Следовательно, в 60% лет всходы появлялись только после осадков, выпадающих вслед за посевом.
По непаровым предшественникам к оптимальному сроку сева озимой пшеницы запасы продуктивной влаги равные 15-20 мм отмечены в 14% лет. В остальные 86% появление всходов полностью зависело от послепосевных осадков. Более того, наличие провокационных запасов влаги на уровне 4-5 мм без выпадения осадков после посева приводило к гибели проростков.
Осенние запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы на уровне 100-120 мм обеспечивают нормальную вегетацию озимой пшеницы без выпадения осадков до цветения и наблюдаются только в 50% лет в посевах по чистому пару. В 40% лет их величина составляла 80-90 мм,
в 10% - 55-60 мм. По занятым парам она в среднем была равна 50-60 мм, а в острозасушливые годы - 30-40 мм, что соответствует уровню непаровых предшественников.
Математическая обработка многолетних экспериментальных данных (1971-2011 гг.) свидетельствует о наличии положительной корреляции между урожайностью озимой пшеницы по всем предшественникам (чистый и занятый пар, кукуруза на зеленый корм и озимая пшеница) и количеством осенних осадков за сентябрь-октябрь (г=0,35-0,62, р<0,05), сентябрь-ноябрь (г = 0,40-0,63, р<0,05), а также со среднемесячной температурой воздуха в марте (г= 0,320,55, р<0,05). Доля влияния суммы осенних осадков на продуктивность культуры (г2) составляет, в зависимости от предшественника, 16-40%, температуры в марте - 10-30%. Чем хуже предшественник по условиям влагообеспеченно-сти для культуры, тем теснее статистическая связь.
За годы исследований (1971-2013 гг.) 37% лет были средне увлажненными (416 мм), 33% - обильно увлажненными (500 мм), 18% - острозасушливыми (296 мм) и 12% - засушливыми (359 мм). Условное подразделение метеоусловий сельскохозяйственного года по увлажнению отражает только общие тенденции в формировании урожая озимой пшеницы по различным предшественникам. Например, с увеличением количества осадков за период с 01.07 по 31.06 (сельскохозяйственный год) сбор зерна возрастает по всем предшественникам. В то же время размах вариации урожая зерна в различные по влагообеспеченности годы изменялся в зависимости от предшественника: по чистому пару - от 2,17 до 3,17 т/га, по озимой пшенице - от 1,23 до 2,89 т/га, что свидетельствует о большом значении не только общего количества осадков, но и их распределения в течение вегетации возделываемой культуры. На относительность деления лет указывает и то, что максимальная урожайность, полученная в острозасушливый год, в 57% случаев была выше, чем в годы с обильным увлажнением.
Дружные всходы осенью, достаточный запас влаги при возобновлении весенней вегетации и благоприятные условия весенне-летнего периода не обеспечивают гарантировано высокий урожай. Так, при хороших всходах в 1985 г. сбор зерна по чистому пару составил 2,02 т/га, при неудовлетворительных в 2002 г. - 5,68 т/га, а при их отсутствии осенью 1995 г. - 4,17 т/га. Накопление весной 2001 г. влаги в метровом слое почвы на уровне 62 мм позволило по чистому пару сформировать урожай зерна озимой пшеницы в размере 4,94 т/га, а при 156 мм в 1975 г. он составил 3,09 т/га. В мае 2004 г. в критический по влагообеспеченности период выпало 5 мм осадков, а урожай достиг 5,24 т/га, тогда как в мае 1983 г. выпало 72 мм осадков, а зерновая продуктивность культуры была равна 3,43 т/га.
Урожайность растений в большей степени связана с общей влагообеспеченностью посевов, которая определяется запасами продуктивной влаги в метровом слое почвы ко времени возобновления весенней вегетации и суммой выпавших осадков за весенне-летний период до фазы восковой спелости зерна. Минимальная величина этого показателя отмечена в 1976 г. (по чистому пару - 121 мм, по другим предшественникам - 80-92 мм); максимальная -в 1991, 1993 и 2011 гг. (по чистому пару - 349-369 мм, по озимой пшенице - 333-339 мм).
За 43 года исследований в засушливой зоне края в 67,4% лет наблюдались весенне-летние (апрель-июнь), а в 97,7% - летне-осенние (июль-октябрь) засухи различной интенсивности и продолжительности. Вероятность всех типов засух составила 165,1%, то есть в большинстве случаев они накладывались одна на другую. За указанный период только в вегетационном сезоне 2002-2003 гг. не
отмечено засух, но не было ни одного календарного года с их отсутствием. Среди весенне-летних засух по интенсивности преобладали сильные (34,8%), а среди летне-осенних - сильные (48,9%) и очень сильные (46,5%). Среди всех типов засух лидируют сильные засухи (83,4%), затем очень сильные (62,8%) и средние (18,6%).
По продолжительности среди весенне-летних засух преобладали одномесячные (48,8%), затем двух-(14,0%) и трехмесячные (4,6%). Если в 1971-1980 гг. среди весенне-летних засух на долю одномесячных приходилось 50%, двух- - 38% и трехмесячных - 12%, то в 2001-2010 гг. все они (100%) были одномесячными. Причем если в 1971-1980 гг. преобладали апрельские засухи (50%), то в 2001-2010 гг. - июньские (72%), количество которых увеличилось в 2,9 раза.
Среди летне-осенних засух по продолжительности в равной степени наблюдали двух- и трехмесячные (по 34,9%), затем четырех- (16,3%) и одномесячные (11,6%). По сравнению с первым (1971-1980 гг.) десятилетием исследований, в последнее (2001-2010 гг.) среди летне-осенних засух количество четырехмесячных уменьшилось в 3,6 раза, а трехмесячных - увеличилось в 2,9 раза.
Наибольший вред посевам озимых зерновых культур наносят весенне-летние засухи, чем они продолжительнее и интенсивнее, тем ниже урожай. Одномесячные засухи уменьшали его в среднем на 3,7%, двух- - на 19,2%, а трехмесячные - в 2,7 раза.
Урожайность озимой пшеницы по удобренному чистому пару при двухмесячной средней засухе (апрель-июнь) в 2013 г. составила 4,25 т/га, при сильной в 1974, 1981 и 1998 гг. - 3,80 т/га и очень сильной в 1975 и 1979 гг. -2,78 т/га, при трехмесячной средней весенне-летней в 2012 г. - 2,21 т/га, а при сильной в 1976 г. (в сочетании с сильной летне-осенней засухой) - 0,90 т/га.
Средний сбор зерна при продолжительности летне-осенних засух 1-3 мес. был практически одинаковым (4,07-4,16 т/га) и только четырехмесячные снижали его на 35-38% (до 3,02 т/га).
Меньший вред летне-осенних засух объясняется возможностью дальнейшего исправления негативной осенней ситуации в зимний период с частыми оттепелями и ранневесенним возобновлением вегетации, когда на начальном этапе развития посевов появляются всходы и происходит кущение растений с формированием оптимального стеблестоя.
На весенне-летний отрезок вегетации приходится основной прирост общей биомассы с формированием главных элементов структуры урожая и критические периоды по влагообеспеченности. Неблагоприятные условия в этом случае сильнее сказываются на величине урожая. Чем позднее наступает весна, тем меньше времени остается до летне-осенних засух, вероятность которых составляет почти 100%, и тем ниже продуктивность посевов.
Максимальное увеличение сбора зерна озимой пшеницы в 2001-2010 гг., по сравнению с 1971-1980 гг., отмечено по эспарцету и гороху на зеленую массу. Оно было соответственно на 0,59 и 0,44 т/га (44 и 30%) больше, чем по чистому пару. За этот период количество лет с ранней и средней весной выросло на 20%, а с поздней уменьшилось на 40% (с 50 до 10%).
Доля влияния климата и сорта на прибавки продуктивности по эспарцету и гороху на зеленую массу составила 72,0 и 83,0%, тогда как по кукурузе и озимой пшенице - 37,0 и 19,0%. По худшим предшественникам (кукуруза на зеленый корм, озимая пшеница) на величину прироста урожая наибольшее влияние оказало внесение минеральных удобрений (63,0-81,0%).
Таблица. Эффективность внесения азотных удобрений ^35) на посевах второй после чистого пара озимой пшеницы в зависимости от времени возобновления весенней вегетации (ВВВВ) за 37 лет (1972-2008 гг.)
ВВВВ Осадки , мм Прибавка урожая
апрель-июнь май средняя, т/га вероятность получения прибавки, %
до 0,5 т/га 0,50,79 т/га более 0,8 т/га
Раннее (16 лет) 153,6 49,6 0,73 31 38 31
Среднее (12 лет) 143,3 48,8 0,61 58 25 17
Позднее (9 лет) 123,6 38,8 0,41 67 22 11
Рост продуктивности с 1971 по 2013 гг. связан не только с улучшением условий периода возобновления весенней вегетации, но и с увеличением количества осадков в октябре на 85%, а также с ростом среднемесячной температуры воздуха в этом месяце, по сравнению со среднемноголетними значениями, на1,50С, а в ноябре - на 2,00С, что благоприятно отразилось на продолжительности осенней вегетации озимой пшеницы.
С увеличением влагообеспеченности эффективность внесения минеральныхудобрений повысилась по всем предшественникам, но максимально - по худшим из них. Кроме условий увлажнения значительное влияние на нее оказывает время возобновления весенней вегетации. В годы с ранней весной эффективность применения азотных удобрений, по сравнению с годами, когда она наступала поздно, возросла в среднем на 78%, а в средние - на 49% (см. табл.).
В случае раннего возобновления вегетации прибавка от внесения азотных удобрений (Ы35) на посевах второй после чистого пара озимой пшеницы примерно с равной вероятностью (31-38%) может находиться на уровне до 0,5, 0,5-0,79 и более 0,8 т/га. В годы со средней весной возможность минимального из трех перечисленных интервалов увеличения урожайности (до 0,5 т/га) возрастала, по сравнению с вероятностью формирования мак-
симальной прибавки(более 0,8т/га), в 3,4раза, споздней -в 6,1 раза. Вероятность самой высокой прибавки в средние весны уменьшалась, по сравнению с ранними, в 1,8 раза, а в поздние - в 2,8 раза.
Выводы. В сухостепных ландшафтах Ставропольского края основной фактор снижения урожайности озимой пшеницы - засухи различной продолжительности и интенсивности. Наиболее вредоносные из них весенне-летние, чем они продолжительнее и интенсивнее, тем ниже урожай зерна. Одномесячные засухи уменьшают его в среднем на 3,7%, двух- - на 19,2%, а трехмесячные - в 2,7 раза, тогда как четырехмесячные летне-осенние - на 35-38%.
Каждые два года из трех наблюдалось совместное воздействие засух различных типов. Большая вероятность проявления летне-осенних засух (97,7%), среди которых преобладают сильные и очень сильные двух- и трехмесячные, обусловливает необходимость введения в севообороты в качестве предшественника озимой пшеницы чистых паров.
Урожайность второй озимой пшеницы составила 53-59% от уровня по чистому пару, что убедительно свидетельствует о его эффективности в засушливой зоне. В годы с достаточным увлажнением повышается эффективность занятых паров. Так, при среднегодовом количестве осадков 372,8 мм (1971-1980 гг.) средний урожай зерна озимой пшеницы по чистому и занятому пару составил 3,27 и 2,33 т/га, а при их увеличении до 452,2 мм (2001-2010 гг.) - 4,73 и 4,38 т/га соответственно. Разница в урожайности культуры по этим предшественникам при улучшении влагообеспеченности уменьшилась с 0,94 до 0,35 т/га, или в 2,7 раза.
Литература.
1. Годунова Е.И., Желнакова Л.И., Удовыдченко В.И. Состояние и пути оптимизации зерновой отрасли Ставрополья // Земледелие. 2011. №3 С.8-12.
2. Кулинцев В.В., Годунова Е.И., Желнакова Л.И. [и др.] Система земледелия нового поколения Ставропольского края. Ставрополь: Изд-во АГрУс Ставропольского ГАУ, 2013. 520 с.
3. Кияс А., Сулейменов М., Каскарбаев Ж. Эффективность зерновых севооборотов на южном черноземе Северного Казахстана //сборник докладов Междунар. научно-практ. конф. «Интенсификация, ресурсосбережение и охрана почв в адаптивно-ландшафтных системах земледелия», Курск, 2008. С. 82-88.
4. Dry land agriculture on the Canadian Prairies: Current Issues and Future Challenges/F. Larney, H. Vanzen, E. Smith, D. Anderson // Challenges for Dry land Agriculture. Madison, 2004. P.113-139.
5. Горонжин Е.А., Федотов А.А., Хрипунов А.И. Продуктивность различных севооборотов в засушливых условиях// Земледелие. 2012. №3. С.16-18.
6. Федотов А.А., Горонжин Е.А., Хрипунов А.И. Влияние влагообеспеченности на урожайность озимой пшеницы в засушливой зоне Ставрополья // Земледелие. 2012. №3. С.21-22.
INFLUENCE OF DROUGHT ON WINTER WHEAT PRODUCTIVITY
A.A. Fedotov1, S.A. Lihodievsky1, A.I. Khripunov2
'Prikumskaya Experimental Breeding Station, Vavilova Str., 4, Budenovsk city, Budenovsk district, Stavropol region, 356803, Russia 2Stavropol Research Institute of Agriculture, Nikonova Str., 49, Shpakovsky district, Stavropol region, 356241, Russia Summary. In long-term stationary field experiment (1971-2013) in connection with parameters of hydrothermal coefficient (HTC) the recurrence of droughts in spring-summer (April-June) and summer-autumn (July-October) periods in arid zone of Stavropol region was estimated and its influence on winter wheat productivity was revealed. For 43 years of the research the probability of all types of droughts was 165.1 % with predominance of strong (HTC = 0.31...0.50) and very strong (HTC < 0.30) two-three month long summer-autumn droughts. The occurrence of spring-summer droughts was 67.4 % and among them strong (34.8 %) and one-month (48.8 %) droughts prevailed. Among all types of droughts by frequency of occurrence strong ones (83.4 %) leaded, than were very strong (62.8 %) and medium (HTC =0.51.0.60; 18.6 %) droughts. Spring-summer droughts were most harmful: one-month drought reduced the grain harvest on average at 3.7 %, two-month - at 19.2 %, and three-month -2.7 times. Every two years of three the combined effect of different types of droughts occurred. A high probability of summer-autumn droughts (97.7 %) proves the necessity of inclusion of clean fallows in crops rotation as a preceding crop for winter wheat. The efficiency of its usage was pointed out by the productivity of the second winter wheat, which was only 53.59 % from the level of wheat yield, seeded after clean fallow. In the years with sufficient precipitations the impact of seeded fallows increased. When the average annual precipitations was 372.8 mm (1971-1980), the average yield of grain after clean and seeded fallows was 3.27 и 2.33 t/ha, and with increase in the number of precipitations up to 452.2 mm (2001-2010) - 4.73 and 4.38 t/ha, correspondingly. The difference in crop yield after these fallows with enhancement of the moisture conditions decreased from 0.94 to 0.35 t/ha or 2.7 times.
Keywords: drought, productivity, winter wheat, duration, type, intensity, probability, vegetation period, preceding crops.
Author Details: A.A. Fedotov, Leading Researcher (e-mail: sniish@mail.ru); S.A. Lihodievsk, Head of Division; A.I. Khripunov, Cand.
Agricultural Sci., Head of Division.
For citation: Fedotov A.A., Lihodievsky S.A., Khripunov A.I. Impact of drought on winter wheat crop yields. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2014. T.28. №11. pp. 19-21 (In Russ)
