CC BY
52
УДК 633.11 «321»:631 ^82^1 .S:631 .SS9(470.4)
Зависимость урожая яровой пшеницы от вида севооборота и метеорологических условий
Ю.Ф. КУРДЮКОВ, доктор сельскохозяйственных наук Н.Г. ЛЕВИЦКАЯ, Л.П. ЛОЩИНИНА, Г.В. ШУБИТИДЗЕ, кандидаты сельскохозяйственных наук НИИ сельского хозяйства Юго-Востока
E-mail: [email protected] М.Ю. ВАСИЛЬЕВА, кандидат сельскохозяйственных наук
Саратовский
государственный университет им. Н.Г. Чернышевского
Выяснена зависимость урожайности яровой пшеницы от вида севооборота и метеорологических факторов в межфазные периоды вегетации. Приведены оптимальные параметры гидротермических условий по периодам развития, необходимые для получения высокого урожая.
Ключевые слова: межфазные периоды, этапы органогенеза, севооборот, урожайность, гидротермические условия, доступная влага.
Яровая пшеница продолжительное время преобладала в структуре посевов зерновых культур в нашем регионе. В засушливой черноземной степи Поволжья по выходу зерна с единицы севооборотной площади она не уступает озимой пшенице в звене с чистым паром.
Однако происходящие изменения климата, а также сложившиеся рыночные отношения существенно повлияли на удельный вес ранних зерновых культур, в том числе и яровой пшеницы, в структуре посевов. Площадь ее посева, в частности в Саратовской области, сократилась с 1,0 млн га в 1988 г. до 224,0 тыс. га в 2012 г.
За последние 30 лет условия для роста и развития ранних яровых культур в Поволжье существенно ухудшились. По данным метеорологической станции Саратов ЮВ, годовая сумма осадков за 1981-2010 гг. увеличилась на 23 мм, а среднегодовая температура воздуха - на 1,S °С по сравнению с климатической нормой. При этом повысилась засушливость
основного периода вегетации ранних яровых культур (май-июль): средняя температура воздуха возросла на 0,8 °С, а сумма осадков уменьшилась на 10 мм.
Исследования, проведенные в разные годы в черноземной степи [1, 2, 3], показывают, что урожайность яровой пшеницы зависит от формирования элементов биологической продуктивности растений в онтогенезе. В Поволжье значительное влияние на продуктивность яровой пшеницы оказывает температура воздуха в течение вегетации [4]. Согласно Ф.М. Ку-перман [S], «в процессе прохождения этапов органогенеза растений изменяется их потребность в степени обеспеченности теплом, светом, влагой».
Целью настоящей работы было установить зависимость урожайности яровой пшеницы в различных севооборотах от гидротермических условий в межфазные периоды онтогенеза, а также показатели оптимальных агрометеорологических условий для формирования высокого урожая. Сравнение их с фактически складывающейся обстановкой в период вегетации культуры позволяет определить уровень ожидаемой урожайности и при возможности - перейти к управлению процессом формирования элементов продуктивности (орошение и др.).
Исследования выполняли в длительном стационарном полевом опыте, заложенном в 1972 г. в экспериментальном хозяйстве НИИСХ Юго-Востока. Изучали зернопаровые севообороты с разным удельным весом яровой пшеницы: двухпольный (пар - озимая пшеница); трехпольный (пар - озимая пшеница - яровая пшеница); четырехпольный (пар
- озимая пшеница - яровая пшеница - яровая пшеница). Общая площадь делянок 360 м2, учетная -IIS м2, размещение систематическое, повторностьтрехкратная. Почва
- чернозем южный среднемощный малогумусный (4,07-4,42 %), легкоглинистый. Для оценки погодных условий во время вегетации исполь-
зовали данные опорной метеорологической станции Саратов ЮВ. Учеты и наблюдения велись согласно принятым методикам. Оптимальные экологические условия в разные периоды вегетации яровой пшеницы определялись по годам с максимальной продуктивностью (120 % и выше средней многолетней величины).
Особенность климата степной зоны Поволжья - частая повторяемость засух и суховеев. Еще в 1873 г. А.Н. Шишкин одним из первых подчеркнул, что «засуха степного края происходит главным образом не от недостатка выпадающей в течение года влаги, а от неравномерного ее распределения» [6]. Так, в Саратове коэффициент вариации месячного количества осадков в мае составляет 0,73, в июне - 0,66, в июле - 0,74.
Неравномерное выпадение осадков особенно отрицательно влияет на продуктивность зерновых культур раннего посева, и в частности, на яровую пшеницу. Колебания ее урожайности по годам более значительные, чем озимых и поздних яровых культур. В среднем за 34 года исследований при урожайности пшеницы 1,S6 т/га межгодовая изменчивость составляла S3 %. За эти же годы у озимой пшеницы при урожайности 3,38 т/га она не превышала 38 %, у проса при урожайности 2,39 т/га -40 %.
При введении яровой пшеницы в севооборот в степной зоне Поволжья проявляется тенденция к снижению выхода зерна с единицы севооборотной площади, особенно с увеличением числа ее полей в севообороте. Так, в двухпольном севообороте (пар - озимая пшеница) выход зерна с 1 га пашни составил 1,46 т, в трехпольном с одним полем яровой пшеницы - 1,37 т, а в четырехпольном с двумя полями яровой пшеницы - 1,26 т. В благоприятные по влагообеспеченности годы (ГТК >1,0) выращивание яровой пшеницы как в трехпольном, так четырехпольном севооборотах позволяет увеличить выход зерна, а при повышении засушливости в период вегетации этот показатель сни- и жается (табл.1). i
В годы (2011, 2012), когда для д озимой пшеницы складывались не- и благоприятные условия, яровая пре- s вышала ее по урожайности. Возде- 2 лывание яровой пшеницы обеспечи- i вает повышение экологической ус- N тойчивости агроэкосистем. ®
R
Основной фактор, определяющий уровень урожайности яровой пшеницы в засушливой степи, - влагообес-печенность во время вегетации. От увлажненности этого периода полностью зависит участие запаса почвенной влаги, имеющегося в почве к посеву, в формировании урожая. Так, в годы с засушливым весенне-летним периодом урожай яровой пшеницы более чем на 70 % создается за счет влаги, накопленной в осенне-зимний период. В благоприятные по влагообеспеченности годы на формирование урожая затрачивается около 33 % влаги, содержащейся в слое 0-1S0 см к посеву. В такие годы даже при меньших запасах доступной влаги весной (171,1 мм против 208,9 мм) урожайность яровой пшеницы в два раза выше (табл. 2). В сухие годы на формирование 1 т зерна затрачивается 212 мм, в благоприятные по увлажнению - 138 мм, в среднем - 1S8 мм.
Следовательно, значимость количества влаги, накопленной в почве к посеву, существенно изменяется в зависимости от влагообеспеченнос-ти периода вегетации пшеницы.
Весенние запасы почвенной влаги при своевременном посеве обеспечивают получение заданной густоты всходов, рост и развитие растений. Но высокий урожай пшеницы можно получить лишь при хорошем развитии всех типов корней. Значимое влияние на урожай оказывает развитие узловых корней, лучше усваивающих осадки и элементы питания.
Известно, что глубина залегания узла кущения почти не зависит от глубины заделки семян и составляет в среднем 2,0-2,5 см от поверхности почвы [7]. По нашим данным, почва в слое 0-3 см при отсутствии осадков высыхает в течение 7-10 дн. после высева пшеницы. В годы с засушливой весной вследствие иссушения верхнего слоя почвы узловые корни не образуются или имеют слабое развитие, и урожай пшеницы формируется в основном за счет первичной корневой системы. Обстоятельные исследования, выполненные в НИИСХ Юго-Востока П.Н. Богдановым под руководством И.В. Красовской, свидетельствуют, что зародышевые и колиоптильные корни улавливают воду из нижних слоев почвы, углубляясь по мере ее иссушения, а узловые корни - из верхних слоев. В сухой год последние успевают углубиться на 20-30 см и работают эпизодически - от дождя до дождя [8]. Первичные корни не обеспечивают растения необходимым количеством влаги и элементами питания, и поэтому даже на фоне высоких весенних запасов почвенной влаги урожайность пшеницы может быть низкой, если в период вегетации выпало недостаточно осадков.
Следовательно, одна из основных причин высокой вариабельности урожайности яровой пшеницы в степной зоне - небольшая глубина формирования узла кущения. Взаимосвязь урожайности с весенними запасами влаги в почве невысокая
(г = 0,43±0,19). Поэтому использовать величину весенних запасов влаги в почве для прогнозирования урожайности яровой пшеницы в условиях засушливой степи не представляется возможным. Наибольшая связь ее урожайности отмечается с содержанием влаги в пахотном слое почвы при посеве и осадками в период посев - кущение (корреляционное отношение г| = 0,64±0,10). Оптимальные запасы продуктивной влаги в пахотном слое почвы 0-30 см в этот период составляют 49-53 мм. Большой вклад в формирование урожая вносят осадки, выпавшие в мае-июне (| = 0,54±0,11).
Обратная линейная зависимость обнаружена между урожайностью яровой пшеницы и числом аномально жарких дней с температурой воздуха выше 25 °С в мае-июле (г = -0,71±0,08). В годы с числом таких дней 21 и более продуктивность пшеницы снижается более чем на 90 %.
В период кущение - выход в трубку (111-1У этапы органогенеза) зависимость урожайности от суммарного количества почвенной влаги и осадков сохраняется (| = 0,53±0,12). Установлено, что корреляция урожайности только с суммой осадков за период посев - колошение составляет | а 0,57±0,12, а с учетом весенних запасов влаги в метровом слое почвы она увеличивается до | а 0,63±0,10. В годы с высокой урожайностью количество осадков за этот период составляет 86-96 мм, а в годы с низкой урожайностью (до 1,21 т/га) - в два раза меньше. Зависимость урожайности от основных метеоусловий в межфазные периоды кущение - выход в трубку и выход в трубку - колошение достигает максимальных значений. В эти периоды отмечаются наибольшие межгодовая изменчивость осадков (63-96 %), отклонения температуры от среднемно-голетних значений и понижение влажности воздуха от оптимальной величины.
Оптимальное соотношение осадков и температуры воздуха в межфазный период выход в трубку -колошение складывается при ГТК 0,9-1,3. В зоне засушливой черноземной степи существует общая закономерность: с ростом влагообеспеченности этого периода вегетации продуктивность яровой пшеницы пропорционально возрастает.
Зависимость урожайности от осад-
I. Выход зерна с I га севооборотной площади, т (1986-2010 гг.)
Севооборот В среднем В годы с
ГТК >1,0 0,6<ГТК<1,0 ГТК < 0,6
Двухпольный 1,46 1,46 1,47 1,42
Трехпольный 1,37 1,65 1,34 1,20
Четырехпольный 1,26 1,44 1,24 1,17
НСР05 0,08 0,12 0,06 0,05
2. Расход влаги на формирование урожая яровой пшеницы и испарение из почвы (1991-2008 гг.)
Весенние запасы продуктивной влаги в слое 0-150 см, м м Количество осадков за период вегетации, мм Расход влаги Урожайность, т/га
из почвы и осадков, м м из почвы, м м из почвы, %
Сухие годы (сумма осадков за вегетацию <80 мм)
208 62 214 152 71 1,01
Влажные годы (сумма осадков за вегетацию >106 мм)
171 184 275 90 33 1,99
В среднем за 18 лет
192 130 245 115 47 1,55
42
3. Характеристика условий в межфазные периоды вегетации яровой пшеницы
в засушливой степи Поволжья
Межфазный период Длина периода, дн. Среднесуточная температура воздуха, °С Среднесуточный дефицит влажности воздуха, гПа Сумма осадков, мм
средняя оптимальная средняя оптимальная средний оптимальный средняя оптимальная
Посев - всходы 9+1 10+1 14,1+0,6 13,7+0,5 8,7+0,6 8,3+0,8 10+3 14+4
Всходы - кущение 15+1 14+1 15,7+0,5 15,9+0,5 9,9+0,6 9,6+1,0 20+7 19+6
Кущение - выход в трубку 13+1 13+1 17,7+0,5 15,8+0,3 11,0+0,5 8,6+0,5 15+4 17+5
Выход в трубку - колошение 16+1 18+1 20,1+0,5 18,7+0,4 11,8+0,7 10,0+0,9 8+5 35+9
Колошение - цветение 3+1 4+1 21,4+0,6 22,0+0,5 12,6+1,0 11,9+1,7 6+2 7+2
Цветение - молочная спелость 18+1 19+1 21,4+0,3 20,1+0,3 11,7+0,6 9,2+0,6 37+8 49+11
Молочная - восковая спелость 12+1 15+1 22,5+0,4 21,6+0,3 12,9+0,6 8,5+1,5 19+6 28+8
Восковая - полная спелость 8+1 8+1 22,3+0,5 21,4+0,4 13,3+0,9 11,0+1,1 9+2 8+2
Вегетационный период 96+2 99+2 19,1+0,3 18,5+0,4 11,2+0,4 9,8+0,4 144+13 175+10
Примечание. Средние показатели указаны за 1972-2005 гг.
ков сохраняется и при прохождении Х-Х1 этапов органогенеза (формирование зерновки - молочная спелость): корреляционное отношение с дефицитом влажности воздуха составляет г| = 0^7±0,11. Оптимальные условия создаются при ГТК от 1,3 до 1,7.
На Х1-Х11 этапах органогенеза (молочная - восковая спелость) отмечается максимальная (| = 0,61±0,11) зависимость урожайности яровой пшеницы от дефицита влажности воздуха. Для нормального формирования зерновки необходимо, чтобы дефицит влажности воздуха был в пределах 7-10 гПа, а если он превышает 14 гПа, то происходит значительное снижение урожайности. Засушливые явления в этот период могут приводить к недобору зерна даже при благоприятных гидротермических условиях в предшествующие фазы развития культуры.
Оптимальные условия для формирования урожая яровой пшеницы по межфазным периодам развития указаны в таблице 3.
Годы с оптимальными агрометеорологическими условиями соответствуют экологическому оптимуму возделывания культуры и обеспечивают максимальную урожайность. При оптимальных показателях температуры, дефицита влажности воздуха и осадков в период вегетации урожайность яровой пшеницы составляет 1,88 т/га и более, при средних - около 1^6 т/га и низких (температура воздуха - 20,7 °С±0,2, дефицит влажности воздуха - 13,9 гПа±0,3 и сумма осадков - 71 мм±S,0) - 1,04 т/га и менее.
Таким образом, в черноземной степи Поволжья на I и II этапах орга-
ногенеза яровой пшеницы отмечается наибольшая связь ее урожайности с весенними запасами влаги в пахотном слое почвы при посеве и осадками в период посев - кущение (г| = 0,64±0,10), на III и IV этапах - с суммарным количеством почвенной влаги и осадков. С фазы выхода в трубку и до восковой спелости урожайность пшеницы имеет значимую связь с дефицитом влажности воздуха. Устойчивая зависимость продукционного процесса этой культуры от осадков сохраняется на протяжении всего периода вегетации (| = 0,S4±0,12).
Возделывание яровой пшеницы в севооборотах черноземной степи с оптимальным удельным весом ее в структуре посевных площадей (не более 2S-30 %) повышает устойчивость производства продовольственного зерна.
Литература
1. Фокеев n.M. Яровая пшеница на Юго-Востоке/Науч. тр. НИИСХ Юго-Востока. - Саратов, 1961. - Вып.20. - 187 с.
2. Федоров Н.И. Продуктивность пшеницы. - Саратов: Приволж. кн. изд-во, 1980. - 174 с.
3. Кумаков В.А., Березин Б.В., Евдокимова O.A. и др. Продукционный процесс в посевах пшеницы. - Саратов, 1993. - 203 с.
4. Германцев Л.А., Крупнов В.А. Влияние температуры воздуха на продуктивность яровой пшеницы в зоне каштановых почв Поволжья //Вестник Росс. акад. с.-х. наук, 2001. - № 2. - С. 33-35.
5. Куперман Ф.М., Ростовцева З.П. Биологический контроль за развитием и ростом зерновых культур. - М.: Изд-во МГУ, 1971. - 8 с.
6. Шишкин А.Н. К вопросу об изменении вредного действия засух на расти-
тельность. - С-Пб.: Типография Ретгера и Шнейдера, 1876. - 167 с.
7. Кумаков В.А. Биология яровой пшеницы/Яровая пшеница. Под общей ред. акад. ВАСХНИЛ А.И. Бараева. - М.: Колос, 1972. - С. 33.
8. Богданов П.Н. Корневая система и урожай яровой пшеницы/Науч. отчет Инта зерн. хоз-ва Юго-Востока за 1943-1946 гг. - Саратов, 1947. - С. 189-203.
Статья поступила в редакцию 21.02.20H
Dependence of yield of spring wheat on the type of crop rotation and agro-meteorological conditions
Yu.F. Kurdyukov, N.G. Levitskaya, L.P. Loshchinina, G.V. Shubitidze, M.Yu. Vasil'eva
There has been elucidated the dependence of yield of spring wheat on the type of crop rotation and agro-meteorological factors in interphase periods of vegetation. There given the optimal parameters of hydrothermic conditions according to the periods of genesis necessary for getting its high yields. Keywords: interphase periods, stages of organogenesis, crop rotation, yield, hydrothermic conditions, available moisture.
