CC BY
51
Аграрный вестник Урала № 6 (98), 2012 г. —*££££ч^=-
____________________Агрономия
ФОРМИРОВАНИЕ УРОЖАЙНОСТИ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЗЕРНА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМАХ
ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
Н. В. АБРАМОВ,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор,
В. А. ФЕДОТКИН,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор,
А. С. ИВАНЕНКО,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор,
Тюменская государственная сельскохозяйственная академия
625003, г. Тюмень, ул. Республики, д. 7
Положительная рецензия представлена А. Ф. Степановым, доктором сельскохозяйственных наук, профессором, заведующим кафедрой кормопроизводства, технологии хранения и переработки продукции растениеводства Омского государственного аграрного университета им. П. А. Столыпина.
Ключевые слова: система основной обработки почвы, изменчивость урожайности и показателей качества зерна, коэффициент вариации, корреляционная связь, коэффициент детерминации.
Keywords: system of the basic processing of soil, variability of productivity and indicators of quality of grain, variation factor, correlation communication, determination factor.
Техническое переоснащение агропромышленного комплекса, увеличение нормы используемых минеральных удобрений и спектра средств защиты растений требуют новых подходов к технологии обработки почвы. В условиях Тюменской области за последние годы средняя урожайность зерновых составила 2,4-2,7 т/га. Более 85 % хозяйств перешли на ресурсосберегающие технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Важным элементом в ресурсосбережении остается обработка почвы без оборота пласта. При этом следует учитывать накопительный эффект положительного и отрицательного воздействия основной обработки на состояние почвенного плодородия.
По мнению В. И. Кирюшина, А. Н. Власенко [4],
A. Л. Иванова и А. А. Завалина [3], В. Г. Холмова,
B. Л. Юшкевича [6], В. Л. Ершова и др. [2], адаптивно-ландшафтные системы земледелия должны разрабатываться с учетом почвенных, климатических условий, уровня химизации и технического состояния АПК. Целью наших исследований было установить зависимость изменения факторов почвенного плодородия с формированием урожайности, показателями качества зерна яровой пшеницы при различных системах основной обработки почвы в условиях северной лесостепи Тюменской области.
Методика проведения исследований.
В зернопропашном севообороте (однолетние травы — пшеница — ячмень — кукуруза — пшеница — ячмень) в северной лесостепи Тюменской области изучали три системы основ-
ной обработки чернозема выщелоченного: отвальная — плугом ПН-4-35 на глубину 28-30 см под однолетние травы, на 25-27 см — под кукурузу, на 20-22 см — под зерновые; безотвальная — рыхление стойками СибИМЭ на глубину аналогичную отвальной; дифференцированная — отвальная под однолетние травы и кукурузу, безотвальная — под зерновые на указанную выше глубину. Под посев зерновых вносили минеральные удобрения из расчета на планируемую урожайность 3,5 т/га, с осени калийные и фосфорные, весной — азотные и 30 кг/га фосфорных.
Пшеницу сеяли по предшественникам: вико— овсяная смесь на зеленую массу, кукуруза — на силос. Почва — чернозем выщелоченный, тяжелосуглинистый. Гумуса содержалось в пахотном слое (0-30 см) 7,64 %, общего азота — 0,40 %, валового фосфора — 0,18 %, рН водной вытяжки — 6,0. Весенние обработки почвы соответствовали рекомендованным зональной системой земледелия [1]. Отвальная обработка почвы была принята за контроль.
Учетная площадь делянок 200 м2, повторность трехкратная. Опытные посевы располагались на поле агротехнологического института Тюменской ГСХА. В севообороте применяли гербициды с учетом видового состава, уровня засоренности и фунгициды.
За 14 лет исследований в отдельные годы погодные условия были весьма контрастными, но в целом характерны для лесостепной зоны Тюменской области. В засушливые годы урожайность зерновых составляла лишь 0,89-0,98 т/га.
8
www. m-avu. narod. ru
Аграрный вестник Урала № 6 (98), 2012 г. —<^ВВЕ
Агрономия
А в годы средне увлажненные и увлажненные — 3,57-5,0 т/га. Соответственно изменялось и качество получаемого зерна яровой пшеницы, высеваемой с нормой 6,2 млн всхожих семян на гектар. Убирали комбайном «Сампо», урожай пересчитывали на 14 %-ю влажность и 100 %-ю чистоту. Показатели качества зерна определяли по стандартным методикам.
Результаты исследований.
В среднем за 14 лет исследований урожайность сельскохозяйственных культур зернопропашного севооборота различалась слабо по изученным системам основной обработки почвы. Средняя урожайность зерновых составила по вспашке 3,21 т/га, по дифференцированной обработке — 3,25 т/га, по безотвальной — 3,20 т/га (табл. 1). НСР05, т/га для пшеницы: для частных различий— 0,20 т/га, по предшественнику — 0,12 т/га, по системам обработки почвы — 0,14 т/га.
Расчет вариационных коэффициентов основных показателей качества зерна яровой пшеницы показал, что вариабельность сильной степени (более 20 %) у выхода крупной фракции (сход сита 2,5 х 20 мм), общей и полной стекловид-ности (процент только стекловидных зерен). Средняя степень вариабельности с коэффициентом вариации 10-19 % была у показателей качества: масса 1000 зерен, содержание сырого протеина и клейковины (табл. 2). Слабая вариабельность (менее 10 %) была у натуры и показателей посевных качеств зерна: энергии прорастания и всхожести. Они ежегодно были высокими — более 95 %, за 14 лет только два раза зерно прорастало на корню и всхожесть была ниже стандартной. Коэффициент вариации посевных качеств не превышал 5 %.
Следует отметить, что по всем системам обработки почвы и предшественникам ежегодно в зерне яровой пшеницы накапливалось довольно много сырой клейковины. Даже в худшие по погодным условиям годы ее содержалось в зерне 24-25 %. Такое зерно, согласно стандарту отнесенное к третьему классу, было пригодно для сортового помола и выработки хлебопекарной муки. В годы же с благоприятными погодными условиями во время формирования и налива зерна клейковины накапливалось до 39-42 %.
В среднем за годы исследований установлено статистически достоверное снижение массы 1000 зерен пшеницы только по дифференцированной обработке почвы после кукурузы в сравнении с массой 1000 зерен пшеницы по отвальной обработке после однолетних трав. В абсолютных величинах масса 1000 зерен была достаточно высокой для пшеницы — более 36 г и слабо различалась по системам основной обработки почвы.
По безотвальной обработке у пшеницы после однолетних трав получена самая высокая натура — 735 г/л, достоверно превышающая натуру пшеницы после кукурузы и однолетних трав по дифференцированной обработке. Существенное увеличение натуры у пшеницы после кукурузы— 727 г/л отличалось и по вспашке относительно дифференцированной обработки. В абсолютных величинах натура для пшеницы низкая (базисная для Тюменской области 750 г/л), за 14 лет только пять раз получали натуру, равную базисной или выше ее.
Наибольший выход крупного зерна (сход 2,5 х 20) был получен у пшеницы после гороха с овсом на сенаж по обработке почвы без оборота пласта — 75 %. Математически эта разница подтверждается в сравнении с натурой пшеницы после кукурузы и однолетних трав по дифференцированной обработке. В целом выход крупного зерна средний для пшеницы, высеваемой в северной лесостепи Западной Сибири.
Пшеница в опытах имела высокую полную (73-75 %) и общую (82-84 %) стекловидность, существенных различий не отмечено по предшественникам и системам основной обработки почвы. Не наблюдалось различий по системам основной обработки почвы и в содержании сырой клейковины и сырого протеина в зерне пшеницы.
Рассматривая в динамике формирования продуктивности агроценозов, было установлено, что применение безотвальной обработки почвы на ранее отвально обработанных полях снижало урожайность зерновых в период первой ротации зернопропашного севооборота (6 лет). Так, урожайность яровой пшеницы в звене с занятым
Таблица 1
Урожайность культур (т/га) зернопропашного севооборота в зависимости от системы основной обработки
чернозема выщелоченного, средняя за 14 лет
Чередование культур Отвальная Дифференцированная Безотвальная
Однолетние травы 19,11 19,47 19,93
Пшеница 3,21 3,31 3,22
Ячмень 3,31 3,38 3,27
Кукуруза 38,10 38,69 35,48
Пшеница 3,12 3,16 3,09
Ячмень 3,19 3,16 3,22
www. m-avu. narod. ru
о
Таблица 2
Коэффициенты вариации показателей качества зерна яровой пшеницы при разных условиях выращивания
Технология основной обработки почвы Масса 1000 зёрен, г Натура, г/л Стекловидность полная, % Стекловидность общая, % Выход крупного зерна; % Сырая клейковина, % Сырой протеин, %
Min-max среднее КВ Min-max среднее КВ Min-max среднее КВ Min-max среднее КВ Min-max среднее КВ Min-max среднее КВ Min-max среднее КВ
Посев по однолетним травам
Отвальная 30.0-45.4 37.1 13 672-673 4 OOI аГ 30 46-99 83 21 3049 22 2541 14 12,0-15,7 11
Дифференцированная 28.5-42.6 11 634-774 725 3 334)6 29 58-99 84 18 274*8 29 24459 14 10,9-16,5 13
Безотвальная 30.8-42.4 9 662—772 735 6 2649 31 53-100 —82~ 24 2842 23 2542 17 10,8-17,6 16
Посев по кукурузе
Отвальная 29.4-44.0 13 636-765 5 274)7 28 63-96 “82“ 19 274*8 23 2741 13 10,5-17,4 15
Дифференцированная 27.9-43.4 11 639-774 6 2743 29 4446 21 2641 24 2540 13 11,5-17,3 13
Безотвальная 26.7-44.7 13 659—774 5 2543 30 54-97 “82“ 22 2747 24 2^-41 15 11,0-18,9 17
НСР05
Для предшественников 0,8 6 3 3 2 1 0,4
Для систем основной обработки почвы 0,9 7 4 3 2 1 0,5
Для сочетаний 0,9 7 4 3 2 1 0,5
Примечание: КВ — коэффициент вариации, %
Аграрный вестник Урала № 6 (98), 2012 г. —<^ВВЕ
Агрономия
Таблица 3
Урожайность пшеницы после однолетних трав в зернопропашном севообороте в зависимости от системы основной
обработки чернозема выщелоченного, т/га
Система основной обработки почвы Урожайность пшеницы, т/га
средняя за первую ротацию средняя за 4 года второй ротации средняя за 2 года второй ротации и 2 года третьей ротации средняя за 14 лет
Отвальная 3,77 3,01 2,56 3,21
Дифференцированная 3,78 3,17 2,74 3,31
Безотвальная 3,45 3,09 3,01 3,22
НСР05 т/га 0,23 0,20 0,24 0,31
Таблица 4
Экономическая оценка изучаемых систем основной обработки чернозема выщелоченного, среднее за 14 лет
Система основной обработки почвы Стоимость продукции с 1 га, руб. Затраты на 1 га, руб. Себестоимость 1 т пшеницы, руб. Прибыль с 1 га, руб. Рентабельность, %
Отвальная 16050 10300 3209 5750 56
Дифференцированная 16550 9800 2961 6750 69
Безотвальная 16100 9900 3075 6200 62
паром по безотвальной обработке почвы получена меньше на 0,32 т/га в сравнении со вспашкой (табл. 3). Урожайность пшеницы при чередовании отвальной с безотвальной обработкой была на уровне контроля — 3,78 т/га. В период четырех лет второй ротации зернопропашного севооборота урожайность яровой пшеницы выровнялась по изучаемым системам основной обработки почвы и составила 3,01-3,17 т/га. Средняя урожайность пшеницы за последние два года второй ротации и первые два года третьей ротации была больше при безотвальной обработке на 0,45 т/га в сравнении с контролем и на 0,27 т/га в сравнении с дифференцированной обработкой.
Таким образом, прослеживается закономерность изменения урожайности зерновых во времени по различным системам основной обработки почвы. Изучаемые системы обработки почвы неоднозначно влияли на эффективное плодородие почвы. В связи с этим мы поставили задачу выявить влияние основных факторов и их долю в формировании урожайности зерновых при различных системах основной обработки почвы с учетом их изменения во времени. Это поможет теоретически и практически обосновать переход от отвальной обработки к бесплужной при современном состоянии плодородия старопахотных почв и современном уровне интенсификации земледелия.
Расчеты показали, что в период первой ротации зернопропашного севооборота средняя теснота связи урожайности зерновых при отвальной основной обработке почвы получена с засоренностью посевов, запасами продуктивной влаги и содержанием водопрочных агрегатов. Коэффициент корреляции соответственно составил 0,505; 0,470 и 0,341. Согласно коэффициенту детерминации, засоренность посевов определяла урожайность пшеницы на 25,5 %, запасы про-'М'М'М. т-эуи. пэгоб. ги
дуктивной влаги метрового слоя — на 22,1%, а содержание водопрочных агрегатов — на 11,6 %. С остальными показателями почвенного плодородия и пораженностью растений корневыми гнилями урожайность пшеницы имела слабую тесноту связи (коэффициент корреляции составил 0,184-0,267). Наличие фосфорной кислоты и калия в слое почвы 0-40 см не влияло на формирование урожайности яровой пшеницы до 3,50 т/га.
Зависимость формирования урожайности зерновых при различных системах основной обработки почвы с ее плодородием фитосанитарным состоянием посевов, мы рассматривали с позиции закона минимума. Эту зависимость выразили через корреляцию. При этом учитывалось, что ограничивающий фактор, как правило, резко снижал эффективность действия остальных факторов.
В то же время многие из ограничивающих причин могут носить временный характер, так как в относительно короткий срок их можно устранить.
В период первой ротации зернопропашного севооборота 3 года были влажными, а в последующие четыре года второй ротации к влажным отнесен только один год. В этот период урожайность пшеницы на отвально обработанных полях зависела в первую очередь от запасов продуктивной влаги метрового слоя. Согласно коэффициенту детерминации, они определяли урожайность пшеницы на 17,3 %. Возросла значимость структуры почвы и ее водопрочности в формировании продуктивности агроценоза. Обусловлено это было тем, что в период первой ротации на отвальном фоне отмечалась тенденция к ухудшению структурного состояния пахотного слоя. Водопрочных агрегатов к концу первой ротации в слое 0-30 см содержалось на 3,6 % меньше относительно их исходного содержания.
В последние четыре года исследований три года были засушливыми. Запасы продуктивной влаги метрового слоя имели первостепенное значение в формировании урожайности зерновых. Коэффициент корреляции возрос до 0,724, показав, что урожайность пшеницы на 52,4 % зависела от содержания продуктивности влаги в слое почвы 0-100 см. Среднюю тесноту связи урожайность пшеницы имела с водопрочно-стью структуры почвы и плотностью сложения пахотного слоя (коэффициент корреляции 0,305,
0,390). Корреляция между урожайностью пшеницы и содержанием нитратного азота, подвижного фосфора, обогащенного калия в слое 0-30 см была несущественной.
Значимость факторов плодородия в формировании урожайности яровой пшеницы при дифференцированной и безотвальной обработкам почвы в разрезе анализируемых лет была иной относительно вспашки. Применение безотвальной обработки на поле, ранее обрабатываемом отвально, привело к переуплотнению пахотного слоя и ухудшению структурного состояния почвы. Согласно коэффициенту детерминации, данные показатели плодородия почвы определяли урожайность пшеницы на 17,6-26,4 %. Следует отметить, что общее количество сорняков в среднем за период первой ротации при безотвальной обработке было больше на 2,4 шт./м2 относительно вспашки, но засоренность находилась в минимуме третьего порядка. Постепенное улучшение агрофизических свойств чернозема, выщелоченного при безотвальной обработке, трансформировало в минимум первого порядка в последние 4 года второй ротации севооборота засоренность посевов, которая определяла урожайность яровой пшеницы на 24,2 %. Вместе с тем, исследования последних лет показывают, что засоренность посевов как биологический фактор формирования продуктивности агроценозов снижает свое значение при расширении спектра используемых средств защиты растений.
При дифференцированной и безотвальной обработках в первые четыре года второй ротации севооборота установлена средняя теснота связи урожайности пшеницы с плотностью сложения пахотного слоя и запасами продуктивной влаги.
В неблагоприятные по погодным условиям в конце второй и начале третьей ротации севооборота для формирования продуктивности агроценозов при изучаемых системах основной обработки почвы в минимуме была влага. Однако, если на отвально обработанном поле запасы продуктивной влаги определяли урожайность яро-
_________________Агрономия
вой пшеницы на 52,4 %, то на безотвально обработанном поле — на 38,0 %, а при дифференцированной обработке — на 35,0 %. То есть обработка почвы без оборота пласта амортизировала негативные явления водно-физических свойств в неблагоприятные по увлажнению годы.
Рациональное использование энергетических ресурсов предполагает управление и оптимизацию энергетических потоков в агроэкосистемах. Большие перспективы применения энергетического анализа открываются при разработке ресурсо- и энергосберегающих технологий. Обработка почвы наиболее энергоемкая операция в земледелии. В настоящее время на обработки почвы приходится 40 % энергетических и 25 % трудовых затрат от всего объема полевых работ по возделыванию культур.
Наши расчеты показали, что более энергоемким процессом является вспашка ПН-4-35 на глубину 20-22 см. Прямые затраты на данном варианте составили 1187 мДж/га, а косвенные — 207 мДж/га. На обработку почвы стойками СибИМЭ (ЛП-0,35) общих затрат энергии было меньше на 45 мДж/га, чем при вспашке. Обработка почвы с периодическим чередованием отвальной и безотвальной являлась не только энергосберегающей в технологическом процессе, но и позитивно влияла на энергоемкость почвы. Наибольший прирост энергетического потенциала 347 мДж/га за 14 лет наблюдался при дифференцированной обработке чернозема выщелоченного. На безотвальном фоне приращение энергии в слое 0—30 см составило 239 мДж/га, а при отвальной обработке — 38 мДж/га. По мнению В. А. Ковды [5], плодородие почвы связано с ее внутренней энергией. Он отмечает, что энергетические параметры, получаемые на основании расчетов внутренней энергии, позволяют сопоставить различные почвы и судить об их потенциальном плодородии. По нашим результатам, рост потенциального плодородия чернозема выщелоченного более ярко выражен при дифференцированной обработке почвы.
По экономическим показателям дифференцированная обработка превосходила вспашку и безотвальную обработку. В среднем за 14 лет в ценах 2011 г. себестоимость 1 т зерна яровой пшеницы по дифференцированной обработке составила 2861 руб. и была ниже по сравнению с контролем на 248 руб./т (табл. 4).
При безотвальной обработке непосредственно на обработку ЛП-035 затраты были ниже на 200 руб./га по сравнению с дифференцированной и на 700 руб./га по сравнению со вспашкой. Однако засоренность на поле, обработанном без оборота пласта, увеличилась на 44 шт./м2,
а нитратного азота накапливалось на 5 мг/кг почвы меньше относительно отвально обработанного варианта. Поэтому были дополнительные расходы на применение средств защиты растений и минеральных удобрений, что привело к увеличению общих затрат до 9900 руб./га. Совместное проведение экономической и энергетической оценки за 14 лет позволяет сделать обоснованное заключение о приоритете дифференцированной обработки почвы.
Выводы.
Интенсивное механическое воздействие при вспашке приводит к деградации пахотного слоя. При переходе на обработку почвы без оборота пласта старопахотных земель вызывает в первые четыре года также ухудшение агрофизических свойств чернозема выщелоченного, изменение которых определяло урожайность яровой пшеницы на 17,6-26,4 %.
Длительное использование (14 лет) дифференцированной и безотвальной обработок на фоне органо-минеральной системы удобрений способствует улучшению водно-физических свойств почвы. Это позволяло в неблагоприят-
__________________Агрономия
ные по увлажнению годы снизить зависимость формирования урожайности пшеницы от запасов влаги до 35,0-38,0 %, в то время как на отвальном фоне доля продуктивной влаги метрового слоя составляла в формировании урожайности пшеницы 52,4 %.
Урожайность яровой пшеницы по изучаемым системам основной обработки почвы в среднем за 14 лет слабо различалась 3,21-3,31 т/га. Показатели технологических качеств зерна по годам варьировали в сильной степени: выход крупного зерна, общая и полная стекловидность; в средней степени: масса 1000 зерен, содержание сырого протеина и клейковины; в слабой: натура.
По совокупности экономических показателей (себестоимость зерна — 2961 руб./т, рентабельность — 69 %) и биоэнергетической эффективности (приращение энергетического потенциала чернозема выщелоченного 347 мДж/га) рекомендуем использовать дифференцированную обработку чернозема выщелоченного в северной лесостепи Тюменской области.
Литература
1. Адаптивно-ландшафтные ресурсосберегающие технологии возделывания зерновых культур в Тюменской области. Тюмень : Вектор Бук, 2005. 36 с.
2. Ершов В. Л., Юшкевич Л. В., Афанасьев А. С. Эффективность основной обработки почвы в лесостепных агроландшафтах // Вестник ОмГАУ 2011. № 4. С. 3-7.
3. Иванов А. Л., Завалин А. А. Приоритеты научного обеспечения земледелия (Перспективы инновационного развития АПК). Тюмень, 2010. С. 18-28.
4. Кирюшин В. И., Власенко А. Н. Адаптивно-ландшафтные системы земледелия Новосибирской области. Новосибирск, 2002. 387 с.
5. Ковда В. А. Биосфера, тенденции ее использования и проблемы сельского хозяйства // Социальные аспекты экологических проблем. М., 1982. С. 211-219.
6. Холмов В. Г., Юшкевич В. Л. Эффективность ресурсосберегающих систем обработки почвы и химизации при возделывании яровой пшеницы в южной лесостепи Западной Сибири // Сб. науч. работ, посвященный 170-летию Сибирской аграрной науки. Омск, 1998. С. 90.
