CC BY
9
РАСТЕНИЕВОДСТВО
УДК 577.3:63:576.8
Методические аспекты выявления факторов среды, лимитирующих показатели урожая сельскохозяйственных культур, и высокоадресной их оптимизации применением техногенных средств
Фарзутдин Фаткутинович Мухамадьяров, доктор техн. наук, профессор, зав. лабораторией,
Сергей Леонидович Коробицын, кандидат с.-х. наук, доцент, ст. научный сотрудник, Наталья Ефимовна Рубцова, кандидат с.-х. наук, доцент, ст. научный сотрудник, Виктор Николаевич Вологжанин, кандидат техн. наук, научный сотрудник, Наталия Николаевна Соболева, младший научный сотрудник
ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии, г. Киров, Россия
E-mail: [email protected]
Приведены методические аспекты высокоадресного и дифференцированного применения техногенных средств на оптимизацию факторов среды обитания возделываемых сельскохозяйственных культур с учетом энергетических затрат на устранение их лимитирующего влияния. В основу исследований положены методы планирования эксперимента. При заданной доверительной вероятности они позволяют исключить из математической модели незначимые факторы среды, а на основе главных (лимитирующих урожай) построить более точную модель в виде уравнений регрессии второго порядка. Для выбора вариантов оптимизации условий окружающей среды необходимо определить направление "движения" в область оптимума. Учитывая, что на поверхности отклика факторы характеризуют показатели среды, а не норму внесения удобрений и мелиорантов, то последнюю нужно определять исходя из существующего уровня плодородия почвы, коэффициентов использования растениями элементов питания, их выноса и т.д.
Окончательное решение по выбору рациональных вариантов оптимизации окружающей среды проводится с учетом показателей энергетической эффективности технологических процессов.
Ключевые слова: агроэкологически однотипные территории (АОТ), агромикроландшафт, погодные условия, почвенные факторы, элементы минерального питания, урожайность, энергоемкость получения урожая
В настоящее время в растениеводстве адаптивные факторы интенсификации применяются не в полной мере. Основной упор делается на использование техногенных средств, как правило, применяемых без должного обоснования. В связи с этим, их эффективность очень низкая, потому что они не достигают своей цели и в значительной части являются нейтральными или наносят вред окружающей среде. В многочисленных исследованиях отмечена высокая корреляционная связь количественных и качественных показателей урожая от видов и доз используемых минеральных удобрений и средств защиты растений. Их применение обеспечивает до 50% прироста урожайности. Тем не менее, анализируя энергозатраты на возделывание сельскохозяйственных культур, убеждаемся, что доля химических средств в
их структуре составляет основную часть, которая достигает 57% [1]. Поэтому наиболее результативным путем экономии энергоресурсов является оптимизация доз их внесения в соответствии с требованиями сельскохозяйственных культур.
Цель исследований - повышение эффективности получения продукции растениеводства путем высокоадресного и дифференцированного применения техногенных средств оптимизации факторов окружающей среды.
Материал и методы. Статья продолжает публикации в журнале "Аграрная наука Евро-Северо-Востока" по проблеме агроэко-логического районирования сельскохозяйственных территорий на микроуровне. Методика исследований по изложенному в работе вопросу опубликована ранее [2].
Результаты и их обсуждение. Особенности ландшафтов сельскохозяйственных угодий, почвенного покрова, а также разнообразное проявление погодных условий накладывают существенный отпечаток на формирование факторов среды обитания растений. Задача отыскания их оптимального сочетания с учетом конкретных условий является многофакторной.
Для формирования исходного массива моделирования в качестве основных факторов приняты:
XI - содержание в почве подвижных форм фосфора (Р2О5), мг/кг;
х2 - содержание в почве обменного калия (К2О), мг/кг;
х3 - кислотность почвы, рН; х4 - содержание гумуса в почве (Г), %; х5- угол склона, град; х6 - азимут, град;
х7 - сумма активных температур воздуха за вегетационный период, °С;
х8 - сумма активных температур почвы за вегетационный период, °С.
Их выбор основан на наличии высокой корреляционной связи с основными характеристиками взаимодействия "растение-среда".
Для математической модели в качестве пассивных факторов приняты х5, х6, х7, х8, величина которых не регулировалась, но контролировалась, а в качестве активных, регулируемых факторов, выбраны хь х2, х3, х4, значения которых фиксировались. Наличие последних дает основание полагать о возможности их оптимизации за счет техногенных факторов путем нахождения разумного компромисса между ресурсной оснащенностью изучаемого объекта (хозяйства) и планируемыми уровнями отклика.
Критерием оценки системы выбрана урожайность сельскохозяйственных культур у, т/га.
Реализация расчетов в соответствии с изложенным проводилась на ЭВМ по алгоритму, разработанному В.Р. Алешкиным [3]. Оценка адекватности математических моделей фактическим показателям проведена по критерию Фишера с учетом корреляционного отношения дисперсий, коэффициентов аппроксимации и нормальности распределения. Допускаемая вероятность моделей принята на 95% уровне значимости.
Анализ математических моделей (1) и (2) показывает, что сочетание факторов среды и их влияние на урожайность сельскохозяйственных культур для каждой из них осуществляется по-разному.
У1 = 2,51 - 0,480Х2 + 0,507хз + 0,440Х4 -
- 0,757Х5 - 0,248Х7 + 0,729х| + 0,169хз2;
У2 = 3,53 + 0,292хз - 0,149Х4 + 0,937х5 - о)
- 0,899х7 - 0,184х8 - 0,151х12 - 0,219хз2.
Урожайность озимой ржи (1) была обусловлена содержанием в почве обменного калия, углом склона, кислотностью почвы.
Уровень урожая яровой пшеницы (2) определялся в основном влиянием нерегулируемых факторов среды. Его величина зависела от угла склона, суммы активных температур воздуха и почвы с обратной зависимостью, а также на урожайность яровой пшеницы оказывала влияние кислотность почвы.
Вышка сотовой связи 349°1' с четвертой реперной площадки
Рис. 1. Расположение на опытном поле точек дополнительного обследования
С целью повышения точности результатов исследований на опытном поле в 2006 г был проведен эксперимент по изучению влияния факторов среды на урожайность ярового ячменя в точках дополнительного обследования. То есть основные агрохимические свойства почвы (содержание в почве подвижных форм фосфора, обменного калия, кислотность почвы) и урожайность ячменя для моделирования помимо реперных площадок определяли еще на 44 точках дополнительного обследования (рис. 1). Они были расположены на склонах основных экспозиций. Получена математическая модель зависимости урожайности ячменя от влияния основных факторов среды (3):
у = 37,18 + 6,92 XI - 2,36 Х2 + 2,80 хэ + +12,24 х2 -1,83 XIХ2 - 0,95 вд + 8,02 х2 + (3)
+ 0,79 Х2хэ -7,46 хэ2.
Из анализа двумерного сечения (рис. 2) с осями содержание в почве обменного калия и кислотности почвы при фиксированном значении содержания в почве подвижных форм фосфора на среднем уровне (х2 = 261 мг/1000 г) видно, что снижение кислотности почвы и повышение содержания в ней обменного калия способствует увеличению урожайности ярового ячменя. Для сдвига кислотности почвы с 5,5 до 5,85 необходимо внести извести в дозе 875 кг/га, а для сдвига содержания в ней обменного калия со 110 до 177 мг/1000 г -402 кг/га. Этот вариант позволит повысить урожайность ячменя с 3,1 до 3,7 т/га, а энергетическая эффективность технологии за счет дифференцированного внесения средств химизации возрастет с 2,03 до 2,34. При этом энергоемкость получения единицы продукции понизится с 10687 до 9266 МДж/т.
Х2 =261мг/1000г
---25,0
---29,0
...... 33,0
- 37,0
4,95
5,32
5,69 5,85 6,06
6,43
6,80
X,
ч рН
Рис. 2. Зависимость урожайности ячменя от содержания в почве обменного калия и кислотности почвы при фиксированном значении содержания в почве подвижных форм фосфора
Выводы. Использование методов планирования эксперимента позволяет разработать дифференцированные и высокоадресные рекомендации по оптимизации условий окружающей среды с учетом энергетических затрат на устранение их лимитирующего действия.
Список литературы 1. Сысуев В.А., Мухамадьяров Ф.Ф. Методы повышения агробиоэнергетической эффективности растениеводства. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2001. 216 с.
2. Мухамадьяров Ф.Ф., Коробицын С.Л., Рубцова Н.Е., Ашихмин В.П., Савельев Ю.П., Вологжанин В.Н., Кайсин Д.В. Методические аспекты агроэкологического районирования сельскохозяйственных территорий на микроуровне //Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2013. №4. С. 4-8.
3. Алешкин В.Р. Повышение эффективности процесса и технических средств механизации измельчения кормов: Дис. ... д-ра техн. наук. Киров, 1995. 446 с.
Methodical aspects of revealing of environmental factors limiting indexes of yield of agricultural crops, and their highly precision optimization by application of technogenic means
Mukhamadjarov F., Korobitsyn S., Rubtsova N., Vologzhanin V., Soboleva N.
Methodical aspects of highly precision and differentiated application of technogenic means for optimization of factors of life of agricultural crops taking into account power expenses for elimination of their limiting influence are presented. Methods of planning of experiment are put in a basis of researches. At the set confidential probability they allow to exclude insignificant factors of environment from mathematical model, and on the basis of the main one (limiting yield) to construct more exact model in the form of the equations of regression of the second order. For a choice of variants of optimization of environmental conditions it is necessary to define direction of "a movement" towards optimum area. Considering that on a surface of the response factors characterize indicators of environment, instead of norm of application of fertilizers and ameliorators then the last needs to be defined based on existing level of soil fertility, operating ratios of nutritive elements by plants, their carrying out etc.
The final decision for choice of rational variants of optimization of environment is spent taking into account indicators of power efficiency of technological processes.
Key words: agro-ecologically equal territories (АEТ), agro-microlandscape, weather conditions, soil factors, elements of a mineral nutrition, productivity, power consumption of reception of yield
УДК 633.13:631.53.02:631.5
Влияние различных доз азотных удобрений и норм высева на продуктивность и семенные качества овса
Дмитрий Александрович Кузнецов, мл. научный сотрудник, аспирант, Олег Александрович Ляличкин, зав. отделом
ГНУ Мордовский НИИСХ Россельхозакадемии, п.. Ялга, Республика Мордовия, Россия Николай Васильевич Смолин, доктор с.-х. наук, профессор, зав. кафедрой, Алексей Вадимович Мурашов, студент
Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева, п. Ялга, Республика Мордовия, Россия
E-mail: [email protected] Изучено влияние различных доз азотных удобрений и норм высева в технологии возделывания новых пленчатых и голозерных сортов ярового овса в условиях лесостепи южной части Нечерноземной зоны РФ на выщелоченном черноземе. Лучшим среди изучаемых сортов овса является пленчатый сорт Кречет, который по продуктивности не уступал стандарту - сорту Горизонт. Пленчатый сорт Эк-липс характеризовался меньшими адаптивными возможностями, поэтому по уровню урожайности уступил сортам Кречет и Горизонт. Повышение нормы высева с 4,5 до 5 млн/га всхожих семян обеспечило достоверную прибавку урожайности овса. В исследованиях показано, что повышение нормы высева в условиях южной части Центрального Нечерноземья является экономически оправданным агро-приемом. Применение минерального азота повышало урожайность сортов овса на 0,6-1,3 т/га.
Ключевые слова: овес, урожайность, пленчатый сорт, голозерный сорт, посевные качества, всхожесть, густота стояния растений
Благодаря высоким кормовым достоинствам овес в нашей стране является традиционной зернофуражной культурой. Из общего количества производимого зерна этой культуры две трети используют на корм, остальную часть - на производственные и другие цели [1]. В России производится 22,5% мирового объема зерна овса, в Канаде - 12,1%, в США и Австралии - 5,6% [2].
Овес, обладая пластичностью, по праву мог бы стать страховой зернофуражной культурой для Нечерноземной зоны РФ, характеризующейся сложными по годам погодными условиями. К сожалению, в последние годы, в связи с сокращением поголовья сельскохозяйственных животных в регионе, снизились объемы производства овса. Площадь, занятая под посевами овса,
