CC BY
18
РАСТЕНИЕВОДСТВО
УДК 631.452:631.95 (581.5)
Особенности влияния почвенных условий в пределах агромикроландшафтов на формирование урожайности сельскохозяйственных культур
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 Петрович Ашихмин, кандидат с.-х. наук, ст. научный сотрудник, Юрий Павлович Савельев, кандидат с.-х. наук, ст. научный сотрудник, Виктор Николаевич Вологжанин, кандидат техн. наук, научный сотрудник, Дмитрий Владимирович Кайсин, исследователь
ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии, г. Киров, Россия
E-mail: [email protected]
Выявлены почвенные факторы, влияющие на формирование урожайности сельскохозяйственных культур в пределах агроландшафта покровно-моренного холма.
Ключевые слова: агромикроландшафт (АМЛ), агроэкологически однотипные территории (АОТ), почвенные факторы, урожайность
Продуктивность сельскохозяйственных культур - результат их существования в конкретных почвенно-климатических условиях, которые подвержены пространственной вариабельности. Их лимитирующее воздействие отчасти можно снизить рациональным размещением культур в пределах агроландшафта, позволяющим получить устойчивые урожаи и обеспечить экологически безопасное и экономически целесообразное использование природных, биологических, техногенных и других ресурсов [1]. В этой связи необходима всесторонняя оценка агроланд-шафтных условий применительно к агроэко-логическим требованиям возделываемых культур на всех уровнях типизации агроэко-системы, выявление регулируемых и нерегулируемых факторов среды, воздействующих на рост и развитие растений.
Цель исследований - выявить роль отдельных почвенных факторов в формировании урожая сельскохозяйственных культур в пределах агромикроландшафтов покровно-моренного холма.
Материал и методы. Настоящая статья продолжает серию публикаций в журнале «Аграрная наука Евро-Северо-Востока»
по проблеме агроэкологического районирования территории на микроуровне. Подробная характеристика объекта и методы исследований отражены ранее [2, 3]. За период исследований (2005...2011 гг.) минеральные удобрения в производственных посевах вносили общим фоном под овес - ^6Р66Кдб, ячмень - М24Р24К24, однолетние травы (ячмень + вика) - ^4К95, сидеральные культуры (овес + пелюшка) - N1<5P1<5K1<5, озимую рожь -^оРзоКэо, яровую пшеницу - N3^31^1.
Результаты и их обсуждение. Урожайность возделываемых культур по репер-ным площадкам, приуроченным к различным агромикроландшафтам опытного поля, достаточно сильно варьировала (табл. 1), существенные различия в уровне урожаев позволили выделить для каждой культуры несколько агроэкологически однотипных территорий. Неодинаковые размеры и границы АОТ свидетельствовали о наличии различных реакций растений на комплекс факторов среды АМЛ.
В пределах опытного поля складывались различные почвенные условия, обусловленные рельефом, генезисом и окульту-ренностью почвы [3], погодными условиями вегетации.
Таблица 1
Внутрипольное изменение средней урожайности сельскохозяйственных культур по реперным площадкам опытного поля
Культура, сорт Уровни варьирования (тт...тах), т/га Средняя урожайность, т/га V, %
Овес Аргамак 2,61.4,52 3,37 14,6
Ячмень Новичок 3,37.4,77 4,07 10,7
Однолетние травы (ячмень + вика) 5,91.12,99 10,53 17,4
Однолетние травы (овес + пелюшка): 10,46.14,59 12,48 11,3
овес Кречет 8,88.12,80 10,68 12,15
пелюшка Надежда 1,08.3,20 1,79 43,9
Озимая рожь Фаленская 4 1,61.3,94 2,71 23,2
Яр. пшеница Приокская 1,81.3,85 2,50 23,7
Клевер Дымковский 7,74.15,75 10,5 29,3
Влияние почвенных условий на формирование корневой системы растений показано на примере озимой ржи (табл. 2). Выявлены следующие корреляционные связи формирования массы корневой системы в период осенней вегетации от влажности пахотного слоя почвы (д = 0,80), содержания нитратного азота (д = 0,79), подвижного фосфора (д = 0,77), обменного калия (д = 0,79) и кислотности (рНсол) почвы (г = 0,61). На вершине и северном склоне (реп. пл. 6 и 13) наблюдалось самое слабое накопление биомассы корней (11-13% общей биомассы) в сравнении с другими АМЛ (18.. .24%).
Таблица 2
Развитие корневой системы озимой ржи на различных реперных площадках, г/м2
№ Даты отбора
реп. пл. 9.11.08 14.05.09 16.06.09
3 51,1 334,3 515
4 66,5 277,8 534
6 35,7 130,2 575
8 68,4 148,3 547
9 73,8 223,6 424
13 31,2 248,3 489
14 62,7 193,2 494
На ранних стадиях весенней вегетации отставание в развитии корневой системы отмечалось на нижней части склонов север-
ной и северо-восточной экспозиций (реп. пл. 8 и 6), связанное с относительно низкой суммой эффективных температур почвы на дату отбора и повышенной влажностью почвы. Интенсивный прирост биомассы корней (269-341%) на этих местоположениях рельефа происходил с фазы выхода в трубку до фазы цветения озимой ржи. В летний период вегетации рост корней ограничивался температурой почвы (г = -0,74). Необходимо отметить, что сильных прямых зависимостей урожайности озимой ржи от накопления биомассы корней не выявлено (г = 0,13.0,34, д = 0,71.0,86).
Температура почвы оказывала влияние и на развитие надземной биомассы. Характер влияния зависел от длительности, тепло-и влагообеспеченности вегетационных периодов сельскохозяйственных культур. При возделывании однолетних трав на зеленую массу (2007, 2008 гг.) наибольшая разница в суммах температур почвы свыше 5° наблюдалась между склонами южной и северной экспозиции и достигала 33.50°. Урожайность зеленой массы однолетних трав находилась в прямой зависимости от сумм температур почвы г = 0,31.0,66, причем продуктивность бобового компонента от этого показателя зависела сильнее (пелюшка г = 0,84, овес г = 0,32). Наименьший сбор зеленой массы получен на менее теплообес-печенном склоне северной экспозиции.
При возделывании зерновых культур (2009, 2010 гг.) и увеличении продолжитель-
ности вегетационного периода наиболее существенная разница в суммах температур почвы отмечена между вершиной холма и северным склоном - 101...114°. При более длительной вегетации, и особенно при наличии жарких и засушливых ее периодов, урожайность зерновых ограничивалась повышенными суммами температур почвы (г = -0,79 для озимой ржи, г = -0,67 для яровой пшеницы). Реперные площадки северной экспозиции, менее прогреваемые и более увлажненные, входили в АОТ с повышенной продуктивностью зерновых культур.
В аномально жаркий и засушливый период вегетации 2010 г. установлены более тесные зависимости урожайности яровой пшеницы от отрицательного градиента температуры воздуха и почвы, чем от сумм эффективных температур почвы за вегетационный период. Среднесуточная температура
почвы кратковременно превышала соответствующие температуры воздуха в середине июня - начале июля:
- на вершине холма (реп. пл. 13) 15 дней с градиентом температуры от -0,3 до -2,1 оС;
- на южном склоне (реп. пл. 11) 11 дней с градиентом температуры от -0,3 до -3,3оС;
- на западном склоне (реп. пл. 14) 8 дней с градиентом температуры от -0,25 до -4,0оС;
- на северном склоне (реп. пл. 6) 9 дней с градиентом температуры от -0,5 до -3,4оС;
- на северо-восточном склоне под пологом леса (реп. пл. 8) 7 дней с градиентом температуры от -0,3 до -1,0оС.
В целом за вегетационный период яровой пшеницы разница сумм температур воздуха и почвы также была минимальной в условиях вершины холма (реп. пл. 13) и максимальной в условиях северо-восточного склона (реп. пл. 8) (табл. 3).
Таблица 3
Разница в суммах температур воздуха и почвы в период вегетации яровой пшеницы Приокская, °С (2010 г.)
Межфазные периоды
№ реп. пл. всходы - всходы - выход в трубку - всходы - полная
выход в трубку колошение колошение спелость
4 29,0 85,6 56,6 201,2
6 18,8 81,2 62,4 177,8
8 40,5 94,0 53,5 220,5
11 45,3 99,1 53,8 184,7
13 14,1 55,9 41,8 119,8
14 46,3 78,0 31,7 168,2
От разницы в суммах температур воздуха и почвы в различных АМЛ напрямую зависела (г = 0,79) величина среднего прироста биомассы яровой пшеницы между отборами, а также урожайность зерна (г = 0,75).
Фактор теплообеспеченности функционально связан с влагообеспеченностью почв. До фазы выхода в трубку накопление биомассы зерновых культур сдерживалось повышенной влажностью почвы в пахотном слое (г = -0,84 для озимой ржи; г = -0,30 для яровой пшеницы). В период формирования колоса, налива и созревания зерна изменялось направление этой зависимости и теснота связи (г = 0,61.0,67 для озимой ржи; г = 0,44.0,40 для яровой пшеницы). В ост-
розасушливый период вегетации 2010 г. самые низкие показатели влажности почвы в слое 0-10 см (3,40.3,79%) были отмечены на вершине (реп. пл. 1, 13) и верхних частях южного и юго-восточного (реп. пл. 9, 4), северо-западного и западного (реп. пл. 12, 14) склонов. Все эти участки вошли в АОТ с относительно низким урожаем зерна яровой пшеницы.
Определяющая роль в формировании почвенного плодородия, регулирования водно-воздушного, теплового, питательного режима почвы и растений принадлежит гумусовым веществам. Содержание гумуса в почве реперных площадок (1,38.2,22%) является производной агроэкологических
условий гумусообразования, складывающихся в пределах покровно-моренного холма. Контрастными по содержанию гумуса являются нижняя пологая часть северовосточного склона (2,22%, 8 реп. пл.) и транзитные склоны южной и юго-восточной экспозиции (1,38-1,47%, 2 и 10 реп. пл.) при НСР05 = 0,16%.
Гумусированность почвы, косвенно характеризующая уровень азотного питания растений, оказывала примерно равное влияние на накопление биомассы и урожайность зерна яровой пшеницы (д = 0,67-0,68), однако в период налива и созревания зерна усиливались линейные взаимосвязи с этим показателем. С гумусированностью почвы обнаруживали связь практически все показатели структуры урожая, наиболее тесная установлена с количеством продуктивных стеблей (г = 0,87). Местоположение рельефа (реп. пл. 8) с повышенной гумусированно-стью почвы, при слабокислой реакции среды и пониженных температурах почвы обеспечило самое высокое количество продуктивных стеблей (121 шт., продуктивная кустистость - 1,25); на низкогумусированном участке (реп. пл. 10) продуктивных стеблей сформировалось вдвое меньше (68 шт., продуктивная кустистость 0,94).
В отношении однолетних трав приоритетное влияние факторов среды зависело от развития того или иного компонента смеси. При первом отборе (1.07.2008) различия по накоплению общей биомассы определялись условиями для развития злакового компонента. Выявленная линейная зависимость накопления биомассы однолетних трав от содержания гумуса (г = 0,75) относилась преимущественно к овсу и исчезала в более поздние фазы развития растений. При втором отборе (20.07.08), напротив, различия в накоплении общей биомассы однолетних трав были обусловлены урожайностью зеленой массы пелюшки в фазе цветение-ветвление, которая в наибольшей степени (г = 0,84) зависела от сумм температур почвы выше 50.
Реперные площадки в пределах опытного поля различались по кислотности почвы пахотного слоя (рНсол 5,6..6,7, НСР05 = 0,48).
За годы наблюдений (2005..2010 гг.) произошло изменение кислотности в сторону подкисления в большинстве АМЛ опытного поля, более ярко выраженное на транзитных склонах северной и северо-восточ-ной экспозиций (ДрНсол -0,9). Относительно стабильной кислотностью (ДрНсол 0.. .+0,3) характеризовалась почва реперных площадок (8, 3, 5), расположенных у подножья склонов с аккумулятивным и транзитно-аккуму-лятивным типом перемещения веществ.
Уровень реакции среды в результате известкования почвы незадолго до начала исследований достиг значений выше 5,5 единиц рН. В этой связи полученные зависимости урожайности сельскохозяйственных культур от кислотности почвы выражены не сильно. Исключение составляют случаи возделывания кислотоустойчивых сортов и культур, демонстрирующих снижение урожайности в условиях реакции среды, близкой к нейтральным значениям. В частности, выявлены обратные зависимости между реакцией среды (рНсол) и биомассой растений ячменя кислотоустойчивого сорта Новичок в фазу кущения (г = -0,65) как при возделывании его на зерно, так и на зеленую массу в составе однолетних трав (г = - 0,66 для ячменя; г = 0,06 для вики). Специфичность компонентов однолетних трав на реакцию среды демонстрирует и викоовсяная смесь в первую половину вегетации (г = -0,83 для овса; г = 0,54, д = 0,91 для пелюшки).
Обеспеченность почв реперных площадок подвижными фосфатами изменялась от 123 до 353 мг/кг (НСР05 = 48 мг/кг) и за годы исследований снизилась на 40.70 мг/кг на склоновых агромикроландшафтах. На вершине холма содержание подвижного фосфора практически не изменилось. Существенное влияние этого фактора выявлено только на накопление биомассы однолетних трав (г = 0,70 для ячменя; г = 0,65, д = 0,96 для пелюшки) и многолетних трав (г = 0,48 для клевера 2 г.ж.).
Обеспеченность обменным калием по реперным площадкам составила 72.142 мг/кг (НСР05 = 57 мг/кг). Четких закономерностей в изменении содержания обменного калия в зависимости от агромикроландшафтов за
период наблюдений установить не удалось. Лимитирующее влияние этого фактора наиболее сильно проявилось в засушливые периоды вегетации на переизвесткованных участках опытного поля. Получены нелинейные зависимости показателей озерненно-сти колоса яровой пшеницы (длины колоса, количества колосков, количества зерен в колосе, массы зерна в колосе) от содержания обменных форм калия (д = 0,78.0,87) и кислотности почвы (д = 0,70.0,90).
Заключение. В качестве основных почвенных факторов, лимитирующих урожайность сельскохозяйственных культур на ме-зоуровне Кировской области и регулируемых с помощью техногенных средств, определены кислотность, содержание гумуса, обменного калия, подвижного фосфора [4], что согласуется с нашими исследованиями на микроуровне опытного поля Фаленской селекционной станции. Однако при относительно оптимизированных на настоящий момент показателях почвенного плодородия опытного участка (кислотность, содержание подвижного фосфора), определяющими факторами в формировании урожайности отдельных культур становятся температура и влажность почвы, обусловленные погодными условиями. Регулирование силы влияния этих факторов возможно при адаптивном размещении культур с учетом специфики их реакций на режим тепло- и влагообеспечен-ности АМЛ, а также продолжительности вегетационного периода. Меры по оптимизации гумусового состояния почв будут также способствовать регулированию вод-
но-воздушного и теплового режимов агро-ландшафта.
Варьирование урожайности от показателей кислотности почвы сохраняется и на произвесткованных почвах опытного поля. Наиболее выражена тенденция к снижению урожайности кислотоустойчивых культур и сортов при близкой к нейтральным значениям реакции среды. В этой связи эффективное использование АМЛ предполагает учет адаптивного потенциала возделываемых сортов сельскохозяйственных культур и соблюдение сортовых технологий.
В целом, уровень урожайности сельскохозяйственных культур определялся комплексом факторов среды, описанных в дальнейшем математическими моделями.
Список литературы
1. Жученко А.А. Стратегия адаптивной интенсификации сельского хозяйства (концепция). Пушкино, 1994. 148 с.
2. Методические аспекты агроэкологи-ческого районирования сельскохозяйственных территорий на микроуровне / Мухамадьяров Ф.Ф. [и др.] // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2013. №4 (35). С. 4-8.
3. Агроэкологическая характеристика условий опытного поля Фаленской селекционной станции / Мухамадьяров Ф.Ф. [и др.] // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2013. №4 (35). С. 9-12.
4. Сысуев В.А., Мухамадьяров Ф.Ф. Методы повышения агробиоэнергетической эффективности растениеводства. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2001. 216 с.
Features of influence of soil conditions within agro-micro-landscapes on forming of yield of agricultural crops
Mukhamadjarov F., Korobitsyn S., Rubtsova N., Ashikhmin V., Saveliev Yu., Vologzhanin V., Kaisin D.
Soil factors influencing formation of yield of agricultural crops within agro-landscape of covering-moraine hill are revealed.
Key words: agro-micro-landscape, agro-ecologically equal territories, soil factors, yield
