Влияние погодных условий и предшественников озимой пшеницы на показатели влагообеспеченности почвы

DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10602 УДК: 551.515:633.11:631.153.3

Влияние погодных условий и предшественников озимой пшеницы на показатели влагообеспеченности почвы

В. И. ТУРУСОВ, О. А. БОГАТЫХ, Н. В. ДРОНОВА, Е. А. БАЛЮНОВА

Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Центрально-Черноземной полосы им. В.В.Докучаева, квартал 5,21, пос. 2 участка Института имени Докучаева, Таловский р-н, Воронежская обл., 97463, Российская Федерация

Резюме. Цель исследований - характеристика особенностей изменения водного режима почвы при формировании урожая озимой пшеницы по различным предшественникам и разработка наиболее эффективных чередований культур. Полевые эксперименты проводили в 2014-2018 гг в Воронежской области. Опыт закладывали в трехкратной повторности. Размещение делянок систематическое. Площадь делянки - 168 м2, учетная - 100 м2. Изучали 6 видов зернопаропропашных и один зернотравянопропашной семипольные севообороты с разным набором и чередованием культур, а также влияние предшественников на водно-физические свойства почвы и урожайность озимой пшеницы. Почвенные пробы отбирали в посевах озимой пшеницы после черного пара; рапсового сидерального пара; занятого пара (горох); сидерального эспарцетового пара; эспарцета на сено; нута; сои, а также в бинарном посеве озимой вики с озимой пшеницей после гороха. Водный баланс определяли расчетным методом. На эвапотранспирацию посевов озимой пшеницы и коэффициент водопотребления большое влияние оказывали осенние запасы влаги в почве агроклиматические условия вегетационного периода и предшественники. Во все годы исследований наиболее продуктивным оно было в звеньях с черным паром (коэффициент водопотребле-ния составил 60,3 м3/т при урожайности 4,7 т/га), эспарцетом на сидерат и сено (58,0 м3Д 4,9 т/га и 62,7 м3/т, 4,7 т/га соответственно). Различная влагообеспеченность озимой пшеницы в зависимости от предшественников существенно влияла на ее продуктивность. По мере ухудшения предшественника коэффициент водопотребления возрастал, а эффективность использования влаги уменьшалась. Ключевые слова: озимая пшеница (Triticum durum), севооборот, влагообеспеченность, коэффициент водопотребления, погодные условия.

Сведения об авторах: В. И. Турусов, доктор сельскохозяйственных наук, академик РАН, директор (e-mail: niish1c@mail.ru); О. А. Богатых, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник; Н. В. Дронова, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник; Е. А. Балюнова, научный сотрудник.

Для цитирования: Влияние погодных условий и предшественников озимой пшеницы на показатели влагообеспеченности почвы / В. И. Турусов, О. А. Богатых, Н. В. Дронова и др. //Достижения науки и техники АПК. 2019. Т 33. № 6. С. 10-12. DOI: 10.24411/0235-2451 -2019-10602.

Influence of Weather Conditions and Forecrops of Winter Wheat on Water Availability in Soil

V. I. Turusov, O. A. Bogatykh, N. V. Dronova, E. A. Balyunova

V. V. Dokuchaev Research Institute of Agriculture of the Central Black-Earth Zone, kvartal 5, 81, pos. 2 uchastka Instituta imeni Dokuchaeva, Talovskii r-n, Voronezhskaya obl., 397463, Russian Federation

Abstract. The purpose of the research was to characterize the changes in the water regime of the soil during the formation of the winter wheat crop after various forecrops and to develop the most efficient crop alternations. Field experiments were carried out in 2014-2018 in the Voronezh region 3 times. The distribution of plots was systematic. The plot area was 168 m2; the accounting area was 100 m2. We studied 6 types of grain-fallow-row crop rotations and one grain-grass-row crop rotation, as well as the effect of forecrops on the hydrophysical properties of the soil and the yield of winter wheat. All crop rotations included seven fields and a different set and alternation of crops. Soil samples were taken in winter wheat fields after bare fallow, green-manure rapeseed fallow, seeded fallow (pea), green-manure sainfoin fallow, sainfoin for hay, chickpea, and soybean; and in the field with binary sowing of winter vetch with winter wheat after pea. The water balance was determined by the calculation method. The evapotranspiration of winter wheat crops and the water consumption ratio were greatly influenced by the autumn soil water reserves, by the agroclimatic conditions in the vegetation period, and by the forecrops. In all the years of the research, it was the most productive in the links with bare fallow (water consumption ratio was 60.3 m3/t with the yield of 4.7 t/ha), sainfoin for green manure and hay (58.0 m3/t, 4.9 t/ha and 62.7 m3/t, 4.7 t/ha, respectively). The varying water availability for winter wheat, depending on its forecrops, had a significant impact on its productivity. As the forecrop deteriorated, the water consumption ratio increased, while the efficiency of using water decreased. Keywords: winter wheat (Triticum durum); crop rotation; water availability; water consumption ratio; weather conditions. Author Details: V I. Turusov, D. Sc. (Agr.), member of the RAS, director (e-mail: niish1c@mail.ru); O. A. Bogatykh, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow; N. V. Dronova, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow; E. A. Balyunova, research fellow.

For citation: Turusov V I., Bogatykh O. A., Dronova N. V, Balyunova E. A. Influence ofWeather Conditions and Forecrops ofWinter Wheat on Water Availability in Soil. Dostzheniyanaukiitekhniki APK. 2019. Vol. 33. No. 6. Pp. 10-12 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10602.

При возделывании такой ценной продовольственной культуры, как озимая пшеница, важно обеспечить правильное сочетание агротехнических приемов, среди которых - предшественники, способы основной обработки почвы и удобрения [1]. В ЦЧЗ почвенная влага находится в первом минимуме и часто выступает фактором, резко снижающим эффективность агротехнических приемов и продуктивность растений [2, 3]. Обеспеченность сельскохозяйственных культур влагой зависит от количества и распределения атмосферных осадков, физических свойств почвы, состава и соотношения культур, чередования их в севообороте и технологий возделывания. Влияние предшественников на режим влажности почвы непосредственно сказывается на росте, развитии и урожайности озимой пшеницы. От них зависит влагонакопление и влагообеспеченность почвы в период от сева озимых культур до ухода в зиму [4].

Появление своевременных дружных всходов, их нормальный рост и развитие в осенний период важны для формирования высокой урожайности. Фактор, обеспечивающий эти условия, - наличие доступной влаги в посевном слое (а лучше в пахотном) [5].

Кроме увлажнения, урожайность озимой пшеницы зависит от таких немаловажных факторов, как температурный режим, содержание питательных веществ, фитосанитарная обстановка. Для растений они равнозначны и незаменимы. Правильный подбор элементов технологии выращивания озимой пшеницы обеспечивает благоприятные условия для развития растений [4].

Достигнутый в последние годы уровень урожайности озимой пшеницы нельзя считать удовлетворительным, так как он не исчерпывает возможности культуры, а частая гибель посевов делает производство зерна в отдельных регионах России неустойчивым [1]. В условиях ЦЧЗ лучшие

Таблица 1. Метеоусловия периодов вегетации озимой пшеницы в 2014-2018 гг.

Год Температура, оС Осадки, мм Относительная влажность воздуха, % ГТК

сумма среднесуточная

2014 2039,3 16,7 194,1 60 1,0

2015 2005,3 16,4 322,9 61 1,6

2016 1804,3 14,8 223,0 68 1,2

2017 1822,3 14,9 194,3 64 1,1

2018 2087,6 17,1 215,9 58 1,0

Сред-

нее 1951,8 16,0 230,0 62 1,2

предшественники для озимой пшеницы - пар, многолетние бобовые травы, зернобобовые культуры, кукуруза на зеленый корм и др. Ранее в группе зернобобовых культур в ЦЧЗ преобладающие площади занимал горох. В последние годы с усилением засушливости и снижением продуктивности этой культуры в южных и юго-восточных районах региона в зернобобовую группу все чаще стали включать такие более засухоустойчивые культуры, как нут, чина, вика и др.

Цель исследований - характеристика особенностей изменения водного режима почвы при формировании урожая озимой пшеницы по различным предшественникам и разработка наиболее эффективных чередований культур в звене предшественник - озимая пшеница.

Условия, материалы и методы. Полевые опыты проводили в 2014-2018 гг. в многолетнем стационаре лаборатории эколого-ландшафтных севооборотов ФГБНУ «НИИСХ ЦЧП» на территории Каменной Степи в Таловском районе, который расположен на юго-востоке ЦентральноЧернозёмной зоны. Каменная Степь находится на границе южной лесостепной и северной степной зон, с чем связаны климатические особенности местности.

Климат района типично степной с умеренно-континентальным теплым или жарким, нередко засушливым, летом, умеренно-холодной или холодной зимой, большими колебаниями температур (зимой до -30 °С, летом до 40 °С). Среднегодовая температура воздуха 5,2 °С.

В годы исследований сумма активных температур за период от возобновления весенней вегетации до уборки варьировала от 1804,3 оС (2014 г.) до 2087,6 оС (2018 г.), среднесуточная температура воздуха находилась в пределах 14,8...17,1 оС (табл. 1). Наиболее увлажненным был 2015 г. - сумма атмосферных осадков за вегетацию составила 322,9 мм, а самым засушливым 2014 г. - 194,1 мм. Относительная влажность воздуха в период вегетации была оптимальной для развития растений озимой пшеницы и варьировала от 58 (2018 г.) до 68 % (2016 г.). По величине гидротермического коэффициента за вегетацию культуры, 2014 и 2018 гг. можно охарактеризовать как годы с неустойчивым увлажнением (ГТК=1,0), 2015 г. - как влажный (ГТК=1,6).

Рельеф Каменной Степи представляет собой слабоволнистую равнину. Почвенный покров - чернозем обыкновенный тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Перед закладкой опыта почва участка в слое 0.40 см характеризовалась следующими агрохимическими показателями: содержание гумуса 6,61 % (ГОСТ 26213-91), общего азота - 0,33 % (ГОСТ 26107-84), подвижного фосфора и калия - 13,1 мг/100 г почвы и 5,3 мг/100 г почвы (ГОСТ 26204-91), сумма поглощенных оснований - 57,0 мг-экв/100 г почвы (ГОСТ 27821-88), рН - 6,58 (ГОСТ 26483-85).

Опыт закладывали в трехкратной повторности. Размещение делянок - систематическое. Длина посевной делянки - 30 м, ширина- 5,6 м, площадь - 168 м2. Длина учетной делянки - 25 м, ширина - 4,0 м, площадь - 100 м2.

Для определения содержания доступной влаги в почве пробы отбирали через 10 см на глубину 1,0 м из трех скважин (ГОСТ 28268-89) в посевах озимой пшеницы три раза за вегетацию - согласно основным фазам развития (осеннее кущение, весеннее возобновление вегетации и созревание). Данные по содержанию продуктивной влаги в период весеннего возобновления вегетации и в период созревания усредняли, чтобы их можно было сопоставить с осенними запасами. Плотность сложения почвы определяли с помощью режущих колец [6]. Уборку урожая осуществляли поделяночно сплошным обмолотом комбайном «Сампо» с дальнейшим пересчетом на 14 %-ную влажность и 100 %-ную чистоту зерна.

Почвенные пробы отбирали в посевах озимой пшеницы сорта Черноземка 115 с нормой высева 300 кг/га после следующих предшественников: черный пар; рапсовый сидеральный пар; занятый пар - горох сорта Таловец 70; сидеральный эспарцетовый пар сорт Песчаный; эспарцет на сено; нут сорта Краснокутский; соя сорта Лучезарная; а также в бинарном посеве озимой вики с озимой пшеницей сорта Черноземка 88 после гороха.

Водный баланс определяли расчетным методом. Экспериментальные данные обрабатывали методом дисперсионного анализа по Б. А. Доспехову (1985).

Результаты и обсуждение. Полнота всходов зависит от влажности почвы во время посева, которая обусловлена в основном предшественниками и погодными условиями. Наибольшие осенние запасы продуктивной влаги в пахотном слое почвы под озимой пшеницей отмечали в варианте с черным паром - 19,7 мм, наименьшие - при посеве после эспарцета на сено и сою - 13,1 и 13,2 мм соответственно (табл. 2).

На формирование урожайности озимой пшеницы по чистому пару используется влага, аккумулируемая в течение двух лет, в занятых парах влаги остается мало и, в основном, озимая пшеница использует осадки, выпавшие после уборки предшественников и в холодный период года [4].

Наименьшее количество продуктивной влаги в весенний и летний период вегетации отмечено в пахотном слое

Таблица 2. Содержание продуктивной влаги

Предшественник Место отбо- Слой почвы, см

ра пробы 0...20\0...50\0...100

Осеннее кущение

Черный пар озимая 19,7 51,0 117,7

Сидеральный пар пшеница

(рапс) 17,4 49,6 115,6

Занятый пар (горох) 17,7 45,4 99,4

Сидеральный

эспарцетовый пар 16,7 46,1 111,5

Эспарцет на сено 13,1 33,3 78,0

Нут 15,4 36,8 75,2

Соя 13,2 32,0 70,5

Горох бинарный

посев 15,8 36,6 76,7

НСР05 1,5 2,0 2,6

Весенний и летний периоды вегетации

Черный пар озимая пше- 16,3 52,0 106,9

Сидеральный ница

пар(рапс) 16,1 49,5 108,5

Занятый пар (горох) 15,3 46,5 107,7

Сидеральный

эспарцетовый пар 15,6 43,9 101,4

Эспарцет на сено 16,0 47,8 119,7

Нут 16,2 47,6 109,5

Соя 16,0 49,4 105,0

Горох бинарный

посев 14,0 39,2 95,7

НСР05 1,4 1,9 2,4

Таблица 3. Потребление влаги озимой пшеницей в зависимости от предшественников (среднее за

2014-2018 гг.)

Предшественник Место отбора пробы Плотность сложения почвы (0...40 см), г/см3 Продуктивная влага в слое 0.100 см, мм Водопотребление, мм Доля в общем водопотреблении, % Урожай-ность зерна, т/га Коэффициент водо-потребления, м3/т

весна уборка из почвы суммарное осадков почвенной влаги

Черный пар озимая 1,01 122,6 101,2 21,4 283,6 56,8 43,2 4,7 60,3

Сидеральный пшеница

пар(рапс) 1,01 137,0 89,3 47,7 298,0 54,0 46,0 4,4 67,7

Зянятый пар

(горох) Сидеральный 1,01 143,3 85,7 57,6 304,3 52,9 47,1 3,9 78,0

эспарцетовый пар 0,99 123,2 103,8 19,4 284,2 56,7 43,3 4,9 58,0

Эспарцет на сено 1,00 133,6 105,8 27,8 294,6 54,7 45,3 4,7 62,7

Нут 1,02 137,8 107,9 29,9 298,8 53,9 46,1 3,6 83,0

Соя 1,00 134,1 106,0 28,1 295,1 54,6 45,4 3,9 75,7

Горох бинарный 1,00 100,0 97,7 2,3 261,0 61,7 38,3 4,0 65,3

посев

почвы в бинарном посеве - 14,0 мм. Если весной снег тает медленно, и вода хорошо поглощается почвой, то к началу весенней вегетации озимых ее влажность по всем предшественникам выравнивается. Однако если учесть в черном пару влагу прошлого года, то по величине этого показателя он занимает первое место. В то же время влага по этому предшественнику расходуется менее эффективно, чем при посеве по сидеральным парам и непаровым предшественникам на 12 и 17 % соответственно.

Плотность сложения почвы в течение вегетационного периода озимой пшеницы во всех вариантах находилась в оптимальном диапазоне и мало изменялась в зависимости от предшественника (табл. 3). В сидеральном эспар-цетовом пару она была несколько меньше(0,99 г/см3), чем под черным паром (1,01 г/см3). Это свидетельствует о лучших условиях для влаго- и воздухопроницаемости после эсперцетового пара, что связано с хорошо развитой корневой системой эспарцета, которая разрыхляет почву. К уборке запасы продуктивной влаги в почве в результате потребления растениями непродуктивного расхода на испарение уменьшились на 10 %.

Важный показатель эффективного использования продуктивной влаги - коэффициент водопотребления. Наиболее близкие к оптимальным условия для использования влаги складывались в вариантых, где предшественниками выступали эспарцет на сидерат и черный пар, что подтверждают самые низкие показатели суммарного водопотребления (284,2 и 283,6 мм соответственно) и коэффициента водопотребления (58,0 и 60,3 м3/т соответственно). Урожайность озимой пшеницы по этим предшественникам составила 4,9 и 4,7 т/га. В зернопаропропашном севообороте в звеньях с нутом и горохом величина коэффициента водопотребления была наибольшей - 83,0 и 78,0 м3/т при урожайности озимой пшеницы в этих звеньях - 3,6 и 3,9 т/га соответственно (табл. 3).

Полученные данные свидетельствуют о том, что чем выше коэффициент водопотребления, тем ниже урожайность озимой пшеницы (коэффициент корреляции г=-0,92), то есть эффективность использования влаги

уменьшается (коэффициент корреляции между урожайностью и суммарным водопотреблением г=0,55). Это подтверждают и результаты более ранних исследований, проведенных в условиях Каменной Степи О. Г. Котляровой [4]. Величины коэффициентов водопотребления озимой пшеницы в зернопаропропашном севообороте в звеньях с черным паром (60,3 м3/т) и в зернотравянопропашном севообороте с эспарцетом на сено (62,7 м3/т) свидетельствуют о сравнительно равнозначных водозатратах на достижение равноценного урожая (4,7 т/га).

В среднем за исследуемый период больше влаги потреблялось благодаря весенне-летним осадкам (230,0 мм), в том числе растения использовали 161 мм, остальное количество влаги расходовалось на испарение. Суммарное водопотребление из почвы в зависимости от предшественников было значительно меньше и варьировало от 2,2 до 57,5 мм.

Выводы. Таким образом, на влагообеспеченность посевов озимой пшеницы и коэффициент водопотребления, который варьировал в пределах от 58,0 до 83,0 м3/т, большое влияние оказывали предшественники, улучшая водоснабжение корнеобитаемого слоя в осенний период. Так, по черному пару содержание влаги в пахотном слое почвы составляло 19,7 мм, по сидеральным парам варьировало от 16,7 до 17,4 мм. При этом немаловажную роль играли агроклиматические условия вегетационного периода. В среднем за весь период исследований осадки, выпавшие за весенне-летний период (230,0 мм), из которых 161 мм использовались растениями, играли большую роль в их водопотреблении. Суммарное водопотребление озимой пшеницы из почвы зависело от предшественников и варьировало от 2,2 до 57,5 мм. В повышении аккумуляции продуктивной влаги в метровом слое почвы существенную роль играл черный пар (117,7 мм), а также введение в севооборот сидеральных культур (эспарцет - 111,5 мм, рапс - 115,6 мм) - несмотря на значительное испарение влаги с поверхности, ее сохранялось до 17 % больше, чем после других парозанимающих культур и по непаровым предшественникам.

Литература.

1. Korolev V.A., Gromovik A.I., Borontov O.K. Changes in the fertility of a leached chernozem under different primary tillage technologies// Eurasian Soil Science. 2016. Vol. 49. No. 1. Pp. 95-101.

2. Агробиологические особенности размещения полевых культур в севооборотах юго-востока ЦЧЗ / В. Т. Рымарь, В. И. Турусов., С. В. Рымарь и др. Санкт-Петербург, 2006. 72 с.

3. Роль предшественников озимой пшеницы в севообороте в условиях ЦЧЗ/В. И. Турусов, В. М. Гармашов, О. А. Богатых и др. // Аграрная наука. 2017. № 11-12. С. 10-11.

4. Котлярова О. Г. Ландшафтное земледелие /Пос. Майский: Издательство ФГБОУ ВО Белгородский ГАУ. 2017. 586 с.

5. Lukin S.V. Dynamics of the agrochemical fertility parameters of arable soils in the southwestern region of Central Chernozemic zone of Russia // Eurasian Soil Science. 2017. Vol. 50. No. 11. Pp. 1323-1331.

6. Вадюнина А. Ф., Корчагина З. А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.