Оптимальные чередования сельскохозяйственных культур в севооборотах плакорных агроландшафтов юго-востока центрально-черноземного района

УДК: 631.153.3

оптимальные чередования сельскохозяйственных культур в севооборотах плакорных агроландшафтов юго-востока центрально-черноземного района

В.И. ТУРУСОВ, член-корреспондент РАН, директор

В.М. ГАРМАШОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. отделом

О.А. АБАНИНА, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Т.И. МИХИНА, научный сотрудник Н.В. ДРОНОВА, младший научный сотрудник Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Центрально-Черноземной полосы им. В.В. Докучаева, уч. № 2, квартал 5, 81, Таловский р-н, Воронежская обл., 397463, Российская Федерация

Резюме. Цель наших исследований - разработать и теоретически обосновать наиболее оптимальные схемы чередований сельскохозяйственных культур для севооборотов плакорных агроландшафтов. Многолетние исследования проводятся с2001 г. по сегодняшний день. Установлено, что для продуктивного использования почвенно-климатического потенциала плакорных агроландшафтов в структуре посевов зерновые должны занимать не менее 50%, зернобобовые - 5-10%, технические - 15-20%, силосные и кормовые культуры, многолетние травы - 20%, чистые и сидеральные пары - 5-10%. Для разработки более адаптированных систем земледелия с учетом особенностей почвенно-климатических условий, эродированности сельскохозяйственных земель, структуры почвенного покрова проведено агроэкологическое районирование территории области. В результате этого на территории области выделено шесть агроэкологических районов: северо-западный, северный, юго-западный, юго-восточный, восточный и южный. В дальнейшем для каждого агроэкологического района разработаны и обоснованы наиболее оптимальные чередования сельскохозяйственных культур в севооборотах плакорныхагроландшафтов юго-востока Центрально-Черноземного района. На плакорных землях с уклоном до 1° проектируются интенсивные севообороты: зерно-пропашные, зернопаропропашные с участием сахарной свеклы, подсолнечника, кукурузы на зерно. В условиях зоны основой всех видов полевых севооборотов служит озимое звено, а основными предшественниками озимых могут быть черный пар, многолетние бобовые травы (эспарцет, клевер) на один укос, горох, дополнительно к ним - бобово-злаковые и другие травосмеси на зеленый корм и сено, кукуруза ранних сроков уборки, гречиха. Дальнейшее совершенствование чередований в севооборотах ландшафтных систем земледелия должно основываться на усилении адаптации размещения сельскохозяйственных культур в соответствии с почвенно-климатическими условиями.

Ключевые слова: почвенно-климатический потенциал, агроэко-логический район, севооборот, предшественник, озимое звено. Для цитирования: Оптимальные чередования сельскохозяйственных культур в севооборотах плакорных агроландшафтов юго-востока ЦЧР /В.И. Турусов, В.М. Гармашов, О.А. Абанина, Т.И. Михина, Н.В. Дронова //Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 2. С. 54-57.

Важнейшая задача адаптивно-ландшафтного земледелия - максимальное использование почвенно-климатического потенциала агроландшафта при условии сохранения его экологических функций и плодородия почвы. С ростом интенсификации сельскохозяйственного производства и изменением климатических условий для повышения эффективности земледелия необходима более углубленная его дифференциация и адаптация технологий применительно к конкретным агроэкологи-ческим условиям территории землепользования.

В повышении устойчивости и продуктивности земледелия значительная роль принадлежит научно обоснованной структуре посевов и севооборотам [1-4].

В правильно подобранном наборе культур и научно обоснованной схеме их чередования в севообороте заложена возможность эффективного использования агроклиматических ресурсов, почвенного плодородия, биогенетического потенциала возделываемых растений, систем обработки почвы, применения удобрений и средств защиты посевов.

Сейчас в фактической структуре посевных площадей значительно сужен набор культур в севооборотах хозяйств. Совершенно недостаточно представлены в группе зернобобовые, крупяные культуры и многолетние травы как непременное условие сохранения плодородия почвы [5].

Целью наших исследований было разработать и теоретически обосновать наиболее эффективные схемы чередований сельскохозяйственных культур для севооборотов плакорных агроландшафтов.

Условия, материалы и методы. Исследования проводят с 2001 г. по сегодняшний день в многолетних стационарных опытах лаборатории эколого-ландшафтных севооборотов ФГБНУ «НИИСХ ЦЧП». Объект исследований - чернозем обыкновенный среднегумусный средне-мощный тяжелосуглинистый с благоприятными физико-химическими показателями и следующей агрохимической характеристикой слоя почвы 0-40 см: содержание гумуса (по Тюрину в модификации В.Н. Симакова, ГОСТ 2621391) - 6,61%, общего азота (по Гинзбургу) - 0,331%, общего фосфора (по Гинзбургу и Щегловой) - 0,210%, общего калия (по Ожигову) - 1,80%, сумма поглощенных оснований (по ГОСТ 27821-88) - 57,0 мг-экв/100 г почвы, pH солевой вытяжки - 6,58. Исследования проведены в условиях юго-восточной части Центрально-Черноземной зоны.

В представленном материале приведен анализ результатов, полученных во второй ротации длительных стационарных опытов по изучению различных видов севооборотов: зернопаропропашных, зернопропашных, зер-нопаротравянопропашных, зернотравяных и зерновых.

Однофакторный опыт закладывали в четырехкратной повторности для изучения эффективности различных видов севооборотов и чередований культур в них. Размещение делянок систематическое. Посевная площадь делянки - 78,4 м2. Учетная площадь делянки - 48 м2.

Возделывание сельскохозяйственных культур в опыте осуществляли по общепринятым в зоне технологиям. Исследования проводили согласно методикам, принятым в опытах по общему земледелию и растениеводству, а также в практике лабораторных работ [6-8]. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили корреляционно-регрессионным и дисперсионным методами [6] с использованием программных средств Microsoft office Excel, Statistika.

результаты и обсуждение. На основании анализа результатов многочисленных исследований, выполненных в лаборатории эколого-ландшафтных севооборотов [9, 10], установлено, что наиболее продуктивно почвенно-климатический потенциал региона на плакорных агро-

ландшафтах используется, когда в структуре посевов колосовые зерновые занимают не менее 50%, зернобобовые - 5-10%, технические - 15-20%, силосные и кормовые культуры, многолетние травы - 20%, чистые и сидеральные пары - 5-10%. Увеличение посевов одной из названных групп культур создает напряженность в чередовании и приводит к снижению эффективности использования почвенно-климатического потенциала.

Объективная необходимость постоянного роста интенсификации земледелия и важность проблемы воспроизводства плодородия почв требуют разработки более эффективных приемов. Важным моментом здесь служит уменьшение доли чистых и переход на сидеральные пары, расширение посевов зернобобовых культур и значительное возрастание роли многолетних бобовых трав в воспроизводстве плодородия почвы. В полевых севооборотах на малоплодородных землях (с учетом выводных полей) целесообразно увеличение площади посевов многолетних трав до 15-20% от площади пашни [9, 11].

В последние годы в адаптивно-ландшафтных системах земледелия с ростом интенсификации и усилением специализации сельскохозяйственного производства, все острее встает вопрос предельно возможного эффективного и агроэкологически безвредного насыщения севооборотов востребованными на рынке, экономически выгодными культурами: сахарная свекла, подсолнечник, кукуруза на зерно.

В ФГБНУ «НИИСХ ЦЧП» в лаборатории эколого-ландшафтных севооборотов также проводили исследования по изучению продуктивности севооборотов с различным насыщением чередований сахарной свеклой: 20, 30, 40% [9].

Исследованиями установлено, что в почвенно-климатических условиях на юго-востоке ЦентральноЧерноземного района (ЦЧР) в агроландшафтах с уровнем грунтовых вод 4-6 м высокое насыщение севооборота сахарной свеклой (20-40%) не вызывает заметного ухудшения влагообеспеченности культур севооборота. Запасы влаги весной при 20% насыщении севооборотасахарной свеклой в среднем составляли: в слое 0-100 см - 179 мм, а в слое 0-300 см - 557 мм; при 40% насыщении - соответственно 175 и 560 мм [9].

Насыщение севооборота свеклой от 20% до 30% не приводило к снижению урожайности культуры и повышало сбор корнеплодов с гектара севооборотной площади. В севообороте с 20% сахарной свеклы значение этого показателя составило 6,72 т/га севооборотной площади при урожайности 33,6 т/га. В севообороте с 30% сахарной свеклы урожайность практически не снижалась и составила 32,1 т/га, но сбор корнеплодов увеличился до 9,63 т/га севооборотной площади. При 40% насыщении се-

вооборота сахарной свеклой отмечено уменьшение ее продуктивности - 31,3 т/га, но сбор корнеплодов с гектара севооборотной площади увеличился до 12,5 т. Однако при этом резко ухудшились агроэкологическое и фитосанитарное состояния почвы, что впоследствии привело к резкому снижению урожайности последующих культур севооборота и выходу продукции с гектара пашни [9].

Поэтому в современных севооборотах при применении технологий возделывания сахарной свеклы с научно обоснованным насыщением средствами интенсификации (система применения удобрений и средств защиты растений) оптимально допустимая концентрация посевов этой культуры в севообороте не должна превышать 30% при размещении ее по озимым культурам в звеньях с чистым и занятыми парами. В благоприятных агроэкологи-ческих условиях территории землепользования плакор-ных агроландшафтов, в хозяйствах, специализирующихся на выращивании сахарной свеклы, концентрация ее посевов в севообороте может колебаться в пределах от 10 до 25%, в зависимости от вида севооборота [9, 12].

Также в условиях юго-востока ЦЧР подсолнечник в севообороте можно возвращать на прежнее место не раньше, чем через 6-8 лет и он должен занимать в структуре посевных площадей не более 14% площади [10]. В ландшафтных системах земледелия особое внимание следует обратить на использование наиболее адаптированных к условиям произрастания сортов и гибридов.

В связи с различной теплообеспеченностью территории области, наиболее рационально кукурузу на зерно размещать в южном, юго-восточном и юго-западном агроэкологических районах. В северных, менее теплоо-беспеченных зонах, посевы этой культуры целесообразно размещать в ландшафтах южной экспозиции [13].

Рисунок. Агроэкологическое районированиетерритории Воронежской области. Агроэко-

3 - северный; I I - восточный; II.. ..и -

логические районы:

- северо-западный;

юго-западный;

- юго-восточный;

- южный

В условиях плакорных агроландшафтов, насыщение севооборотов посевами кукурузы без агроэкологических последствий может составлять до 50%.

В последние годы стало очевидным, что решение многих агроэкологических проблем в связано с более дифференцированным и тщательным учетом регионально-ландшафтных особенностей конкретной территории при разработке более адаптированных систем земледелия к этим условиям [14-18].

В результате изучения и подробного анализа природно-климатических условий последних лет [13] была выявлена значительная неоднородность территории области, которая вызвала необходимость более углубленной дифференциации ее территории и разрабатываемых систем земледелия. В связи с этим, с учетом особенностей почвенно-климатических условий, эродированности сельскохозяйственных земель, структуры почвенного покрова нами было проведено агроэкологическое районирование территории области. В результате выделено шесть агроэкологических районов с различающимися природно-климатическими и почвенными условиями: северо-западный, северный, юго-западный, юго-восточный, восточный и южный (см. рисунок).

В дальнейшем на уровне агроэкологического района также была проведена комплексная оценка природно-климатических и экологических возможностей ландшафтов и разработаны наиболее адаптированные схемы севооборотов и чередований, учитывающие почвенно-климатические ресурсы и потребности возделываемых сельскохозяйственных культур. При разработке схем севооборотов во всех агроэкологических районах, для всех групп земель в основу чередования культур были положены принципы: плодосмена - ежегодного изменения количественного и качественного поступления в почву органической массы послеуборочных растительных остатков; регулирования водного баланса в агроценозах и режима элементов минерального питания; поддержания оптимального состояния физических свойств почвы; предотвращения процессов эрозии и других видов деградации почв; оптимизации фитосанитарного состояния агроценоза.

Развитие эрозионных процессов на пахотных землях вызывает необходимость более тщательного учета условий при построении севооборотов. Поэтому их проектирование необходимо осуществлять соответственно агроэкологи-ческим группам земель. На равнинах с уклоном до 1° проектируют интенсивные севообороты: зернопропашные, зернопаропропашные с участием сахарной свеклы, подсолнечника, кукурузы на зерно. В условиях зоны основой всех видов полевых севооборотов служит озимое звено.

С учетом складывающихся климатических и погодных условий вегетационного периода, во всех агроэкологических районах основными предшественниками озимых могут быть черный пар, многолетние бобовые травы (эспарцет, клевер) на один укос, горох, дополнительно к ним - бобово-злаковые и другие травосмеси на зеленый корм и сено, кукуруза ранних сроков уборки, гречиха.

В засушливых агроэкологических районах (южном, юго-восточном, юго-западном и восточном) наиболее целесообразно озимое звено с участием черного пара: черный пар - озимые, или засухоустойчивого непарового предшественника из группы зернобобовых: нут, чина или многолетние травы на один укос. Для более влагообеспе-ченных (северо-западного и северного) агроэкологических районов: сидеральный пар - озимые, занятый пар - озимые, озимые - непаровой предшественник (горох, гречиха).

В южном и восточном агроэкологических районах в связи с низкой влагообеспеченностью во все се-

вообороты необходимо вводить поле черного пара для размещения по нему озимых. Поле черного пара также обязательно в севооборотах с высоким насыщением зерновыми колосовыми культурами для борьбы с сорной растительностью и в севооборотах со значительным поступлением и накоплением негумифициро-ванного органического вещества в почве.

Объективная необходимость постоянного роста продуктивности земледелия и значительное возрастание проблемы воспроизводства плодородия почв требует разработки более эффективных приемов. Важным моментом здесь служит уменьшение доли чистых паров и переход на сидеральные пары, расширение посевов зернобобовых культур, в связи с этим возрастает роль многолетних бобовых трав в воспроизводстве плодородия почвы. Главным критерием введения или сокращения доли чистого пара и различных видов паров служит влагообе-спеченность территории. Так как посевы стратегической культуры (озимой пшеницы) целесообразно размещать по черному пару (до 50%), зернобобовым (20%), а остальные посевы - по однолетним и многолетним травам, то при соответствующей культуре земледелия в северном и северо-западном агроэкологических районах области доля чистого пара может быть сокращена и составлять в структуре посевных площадей около 5% к площади пашни и, соответственно, увеличена доля сидеральных и занятых паров, обеспечивающих поступление в почву органического вещества.

В юго-западном, юго-восточном и восточном агроэкологических районах, с более низкой влагообеспеченностью, для повышения устойчивости производства зерна доля чистого пара должна составлять 10-12%. Лишь в годы с высоким обеспечением влагой (ситуационно) возможно незначительное снижение площади черного пара с заменой его на занятый и сидеральный (до 25% в общей доли пара).

В интенсивных короткоротационных зерновых севооборотах в почву поступает много высокоуглеродистой органической массы. В таких севооборотах для оптимизации микробиологических процессов, направленных на создание гумусовых веществ и высокого уровня обеспеченности почвы элементами минерального питания, необходимо применять удобрения в дозах, сбалансированных по содержанию азота с учетом 10 кг д.в. на тонну высокоуглеродистых растительных остатков, или насыщать такие севообороты зернобобовыми культурами с остаточной биомассой, имеющей узкое отношение С : N. В короткоротационных зерновых севооборотах чередование двух разновидовых зерновых культур в звене с бобовыми обеспечивает высокоэффективное использование влаги. В чередовании кукуруза на зерно - ячмень - озимая пшеница коэффициент водо-потребления составляет 92,1 т/ц, в чередовании горох -озимая пшеница - ячмень - 86 т/ц зерна [17].

В короткоротационных специализированных зерновых севооборотах зерновые колосовые культуры во всех агроэкологических районах области могут занимать 50-75% площади, но такое насыщение допустимо только при включении в структуру чередования севооборота культур с высокими фитосанитарными свойствами: овса и гречихи, которые нормализуют экологическое состояние почвы.

Экологическую и экономическую целесообразность наличия чистых паров имеют южный и восточный агроэко-логические районы. На остальной территории области должны преобладать сидеральные и занятые пары. Чистые пары здесь могут вводиться в виде ремонтных полей и при усилении засушливости.

Таблица. оптимальные севообороты для плакорных агроландшафтов в агроэкологических районах воронежской области

Kin Агроэкологический район

N2 ПОЛЯ северо-западный, се- юго-западный, юго- восточный, юж-

верный восточный ный

1 пар (50% занятый + пар (50% черный + 50% сиде- черный пар

50% сидеральный) ральный или занятый)

2 озимые озимые озимые

3 сахарная свекла сахарная свекла/кукуруза подсолнечник

4 яровые зерновые яровые зерновые зернобобовые

5 горох зернобобовые (50% горох + озимые

50% нут)

6 озимые озимые кукуруза на зерно

7 подсолнечник подсолнечник яровые зерновые

8 яровые зерновые ячмень + эспарцет на сидерат просо

На основании проведенных исследований в многолетних стационарных опытах, результатов изучения севооборотов в производственных условиях, установленных закономерностей, в последние годы были разработаны и рекомендованы производству наиболее рациональные схемы севооборотов для плакорных агроландшафтов

во всех агроэкологических районах области (см. табл.). Существенным резервом в повышении производительности и эффективности земледелия при одновременном снижении удельных затрат служит видовая и сортовая адаптации возделываемых культур к местным почвенно-климатическим условиям.

выводы. Таким образом, агроэкологическое районирование Воронежской области и высокая дифференциро-ванность агроландшафтов с типизацией земель, а также более тщательный подбор культур и чередований с соответствующими агроэкологическими требованиями к условиям произрастания, позволят наиболее полно использовать почвенно-климатический потенциал территории землепользования и повысить эффективность земледелия.

Литература.

1. Лошаков В.Г. Севооборот и плодородие почвы. М.: ВНИИА, 2012. 512 с.

2. Коржов С.И., Трофимова Т.А. Севообороты ЦЧР: учебное пособие. Воронеж: Воронежский ГАУ, 2014. 159 с.

3. Листопадов И.Н. Севооборот: состояние, перспективы восстановления// Земледелие. 2008. № 7. С. 3-6.

4. Роль севооборотов и рациональных способов основной обработки почвы в системе земледелия/Л.Ю. Рыжих, Г.Ф. Ко-посов, А.И. Липатников, Т.Г. Кольцова//Земледелие. 2014. № 2. С. 14-16.

5. Турусов В.И., Гармашов В.М., Абанина O.A. Диверсификация культур и расширение состава предшественников под озимую пшеницу // Символ науки. 2015. № 7. С. 20-23.

6. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. Изд. 5-е, доп. и перераб. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.

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

8. Практикум по земледелию / под ред. С.А. Воробьева. Изд. 3-е, доп. и перераб. М.: Колос, 1967. 319 с.

9. Рымарь В.Т., Свиридов А.К., Черенков В.В. Теоретические и практические основы полевых севооборотов на черноземных почвах. Каменная Степь: Бутурлиновская типография, 2000. 216 с.

10. Агробиологические особенности размещения полевых культур в севооборотах юго-востока ЦЧЗ / В.Т. Рымарь, В.И. Турусов, С.В. Рымарь, А.К. Свиридов, А.Ф. Зубков. Каменная Степь - СПб: RIZO-печать, 2006. 72 с.

11. Сыромятников Ю.Д., Свиридов А.К. Многолетние травы в системе эколого-ландшафтного земледелия // Земледелие. 2007. № 2. С. 7-8.

12. Дудкин В.М. Севообороты в земледелии России. Курск: кгСХА, 1997. 156 с.

13. Адаптивно-ландшафтные системы земледелия Воронежской области/под общ. ред. А.В. Гордеева. Воронеж: Кварта, 2013. 443 с.

14. Кирюшин В.И. Теория адаптивно-ландшафтного земледелия и проектирование агроландшафтов. М.: Колос, 2011. 443 с.

15. Система земледелия нового поколения Ставропольского края: монография/В.В. Кулинцев, Е.И. Годунова, Л.И. Жел-накова [и др.] Ставрополь: АГРОРУС, 2013. 520 с.

16. Шакиров Р.С., Гилаев И.Г. Агрофизические свойства и водный режим серой лесной почвы при различных системах удобрения и способах обработки почвы на примере яровой пшеницы // Вестник Казанского ГАУ. 2013. № 4 (30). С. 160-164.

17. Черкасов Г.Н., Акименко А.С. Усовершенствованная база данных для автоматизированного проектирования системы севооборотов в хозяйствах Центрального Черноземья // Земледелие. 2015. № 6. С. 11-13.

18. Черенков В. В. Влияние различных чередований зерновых культур на плодородие почвы и урожайность в условиях юго-востока ЦЧЗ:дис.... канд. с.-х. наук. Каменная Степь, 1984. 356с.

OPTIMAL CROP ROTATIONS FOR uPLAND AGROLANDSCAPES OF THE SOuTH-EAST

of the central chernozem zone

V.I. Turusov, V.M. Garmashov, O.A. Abanina, T.I. Mikhina, N.V. Dronova

V.V. Dokuchaev Research Institute of Agriculture of the Central Chernozem Zone, uch. No 2, kvartal 5, Talovsky r-n, Voronezhskaya obl., 397463, Russian Federation

Summary. The purpose of our research was to develop and substantiate theoretically optimal designs of crop rotations for upland agro landscapes. Long-term investigations have been carried out since 2001 to present. It is found, that to productive use of soil and climate potential of upland agro landscapes cereals should occupy not less than 50% in the structure of crops. The fraction of leguminous should be 5-10%, technical crops - 15-20%, silage and fodder crops, perennial grasses - 20%, bare and seeded fallows - 5-10%. In order to develop more adapted cropping systems, taking into account soil and climatic conditions, agricultural land erosion, soil structure, it was conducted agro-ecological division of the region. As a result, the region was divided into six agro-ecological regions: northwest, north, southwest, southeast, east and south. Afterwards, for each agro-ecological region the optimal crop rotations were developed and substantiated for upland agricultural landscapes of the south-east of the Central Chernozem Region. On the upland soils with a slope up to 1 degree it should be designed intensive crop rotations: grain-row, grain-fallow-row with sugar beet, sunflower, and corn for grain. Under conditions of the zone the basis for all kinds of field crop rotations is a winter crops, and the major preceding crops for them are bare fallow, perennial legumes (sainfoin, clover) for one cut, peas, in addition to them - legume-cereal and other grass mixtures for green forage and hay, corn of early harvesting, buckwheat. Further improvement in crop rotations of landscape systems of agriculture should be based on further adaptation of crops in accordance with soil-climatic conditions. Keywords: soil-climatic potential, agro-ecological region, crop rotation, preceding crop, winter crop part.

Author Details: V.I. Turusov, corresponding member of the RAS, director (e-mail: niish1c@mail.ru); V.M. Garmashov, Cand. Sc. (Agr.), head of division; O.A. Abanina, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow; T.I. Mikhina, research fellow; N.V. Dronova, junior research fellow. For citation: Turusov V.I., Garmashov V.M., Abanina O.A., Mikhina T.I., Dronova N.V. Optimal Crop Rotations for Upland Agrolandscapes of the South-East of the Central Chernozem Zone. Dostizheniya naukii tekhniki APK. 2016. Vol. 30. No 2.Pp. 54-57 (in Russ.).