Водопотребление яровой твёрдой пшеницыв зависимости от погодных факторов и технологическихприёмов в степи оренбургского Зауралья

Водопотребление яровой твёрдой пшеницы в зависимости от погодных факторов и технологических приёмов в степи оренбургского Зауралья

А.Г. Крючков, д.с.-х.н., профессор, ФГБНУ Оренбургский НИИСХ

В степной зоне оренбургского Зауралья важны приёмы, способствующие рациональному использованию влаги. Оценку приёмов принято

проводить по коэффициенту водопотребления на единицу продукции.

Исследователи на протяжении десятилетий прошлого и начала текущего века приводили и приводят многочисленные данные по величине этого коэффициента в своих экспериментальных

работах, стремясь обосновать рациональность использования влаги возделываемыми культурами.

В основу определения этого коэффициента положены расчёты потребления доступной растениям влаги на конечную продукцию [1]. Данный показатель является весьма общим, не дающим конкретного представления о том, какие факторы и в какой степени, а также их взаимодействие повлияли на параметры водопотребления. Какова степень связи и можно ли описать зависимость этого коэффициента от условий внешней среды и применённых технологических приёмов, выразить её математическими уравнениями, на базе которых глубже понять роль главных действующих погодных факторов и оценить возможности преодоления их отрицательного или усиления положительного действия с помощью технологических приёмов?

Поскольку в ранее выполненных нами работах [2—4] эти вопросы не затрагивались, мы посчитали необходимым обобщить основные результаты исследований.

Материалы и методика исследований. Материалами для исследований послужили трёхлетние (2001—2003 гг.) полевые эксперименты [5] на чернозёме южном с тремя сроками сева (I, II, III декады мая), тремя нормами высева (2,5; 3,5 и 4,5 млн всх. семян на 1 га) на двух фонах — пар без удобрений и пар с внесением Р40 в условиях Восточного опорного пункта ФГБНУ «Оренбургский НИИСХ» (Адамовский район, ФГУП «ОПХ «Советская Россия») и данные наблюдений о погоде АГМС «Айдырля» и МП «Адамовка».

Корреляционно-регрессионные связи оценивали по Б.А. Доспехову [6], коэффициенты засушливости, дискомфортности, технологической нагрузки и оптимальности рассчитывали по своим оригинальным методикам (А.Г. Крючков), показатель атмосферной засушливости (ПаЗ-1) по С.С. Синицыну (2002) [7]. Расчёты выполнены на ПЭВМ с использованием программы Statsgrafiks.

Результаты исследований. По нашим данным, за годы опытов коэффициент водопотребления твёрдой пшеницы Оренбургская 10 при различных технологиях выращивания изменялся от 370,1 до 725,4 м3 на 1 т зерна, составляя в среднем по опыту 540 м3 на 1 т.

Коэффициент водопотребления увеличивался при третьем сроке сева (на 33 м3/т, или 6,2%) по сравнению с первым сроком сева, а также вторым (на 4 м3/т, или 0,8%). Выше он был как при разреженном посеве (2,5 млн всхожих семян на 1 га, на 74 м3/т, или 14,7%), так и в загущенном посеве (4,5 млн на 36 м3/т или 7,1%) по сравнению с посевом нормой высева 3,5 млн всхожих семян на 1 га.

Удобрение способствовало снижению коэффициента водопотребления на 35 м3/т, или 6,3%. Среди всех изученных вариантов технологии выращивания твёрдой пшеницы Оренбургская 10 наименьший коэффициент водопотребления был

характерен для посевов в первый и второй сроки сева нормой высева 3,5 млн всхожих семян на 1 га по пару, удобренному Р4О кг д.в. на 1 га (472482 м3 на 1 т зерна), а также 3,5 млн в первый срок сева по фону без удобрений (501 м3/т), 4,5 млн в этот же срок по удобренному фону (508 м3/т), 4,5 млн во второй срок по удобренному фону (515 м3/т) и 3,5 млн в третий срок сева по удобренному фону (503 м3/т).

Полученные данные полевого эксперимента не позволяли понять, каким образом на его результатах сказываются погодные факторы за все годы его проведения, какие из них главные и как зависит коэффициент водопотребления яровой твёрдой пшеницы на единицу продукции от этих факторов, их сочетаний и технологических приёмов.

Решение этой задачи было возможно лишь с применением методов математического модели -рования.

Как показал корреляционно-регрессионный анализ, среди 12 факторов погоды и их сочетаний наиболее напряжённые связи коэффициента водо-потребления при выращивании яровой твёрдой пшеницы по пару без удобрений существуют с 8 факторами и обобщающими коэффициентами. За период посева — полной спелости это — среднесуточная температура воздуха (лух= 0,917), коэффициент засушливости (^ух= 0,901), показатель атмосферной засушливости (^ух= 0,896), сумма влаги (запас в почве к севу + осадки за вегетацию) (^ух= 0,877), осадки (^ух= 0,870), коэффициент дискомфортности (^ух= 0,861), запас влаги к севу в метровом слое (^ух= 0,859) и сумма температур воздуха за вегетацию (^ух= 0,802). Связи с коэффициентом оптимальности (лух= 0,751), среднесуточным dW воздуха (^ух= 0,717) отражали уравнениями 56,39—51,74% случаев, а с коэффициентом влагообеспеченности (^ух= 0,696), X)dW воздуха (^ух= 0,563), относительной влажностью воздуха (^ух= 0,370), нормой высева (^ух= 0,580), сроком сева (^ух= 0,484) и коэффициентом технологической нагрузки не получено уравнений, удовлетворяющих критерию Фишера.

Графический анализ полученных уравнений (рис. 1) показывает, что наименьший коэффициент водопотребления — 483,5 м3/т проявляется при среднесуточной t воздуха 17,2°С. Он возрастает до 630 м3/т при снижении её до 16,1°С и до 712,5 м3/т при повышении до 18,7°С.

Расчёт коэффициентов водопотребления в зависимости от среднесуточной t воздуха и коэффициента засушливости может быть проведён по уравнениям:

1) у = 33275,92-3800,347х + 110,106х2± 37 м3/т для 84,06% случаев, где х — среднесуточная t воздуха, °С;

2) у, = 633,0005 + 308,9676х1 — 2114,647х12 ± 42,66 м3/т для 81,25% случаев, где х1 — коэффициент засушливости, ед.

-в- -0,0700 0,050« 0,1700 0,2900 0,4100 3 -0,1025 0,1550 0,4125 0,670 0,0276

§. Коэффициент засушливости, ед. И Коэффициент дискомфортности, ед.

Рис. 1 - Зависимость коэффициента водопотребления яровой твёрдой пшеницы от погодных факторов за период: посев - полная спелость по пару без удобрений

797,9

-е--е-

^ 683,7 £ 569,5

455,2 341,0

У

У

<

*

I 1

£ 2

к' 797'9 Я

3 683,7

и В, И

§ 569,5 я о а

Б 455,2

1630 1682 1733 1784 1835 3

Сумма температур »и период: посев - полная спелость",С

341,0

59,5 78,1 96,6 115,1 133,7

Осанки чя прпиш: погек - мллнмя спелпгтк. мм

__

1

*

я 797,9

•Я 683,7

569,5 455,2

-е-

-в-

341,0

135,8 144,1 152,4 160,7 169,0

Запас влаги в почве к севу, мм

)

Й" 797,9

я" =

% 683,7

в 569,5

в о 03

| 455,2 в я в е--е-

о о

и

в- 341,01

16,10

И

^ у

о

к 0

8

16,75 17,40 18,05

Среднесуточная t воздуха за период: посев - полная спелость°С

18,70

-о-

О

Ь!

195,3 220,2 245,1 270,0 294,9

Сумма влаги за период: посев - полная спелость, мм

с И

1

797,9

683,7

569,5

455,2

341,0

-в--в-

__тг~ •

!

5,

-12,00 4,80 21,60 38,40

ПаЗ-1 за вегетацию, мм

55,20

5? 797,9

я" в

% 683,7

хо

V

в.

I 569,5

я 455,2

341,0

16,10 16,75 17,40 18,05

Среднесуточная 1 воздуха за период: посев - полная спелость°С

18,70

--- О *

ч 0

N ч

с

797,9

к в

Е 569,5 с '

с

= 455,2

-в-341,0

X

При увеличении ПаЗ-1 от -12 до +10,17 мм коэффициент водопотребления возрастает с 603 до 646,0 м3/т, достигая максимума, а затем наблюдается его снижение до 432,4 м3/т при 55,2 мм.

По мере наращивания величины коэффициента засушливости с 0,07 до 0,073 ед. водопотребление растёт с 603 м3/т на 1 т зерна до 644,3 м3/т, а за-

тем снижается до минимума — 404,2 м3/т при его величине 0,41 ед.

С увеличением суммы влаги от 195,3 до 294,9 мм, запасов влаги к севу от 135,8 до 162 мм и осадков от 59,5 до 114,4 мм коэффициенты водопотребления увеличиваются от 395,6 до 643,9 м3/т, от 405,2 до 630,3 м3, от 397,3 м3 до 32,9 м3 на 1 т зерна, затем просматривается их снижение.

Рис. 2 - Зависимость коэффициента водопотребления яровой твёрдой пшеницы от погодных факторов за период: посев - полная спелость по удобренному пару

Сумма температур воздуха оказывает действие, аналогичное среднесуточной температуре. Первоначально от 1630°С до 1713,2°С наблюдается сни-

жение коэффициента водопотребления от 618,4 до 508,6 м3/т, а затем повышение его до 742,3 м3/т при 1835,2°С.

Важно отметить его сильную связь с коэффициентом дискомфортности. По мере роста коэффициента дискомфортности от -0,1025 до +0,9276 коэффициент водопотребления снижается с 633,1 до 492,6 м3/т зерна.

В то же время повышение коэффициента оптимальности вело к увеличению коэффициента водопотребления от 505,2 до 608 м3/т при значениях от 0,439 и до 5,23 ед.

На фоне удобренного пара наиболее напряжённо проявляются зависимости коэффициента водопо-требления от коэффициентов дискомфортности ("Лух= 0,926), засушливости (^ух= 0,914) и показателя атмосферной засушливости (ПаЗ-1) (^ух= 0,916) (рис. 2). После них следуют сумма влаги (^ух= 0,899), осадки (^ух= 0,896), среднесуточная t воздуха (^ух= 0,889), сумма температур воздуха (^ух= 0,870), запас влаги в почве (^ =0,835), коэффициент оптимальности (лух= 0,833) и коэффициент вла-гообеспеченности (^ух= 0,725).

Связи с XdW воздуха, среднесуточным dW воздуха и относительной W воздуха были слабее (^ух= 0,668—0,247). Коэффициенты связи со сроком сева (^ух= 0,594) и нормой высева (^ух= 0,688) были невысокими и не позволили получить адекватные уравнения, лишь их совместное действие в виде коэффициента технологической нагрузки, объединяющего срок сева, норму высева и удобренность посева (х), сильно коррелирует с коэффициентом водопотребления (лух= 0,881) и в 77,68% случаев он (у) может быть рассчитан по уравнению вида: у = 468,699 - 9,853х + 9,5917х ± 21,04 м3/т. Согласно ему с увеличением коэффициента технологической нагрузки от 1 до 3,84 ед. коэффициент водопотребления повышается с 468,4 до 572,3 м3 на 1 т зерна.

По мере увеличения коэффициента дискомфортности от -0,1025 до 0,9276 коэффициент водопотребления снижается с 590,4 до 406 м3/т зерна по уравнению вида: у = 581,9684-92,7026х - 101,9784х2± 26,91 м3/т для 85,68% случаев.

Увеличение коэффициента засушливости (х) от -0,07 до +0,053 ед. вначале повышает коэффициент водопотребления с 570,7 до 597,7 м3/т, а затем снижает его до 389,45 м3/т при 0,41 ед. по уравнению: у = 592,178 + 196,482х2- 1682,22х22± 35,08 м3/т для 83,49% случаев.

Рост показателя атмосферной засушливости от -12 до 8,41 мм сопровождается ростом коэффициента водопотребления с 563,8 до 601 м3/т, а затем снижением до 411,3 м3/т при ПаЗ-1, равном 55,2 мм.

Приближаются к этим сочетаниям действующих факторов осадки (^ух= 0,896), среднесуточная t воздуха (^ух= 0,889), сумма влаги (лух= 0,889) и сумма температур воздуха (^ух= 0,870).

Действие среднесуточной t воздуха и её суммы имеет однозначную направленность: вначале коэффициент водопотребления с повышенного

при пониженных температурах и суммах падает до минимума, а затем вновь наблюдается увеличение этого коэффициента до максимума.

При изменении среднесуточной t воздуха с 16,1 до 17,3°С и ХТ с 1630° до 1715°С коэффициент водопотребления снижается до 461,8 и 479,7 м3/т, а затем увеличивается до 637,3 и 672,5 м3/т.

Наращивание количества осадков с 59,5 до 114,5 мм и суммарной влаги со 195,3 до 294,9 мм сопровождается ростом коэффициента водопотребления с 381,6 до 589,7 и с 378,8 до 595,4 м3/на 1 т зерна. В таком же направлении действует запас влаги к севу. Его повышение со 135,8 до 161,2 мм вызывает рост этого коэффициента с 397,2 до 580,3 м3/т.

Выводы. В засушливой степи оренбургского Зауралья при выращивании яровой твёрдой пшеницы по пару без удобрений величина коэффициента водопотребления формируется под влиянием разнонаправленного действия погодных факторов. В наибольшей степени оно зависит от среднесуточной температуры воздуха (лух= 0,917) и коэффициента засушливости (лух= 0,901).

При этом закономерности в изменении коэффициента водопотребления под действием сроков сева и норм высева не удалось достоверно описать уравнениями, что может свидетельствовать о превалирующем действии погодных и других неучтённых природных факторов.

По удобренному пару коэффициент водопо-требления наиболее тесно связан с величинами коэффициента дискомфортности (лух= 0,926), показателем атмосферной засушливости (ПаЗ-1) (лух= 0,916) и коэффициентом засушливости (Лух= 0,914) При этом усилилась значимость коэффициента технологической нагрузки. Его роль стала более закономерной.

Из этого следует возможность более эффективного использования резервов влаги на формирование 1 т зерна яровой твёрдой пшеницы при внесении в пар фосфорного удобрения при регулировании нормы высева в сочетании со сроком сева.

Литература

1. Каюмов М.К. Программирование урожаев сельскохозяйственных культур. М.: Агропромиздат, 1989, 320 с.

2. Крючков А.Г. Основные принципы и методология агроэко-логического районирования зерновых культур в степи Южного Урала. М.: Вестник РАСХН, 2006. 704 с.

3. Крючков А.Г., Тейхриб П.П., Попов А.Н. Твёрдая пшеница (современные технологии возделывания). Оренбург: ООО «Оренбургское книж. изд-во», 2008. 704 с.

4. Крючков А.Г. Моделирование высокопродуктивных посевов в степном регионе Южного Урала. Оренбург: ООО «Агентство «Пресса», 2014. 520 с.

5. Крючков А. Г., Тейхриб П. П. Материалы полевых опытов с яровой твёрдой пшеницей на Восточном опорном пункте ФГБНУ «Оренбургский НИИ сельского хозяйства» за 2001-2003 гг. Оренбург, 2004.

6. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1979. 416 с.

7. Синицын С.С. Показатель и результаты сравнения агроклиматических условий регионов - аналогов производства высококачественной яровой пшеницы // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2002. № 2. С. 35-39.