Основы модернизации севооборотов и формирования их систем в соответствии со специализацией хозяйств Центрального Черноземья

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗЕМЛИ И СИСТЕМЫ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

УДК 631. 582

Основы модернизации севооборотов и формирования их систем в соответствии со специализацией хозяйств Центрального Черноземья

Г.Н. ЧЕРКАСОВ, доктор сельскохозяйственных наук, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник (e-mail: vniizem@mail.ru) А.С. АКИМЕНКО, доктор сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии, ул. Карла Маркса, 70 б, Курск, 305021, Российская Федерация

Научная основа модернизации севооборотов и формирования их систем независимо от производственного направления сельхозпредприятий - решение задачи устойчивого роста продуктивности пашни с воспроизведением плодородия почв. В плане последнего учтены следующие закономерности: обменная энергия (в ГДж) вещества растений равна полусумме азота и пентаоксида фосфора (в кг); энергосодержание гумуса (в ГДж) равно половине заключенного в нем азота (в кг). При достаточной тепловлагообеспеченности фактическая продуктивность превышает фоновую в силу интенсивного потребления растениями продуктов минерализации гумуса. Азот удобрений обеспечивает прирост продуктивности пашни и сокращение расхода гумуса, а также способствует увеличению уровня плодородия почвы. В формировании последнего весьма значимы факторы биологизации: высокая эффективность сидерата связана как с большим количеством легкоразлагаемого органического вещества, так и с сокращением непроизводительных потерь воды и углерода в паровом поле; сравнительно большое отчуждение азота бобовыми культурами в 1,5-2 раза компенсируется симбиотической азотофиксацией; с ботвой сахарной свеклы в почву возвращается до 40 ГДж/га быстро трансформируемой обменной энергии. Модернизацию следует осуществлять путем адекватного выбора специализации за счет первоочередного учета особенностей агроландшафта; оптимальной доли и благоприятного размещения высокопродуктивных (с позиций специализации) культур; рационального

сочетания химических и биологических удобрительных средств.

Ключевые слова: севообороты, система севооборотов, структура посевных площадей, производственное направление (специализация) сельхозпредприятий, энергия, гумус, азот, Центральное Черноземье.

Для цитирования: Черкасов Г.Н., Акименко А.С. Основы модернизации севооборотов и формирования их систем в соответствии со специализацией хозяйств Центрального Черноземья//Земледелие. 2017. № 4. С. 3-5.

Актуальность модернизации севооборотов и формирования их систем определяют следующие реалии: специализация сельхозпредприятий, способствующая освоению достижений научно-технического прогресса; селекционные достижения, которые, наряду с повышением генетического потенциала, позволяют расширить возможности интродукции растений, позволяющей сохранять видовое разнообразие при специализации; совершенствование агротехнологий; обострение экологической ситуации и ряд причин организационно-экономического порядка.

Цель исследования - установить научные основы модернизации севооборотов и их систем.

Для ее достижения была поставлена задача - определить общие закономерности изменения продуктивности пашни и плодородия черноземов, разработать на их основе меры по модернизации севооборотов и формированию их систем.

Концептуальную основу исследований составляли: естественнонаучные причины чередования культур, которые конкретизируются и уточняются по мере развития теории и практики севооборота [1]; функциональная роль севооборотов как «механизма» управления вещественно-энергетическими потоками в системе «почва - посевы -атмосфера» и их системы как плановой основы использования пахотных земель; Программа устойчивого развития, принятая 2-й Международной конференцией ООН (Рио-де-Жанейро, 1992); рассмотрение почвы в качестве базисной основы жизнеобеспечивающих функций биосферы.

В ходе проведения исследований был выполнен анализ экспериментального материала, полученного в многолетних стационарных опытах научно-исследовательских учреждений Центрального Черноземья (по публикациям) и в стационарном опыте ВНИИЗиЗПЭ по изучению эффективности сочетания антропогенных и биологических удобрительных средств в севооборотах разного вида (заложен всеми полями одновременно в 1991 г на черноземе типичном с содержанием гумуса в пахотном слое 5,3-5,4 %).

Очевидное и наиболее реальное направление повышения продуктив-

1. Энергетическая характеристика ведущих полевых культур в научно-обоснованных севооборотах Центрального Черноземья*

Культура Реализация тепловлаго-обеспечен-ности,% Накапливаемая энергия, ГДж /га Отчуждение азота, кг

общая обменная

вся отчуждаемая

Озимая пшеница 60-67 190-210 75-85 70-77 80-88

Ячмень 56-60 180-210 65-80 60-70 68-80

Кукуруза на зерно 78-89 200-230 90-110 80-95 90-110

Зернобобовые 49-52 95-120 40-50 32-40 37-46

Крестоцветные масличные 55-61 180-210 30-40 20-30 23-35

Подсолнечник 82-89 210-235 45-60 26-35 30-40

Сахарная свекла 92- 96 225-260 180-210 145-175 165-200

Бобовозлаковые смеси

на корм 43-48 90-110 40-50 40-50 45-57

Кукуруза на силос 69-80 190-220 80-90 80-90 90-105

Многолетние травы 86-93 215-240 110-120 110-120 125-137

Сидеральные пары 39-42 80-95 40-55 0 ,0 0 ,0

*Наличие интервала в значениях связано с соответствием условий природно-ресурсных подзон биологическим особенностям культур.

Ы (D 3 ü

(D

д

(D

5

(D

-Ь 2 О

2. Продуктивность свекловичных севооборотов в зависимости от уровня воспроизводства плодородия,

ГДж/га обменной энергии в год

Внесение на 1 га в год Формирование продуктивности за счет Продуктивность

навоз, т NРК фонового плодородия расхода гумуса навоза и NРК сидерата расчетная фактическая с учетом баланса гумуса

Воронежский ГАУ, среднее за 8 лет [6]

0,0 0,0 1) черный пар; 2) озимая пшеница; 3) сахарная свекла; 4) ячмень 26,1 26,9 0,0 0,0 53,0 53,0 26,1

0,0 ^5Р75К75 N Р К 37 37 37 33,5 16,6 10,5 0,0 60,6 61,6 45,0

10,0 44,3 2,1 13,4 0,0 59,8 62,7 60,6

1) сидеральный пар; 2) озимая пшеница; 3) сахарная свекла; 4) ячмень

0,0 N Р К 60 75 75 31,1 3,1 8,4 « 20,0 62,6 64,4 61,3

10,0 N Р К 22 37 37 32,4 0,0 11,7 « 20,0 64,1 63,6 76,0

ВНИИЗ и ЗПЭ, среднее за 25 лет

6,0 1) черный пар; 2) озимая пшеница; 3) сахарная свекла; 4) кукуруза на силос; 5) ячмень 0,0 25,0* 29,4 4,9 0,0 59,3 52,4 23,0

12,0 N Р К 37 37 40 1) сидерал 27,2 23,3 15,0 0,0 65,5 61,2 37,9

ьный пар; 2) озимая пшеница; 3) сахарная свекла; 4) кукуруза на силос; 5) ячмень

6,0 0,0 25,0* 16,8 4,9 18,0 64,7 55,9 39,1

12,0 ^7Р37 К40 28,4 8,9 15,0 18,7 71,0 64,8 55,9

* - среднеарифметическое из слабоудобренных вариантов в зернопаропропашных севооборотах стационарных опытов в Центральном Черноземье.

ности пашни независимо от специализации - оптимальное насыщение севооборотов высокопродуктивными культурами, соответствующими производственному направлению сельхозпредприятий. Полнота использования агроклиматической составляющей природно-ресурсного потенциала (соответственно и накопление энергии в урожае) увеличивается по мере удлинения периода вегетации (табл. 1). Качество энергии растений любого хозяйственного назначения определяет их ботаническая принадлежность. Наибольшая доля эквивалентной сбору кормовых единиц обменной энергии (1 ц равен 1,165 ГДж) характерна для сахарной свеклы, высока она у кормовых и сидеральных культур. Содержание обменной энергии в основной продукции зерновых, зернобобовых и масличных культур в 5-6 раз больше, чем в побочной.

Отчуждение накопленной энергии с товарной частью урожая сопряжено с расходом почвенного плодородия, что обусловливает снижение продуктивности пашни пропорционально степени несоблюдения закона возврата [2, 3, 4]. Поэтому необходимо комплиментарное решение задачи формирования продуктивности севооборотов с обеспечением способности почвы «поставлять» требуемый для этого «строительный» материал (воду, углекислый газ, азот и зольные элементы), в потреблении которого посевами существуют достаточно N точные количественные закономер-о ности [5], из которых в плане согласо-^ вания продуктивности с воспроизвод-^ ством плодородия важны следующие: о» обменная энергия (в ГДж) вещества | растений равна полусумме (в кг) азота и пентаоксида фосфора; энер- госодержание гумуса (в ГДж) равно 5 половине заключенного в нем азота $ (в кг), другими словами при минера-

лизации 1 т гумуса, содержащего 23 ГДж энергии, в доступное состояние переходит 46 кг азота.

Положительное действие удобрительных средств на продуктивность и плодородие подтверждают как результаты наших исследований (табл. 2), так и данные других научных учреждений региона [7, 8, 9, 10]. Удобрительные средства используются как на рост урожайности, так и на воспроизводство плодородия благодаря повышению фоновой продуктивности и сокращению расхода гумуса по мере увеличения количества азота в минеральных удобрениях и обменной энергии в органических удобрениях. Поэтому продуктивность севооборотов следует оценивать по сумме обменной энергии в урожае и энергии баланса гумуса.

Фоновая продуктивность зависит от количества доступных форм азота и зольных элементов, а также органического вещества, которое служит основным поставщиком СО2 для первичных реакций фотосинтеза. При достаточной (с позиций потребности растений) тепловлагообеспеченности фактическая продуктивность превышает фоновую в силу интенсивного потребления растениями продуктов (конечных и промежуточных) минерализации гумуса.

Азот удобрений обеспечивает прирост продуктивности пашни и сокращение расхода гумуса, а также способствует повышению уровня фонового плодородия. В формировании последнего весьма значимы факторы биологизации: высокая эффективность сидерата связана как с большим количеством легкоразлагаемого органического вещества, так и с сокращением непроизводительных потерь воды и углерода в паровом поле; сравнительно большое отчуждение азота бобовыми культурами в 1,5-2 раза компенсируется симбиотической

азотофиксацией, о чем убедительно свидетельствует сопоставление ее размеров с выносом азота; с ботвой сахарной свеклы в почву возвращается до 40 ГДж/га быстро трансформируемой обменной энергии.

Формирование системы севооборотов определяет независимая от хозяйственных целей противоэрози-онная организация территории пахотных земель, что предопределяет рост эрозионной опасности по мере увеличения крутизны склонов и неодинаковая почвозащитная способность культур, возрастающая в ряду: чистый пар, пропашные, яровые сплошного способа посева, озимые, многолетние травы. Система севооборотов должна обеспечивать соответствующую специализации структуру посевных площадей, что возможно только при преобладании не подверженных эрозии почв. Поэтому выбор производственного направления сельхозпредприятий, формирование систем севооборотов и их схем зависит от условий агроландшафта [11].

Комплекс мер по предотвращению эрозионных процессов, повышению продуктивности и воспроизводству плодородия во многом зависит от специализации сельхозпредприятий (табл. 3). При этом адаптация к особенностям агроландшафта обеспечивается всесторонне обоснованным выбором производственного направления; плодосмен - адекватностью места культур и их доли в севооборотах с учетом специализации [4]; приоритетность удобрительных средств в их структуре - компенсацией отчуждения обменной энергии, в том числе за счет культур азотона-копителей и побочной продукции с учетом ее количества и качества.

Таким образом, снижение продуктивности пашни во времени, обусловленное убылью гумуса в связи с отчуждением содержащейся

Scientific Basis of Modernization of Crop Rotations and Formation of Their Systems According to the Specializations of Farms in the Central Chernozem Region

G.N. Cherkasov, A.S. Akimenko

All-Russian Research Institute of Farming and Soil Protection from Erosion, ul. Karla Marksa, 70b, Kursk, 305021, Russian Federation

3. Принципиальные условия для взаимосвязи роста продуктивности с воспроизводством плодородия

Показатель

Производственное направление

свекловодство

производство свинины и продуктов птицеводства

производство молока и говядины

Агроландшафт-ное основание для специализации

Значимые звенья узкоспециализированных севооборотов на пашне до 3°

Удобрительные средства

доля пашни в землепользовании > 70 %, в том числе до 3° > 70 % сидеральный пар -озимая пшеница -сахарная свекла -зернобобовые, кукуруза на силос, ячмень

минеральные удобрения; навоз;

зеленое удобрение;

побочная продукция._

доля пашни до 3° > 70 % ограничений нет*

горох - озимые зернофуражные - кукуруза на зерно;

зернобобовые - ячмень - кукуруза; зернобобовые - кукуруза - сидеральный пар навоз;

минеральные удобрения;

симбиотическая азото-фиксация;

побочная продукция; зеленое удобрение.

многолетние травы** - озимые зерновые - корнеплоды -кукуруза на силос; кукуруза - однолетние травы - многолетние травы симбиотическая азотофиксация; навоз;

минеральные удобрения;

отава на сидерат; побочная продукция.

*благодаря возможности варьирования долей кукурузы на силос и многолетних трав в структуре кормового клина ** под покров однолетних

в нем обменной энергии, устранимо при соблюдении закона возврата. Для достижения устойчивого роста продуктивности одновременно с воспроизводством плодородия необходимо эффективное использование природно-ресурсного потенциала посредством выбора оптимальной доли и благоприятного размещения высокопродуктивных (с позиций специализации) культур; рационального сочетания антропогенных и биологических удобрительных средств, включая побочную продукцию с неодинаковой скоростью минерализации; использования способов усиления азотофиксации. Агроэколо-гический критерий системы севооборотов - отсутствие культур с низкой почвозащитной способностью на эрозионно-опасных участках, хозяйственный - соответствие структуры посевных площадей специализации сельхозпредприятий, которую необходимо устанавливать на этапе анализа агроландшафтных условий, предшествующем разработке конкретных систем севооборотов.

Литература.

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

2. Минакова О.А., Тамбовцева Л.В., Александрова Л.В. Динамика показателей продуктивности сахарной свеклы в 1996-2008 гг. при применении удобрений в стационарном опыте // Докучаевское наследие: итоги и перспективы развития научного земледелия в России: сб. Каменная Степь: Изд. «Истоки» 2012. С. 126-129.

3. Лазарев В.И., Золотарева И.А., Хижняков А.Н. Эффективность влияния отдельных видов минеральных удобрений и их сочетаний на продуктивность культур зернопропашного севооборота // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. № 3. С. 46-51.

4. Черкасов Г.Н., Акименко А.С. Совершенствование севооборотов и структуры посевных площадей для хозяйств различной специализации Центрального Черноземья // Земледелие. 2016. № 5. С. 8-11.

5. Акименко А.С. Методика использования ресурсов в земледелии на основе информационно-энергетического анализа / под редакцией В.М. Володина. Курск: Изд. «ЮМЭКС», 2000. 76 с.

6. Дедов А.В., Придворев Н.И., Кузнецова Л.П. Воспроизводство плодородия черноземов в севообороте // Земледелие. 2013. № 4. С. 5-7.

7. Лазарев В.И. Динамика эффективного плодородия типичных черноземов в различных агроэкосистемах в условиях Курской области // Агрохимия. - 1997. № 6. С. 5-9.

8. Ступаков А.Г., Дубич А.В. Система удобрения культур зерносвекловичного севооборота при бездефицитном балансе гумуса в почве в связи с симбиотическим азотом // Теория и практика использования агрохимических средств в современном земледелии Центрально-Черноземных областей России: сб. Белгород: Изд. «Крестьянское дело», 2002. С. 173-183.

9. Соловиченко В.Д., Тютюнов С.И., Уваров Г.И. Воспроизводство плодородия почв и рост продуктивности сельскохозяйственных культур Центрально-Черноземного региона. Белгород: Изд. «Отчий край», 2012. 255 с.

10. Турусов В.И. Научно-обоснованные севообороты - основа рационального использования почв и воспроизводства плодородия // Почвозащитное земледелие в России: сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 45-летию Всероссийского НИИ земледелия и защиты почв от эрозии. ФГБНУ ВНИИЗиЗПЭ, Курск. Курск: ФГБНУ ВНИИЗиЗПЭ, 2015. С. 6-12.

11. База данных структуры посевных площадей и системы севооборотов для автоматизированного проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия в Центральном Черноземье / Г.Н. Черкасов, А.С. Акименко, Н.П. Масю-тенко и др. Курск, 2013. 54 с.

Abstract. The scientific basis of modernization of crop rotations and formation of their systems independently of the production specialization of a farm is the solution of the task of sustainable growth of plowland productivity together with soil fertility reproduction. To achieve the latter goal the following regularities are considered: exchangeable energy (GJ) of plant substance equals half-sum of nitrogen and phosphorus pentaoxide (kg); humus energy content (GJ) equals half of nitrogen (kg) within it; when heat and moisture supply is sufficient the actual productivity exceeds the background one because of intensive consumption of humus mineralization products by plants. Fertilizer nitrogen ensures the increase in the plowland productivity and the decrease in humus consumption and it also facilitates the growth of the background soil fertility. In the formation of the latter biologization factors, such as green manure, legumes are most significant. The high efficiency of green manure is connected both with a large amount of easily decomposed organic matter and with the reduction of non-productive loss of moisture and carbon in the fallow field. Comparatively large nitrogen removal with legume crops is compensated 1.5-2 times by symbiotic nitrogen fixation. Up to 40 GJ/ ha of quickly transformed exchangeable energy is given back to the soil with sugar beet tops. Modernization should be implemented by means of adequate choice of farm specialization considering, first of all, the specific features of an agrolandscape; an optimal share and favorable arrangement of highly productive crops from the point of view of specialization; a rational combination of chemical and biological fertilizing means.

Keywords: crop rotations, crop rotation system, structure of sown area, production direction (specialization) of farms, energy, humus, nitrogen, Central Chernozem Region.

Author Details: G.N. Cherkasov, corresponding member of the RAS, D. Sc. (Agr.), W chief research fellow (e-mail: vniizem@mail. M ru); A.S. Akimenko, Dr. Sc. (Agr.), head of W laboratory. Ja

For citation: Cherkasov G.N., Akimenko § A.S. Scientific Basis of Modernization of Crop a Rotations and Formation of Their Systems z According to the Specializations of Farms in 4 the Central Chernozem Region. Zemledelie. 2 2017. No. 4. Pp. 3-5 (in Russ.). °

7