Влияние предшественников на продуктивность яровой твёрдой пшеницы, усвоение осадков и весенние запасы влаги в почве на чернозёмах южных степной зоны Южного Урала

194 Кормопроизводство и корма

УДК 631.11:631.432.2

Влияние предшественников на продуктивность яровой твёрдой пшеницы, усвоение осадков и весенние запасы влаги в почве на чернозёмах южных степной зоны Южного Урала

Н.А. Максютов, В.Ю. Скороходов, Д.В. Митрофанов, Ю.В. Кафтан, Н.А. Зенкова, В.Н. Жижин

ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук»

Аннотация. В статье приводятся результаты многолетних стационарных исследований в опытах по изучению различных предшественников яровой твёрдой пшеницы. Изучены двупольные, четырёхпольные, шестипольные севообороты и бессменные посевы яровой твёрдой пшеницы. Впервые на чернозёмах южных под эту культуру апробируются сидеральные пары в системе различных видов севооборотов. В качестве сидератов применялись горох, яровой рапс и вика.

Зелёное удобрение используется для обогащения почвы биологическим азотом. В связи с чем в опытах взяты культуры с наибольшим содержанием в них белка. При пожнивной сидерации для защиты почвы от всех видов эрозии в опытах изучается суданская трава. При этом эффективность паров в статье рассматривается только по первой культуре - яровой твёрдой пшенице.

Установлено, что в сравнении с контролем (пар чёрный) применение под яровую твёрдую пшеницу полной и пожнивной сидерации более эффективно. Обусловлено это, прежде всего, особенностями водного режима почвы. В почвозащитном и сидеральном парах в результате использования почвенной влаги парозанимающими культурами её значительно меньше, а за счёт лучшего усвоения осадков, особенно весенних талых вод, количество продуктивной влаги выравнивается в сравнении с чёрным паром.

В качестве непаровых предшественников под яровую твёрдую пшеницу можно использовать озимые по чёрному пару, кукурузу на силос и горох, которые незначительно снижают урожайность.

Ключевые слова: яровая твёрдая пшеница, предшественник, сидеральный пар, почвозащитный пар, кукуруза, горох, бессменный посев яровой твёрдой пшеницы, водный режим почвы, усвоение осадков, урожайность.

Введение.

Среди зерновых культур яровая твёрдая пшеница является самой ценной не только в Оренбуржье и на юго-востоке европейской части, но и в целом в засушливых регионах России. Эта культура очень требовательна к плодородию почвы и основным её показателям. При возделывании яровой твёрдой пшеницы ведущее место отводится предшественнику.

По результатам многочисленных исследований в Оренбургской области лучшим предшественником для твёрдой пшеницы является пар чёрный [1-5]. Однако в озимосеющих зонах области он отводится под посев озимой ржи или озимой пшеницы, так как по урожайности эти культуры превосходят твёрдую пшеницу в 1,5-2,0 раза. В связи с этим твёрдую пшеницу по чистым парам высевают только в восточной зоне в случае гибели озимых от весенних заморозков и низкой температуры зимой.

При размещении твёрдой пшеницы по чистым парам имеется существенный недостаток, который сводится к подверженности парового поля в сильной степени водной, ветровой и биологической эрозиям, а полосное размещение пара является очень затратным агроприёмом и практически не находит применение в производстве. Эта проблема в результате наших исследований успешно решена с помощью почвозащитного пара, занятого летним посевом суданской травы [6].

Вторым недостатком парового поля под яровую твёрдую пшеницу является интенсивная минерализация гумуса в период парования, вследствие чего образуется большое количество нитратного азота, который вымывается весной талыми водами, а часть его опускается в нижние недоступные горизонты. Другая часть переходит в неусвояемую для растений форму в результате де-нитрификации.

Кормопроизводство и корма 195

Впервые нами в условиях степной зоны Южного Урала разработаны сидеральные пары под яровую твёрдую пшеницу, которые не только обогащают почву биологическими питательными веществами (в основном азотом), но и защищают её от всех видов эрозии, повышают урожайность твёрдой пшеницы и обеспечивают получение экологически чистой продукции высокого качества

[7, 8].

Важность применения зелёного удобрения особенно значима в настоящее время, когда практически не вносится навоз, в мизерном количестве применяются минеральные удобрения, а земледелие в Оренбургской области ведётся с отрицательным балансом гумуса.

Цель исследования.

Изучить предшественников под яровую твёрдую пшеницу и установить их влияние на урожайность культуры, усвоение осадков и весенние запасы влаги в почве.

Материалы и методы исследований.

Объект исследования. Яровая твёрдая пшеница по различным предшественникам (пар чёрный, пар почвозащитный, пар сидеральный, озимые, кукуруза на силос, горох, бессменный посев яровой твёрдой пшеницы).

Характеристика территорий, природно-климатические условия. В районе проведения исследований (центральная зона Оренбургской области) среднемноголетнее количество осадков за год составляет 367 мм, продолжительность безморозного периода - 144 дня, число дней с температурой выше +10 °С - 129, число дней с суховеями - 37, среднегодовая температура воздуха - +3,2 °С.

Исследования велись на чернозёмах южных с содержанием гумуса в пахотном слое почвы до 4 %, доступного фосфора - до 2,5 мг и обменного калия - до 38 мг на 100 г почвы. Наименьшая полевая влагоёмкость в метровом слое почвы составляла 297 мм, в полуметровом - 389 мм.

Место проведения опытов - территория опытного поля № 1 с. Нежинка Оренбургского района Оренбургской области.

Метод закладки опыта - полевой, в 4-кратной повторности в пространстве и 18-кратной -во времени.

Площадь делянок в четырёх- и шестипольных севооборотах составляет 864 м2 - 14,4^60 м, в двупольных (при чередовании с кукурузой и горохом) и бессменном посеве яровой твёрдой пшеницы она составляет 432 м2 - 7,2^60 м.

Исследования проводились в четырёхпольных севооборотах с 2000 по 2002 годы, в шестипольных многопольях и при бессменном возделывании яровой твёрдой пшеницы - с 2000 по 2017 годы на базе длительного стационарного опыта по севооборотам и бессменным посевам Оренбургского научно-исследовательского института сельского хозяйства, заложенного в 1988 году.

Схема эксперимента. Чередование культур в двупольном севообороте: яровая твёрдая пшеница - кукуруза на силос, яровая твёрдая пшеница - горох. Чередование культур в 4-польном севообороте: пары-яровая твёрдая пшеница-яровая мягкая пшеница-ячмень. Чередование культур в 6-польном севообороте: пары-яровая твёрдая пшеница-яровая мягкая пшеница-горох-яровая мягкая пшеница-ячмень.

Оборудование и технические средства. В исследованиях применялась та же российская техника, что и в условиях производства: гусеничный трактор - ДТ-75, колесный трактор - ТЗ-80, отвальный плуг - ПЛН-5-35, дисковая сеялка - СЗП-3,6, культиваторы - КПС-4 и КРН-4,2, кольчатые катки - 3ККШ-6 и зубовые бороны - БЗСС-6. Для учёта урожая использовался малогабаритный зерновой комбайн «Сампо-500» («SAMPO ROSENLEW», Финляндия).

Статистическая обработка. Экспериментальные данные опытов статистически обрабатывали методом дисперсионного анализа с использованием пакета прикладных программ «Statistica 6.1» («Stat Soft Inc.», США).

196 Кормопроизводство и корма

Результаты исследований.

Основной причиной отсутствия эффективности чёрного пара по накоплению влаги перед посевом яровой твёрдой пшеницы в сравнении с почвозащитным и сидеральными парами является низкая усвояемость осадков второго осенне-зимне-весеннего периода (табл. 1).

Таблица 1. Весенние запасы продуктивной влаги по различным предшественникам и урожайность яровой твёрдой пшеницы в зависимости от них

Вид пара Продуктивная влага в слое почвы 0-150 см, мм Процент усвоения осадков почвой Урожайность, ц с 1 га + или — к контролю

Пар чёрный безотвальный (контроль) Пар почвозащитный Пар сидеральный (горох) Пар сидеральный (яровой рапс) Пар сидеральный (яровая вика) 222 14,5 17,8 -235 45,2 19,3 +1,5 244 45,6 20,0 +2,2 231 36,0 18,1 +0,3 229 40,0 18,9 +1,1

НСР005 по урожайности, ц/га = 2,5

Примечание: количество осадков за период «уборка предшественника-посев яровой твёрдой пшеницы»

составило 275 мм

Такое явление объясняется, несмотря на проведение глубокой безотвальной обработки почвы в конце парования, высокой её плотностью и низкой водопроницаемостью, особенно во время снеготаяния. В этот период пахотный слой почвы в чёрном пару находится в пределах наименьшей полевой влагоёмкости, когда влага не усваивается и при наличии склона стекает в виде талых вод, а на ровных участках скапливается и интенсивно испаряется как с водной поверхности.

В почвозащитном и сидеральном парах осенью в результате использования почвенной влаги парозанимающими культурами её значительно меньше, однако за счёт лучшего усвоения осадков, особенно весенних талых вод, количество продуктивной влаги перед посевом яровой твёрдой пшеницы выравнивается в сравнении с чёрным паром.

Процент усвоения осадков в чёрном пару составил 14,5, тогда как в почвозащитном и сиде-ральных парах - от 36,0 до 45,6 (табл. 1). В связи с этим урожайность яровой твёрдой пшеницы на занятых парах была даже несколько выше, чем на контроле (однако разница статистически не доказана).

В более длительном стационарном исследовании (табл. 2) изучение предшественников яровой твёрдой пшеницы проводилось в 2- и 6-типольных севооборотах. В качестве сидеральной культуры 10 лет из 18 был донник двулетний жёлтый, остальные 8 лет - злаково-бобовая смесь (овёс+горох).

В приведённом опыте, как и выше, основной причиной низкой эффективности чёрного пара по влиянию на урожайность твёрдой пшеницы явилось ухудшение водного режима почвы во второй осенне-зимне-весенний период его парования. Процент усвоения осадков почвой за это время в чёрном пару составил всего 9, тогда как максимальный он был по предшественнику кукуруза -60, а самый низкий (41 %) - после сидерального пара. В связи с таким явлением урожайность яровой твёрдой пшеницы на всех вариантах опыта в сравнении с контролем была практически одинаковой, за исключением её бессменного посева, где урожайность снизилась на 3,5 ц с 1 га.

Кормопроизводство и корма 197

Таблица 2. Урожайность яровой твёрдой пшеницы в зависимости от весенних влагозапасов различных видов предшественников

Вид предшественников Продуктивная влага в слое почвы 0-150 см, мм Процент усвоения осадков почвой Урожай-ность,ц с 1 га + или — к контролю

Пар чёрный безотвальный (контроль) 283 9 13,2 -

Пар почвозащитный 263 50 14,2 +1,0

Пар сидеральный 264 41 14,4 +1,2

Озимые по чёрному пару 262 53 12,6 -0,6

Кукуруза на силос 254 60 12,2 -1,0

Горох 246 54 13,1 -0,1

Бессменный посев яровой твёрдой

пшеницы 241 49 9,7 -3,5

НСР005 по урожайности, ц/га = 1,5

Примечание: количество осадков за период «уборка предшественника-посев яровой твёрдой пшеницы»

составило 283 мм

Обсуждение полученных результатов.

В результате исследования на чернозёмах южнык степной зоны Южного Урала в 1999-2003 годах наблюдается, что за весенне-летний период парования чёрный пар теряет 44,0 мм и 59,5 мм или 23,2 % и 21,0 % продуктивной влаги в слоях почвы 0-30 см и 0-100 см. Аналогичная ситуация складывалась и в пахотном слое почвы, в котором потери влаги составляют 17,6 мм или 34,1 %.

В период посева яровой твёрдой пшеницы влажность почвы выфавнивалась по всем видам пара. Чёрный пар к моменту посева твёрдой пшеницы в среднем за пять лет сохраняет влагу как в метровом, так и в пахотном слоях почвы [9].

В исследованиях Богрякова А.Н. установлено, что за период парования почвозащитный и сидеральный пары потребляют значительное количество влаги (174,5 мм и 161,9 мм в полуметровом слое почвы) на формирование зелёной массы суданской травы и сидерата, но к моменту посева твёрдой пшеницы запасы влаги выфавниваются по сравнению с чёрным паром. Таким образом, эти виды пара восстанавливают свои запасы влаги за счёт лучшего усвоения осенне-зимних и весенних осадков [10, 11].

В результате проведённого исследования на длительном стационарном опыте Оренбургского научно-исследовательского института отмечено, что наибольшая урожайность яровой твёрдой пшеницы за четыре ротации севооборотов наблюдается после почвозащитного и сидерального паров: на удобренном фоне питания она составляет соответственно 13,6 и 12,8 ц/га, на неудобренном - 13,0 и 12,4 ц/га. Лучшим предшественником яровой твёрдой пшеницы по урожайности оказались занятые пары (почвозащитный и сидеральный), где её прибавка по сравнению с контролем (чёрный кулисный пар) на удобренном фоне питания составила соответственно 2,3 и 1,4 ц/га и на неудобренном - 1,7 и 1,0 ц/га. Особенно заметное преимущество этих паров проявлялось в засушливые годы [12].

В связи с этим нашими исследованиями в 2000-2002 годах установлено, что в посевах яровой твёрдой пшеницы по предшественнику (пар сидеральный) получены наибольший запас продуктивной влаги в слое почвы 0-150 см и процент усвоения осадков почвой, а также отмечается максимальная урожайность, значения которык составляют соответственно 244 мм, 45,6 % и 20,0 ц/га. Увеличение урожайности при возделывании яровой твёрдой пшеницы по сидеральному пару на 2,20 ц/га в сравнении с контролем (пар чёрный безотвальный) объясняется тем, что в посевах накапливается биологический азот за счёт гороха, наибольшие весенние запасы продуктивной влаги и иссушенная почва после влаголюбивого предшественника усваивает большое количество

198 Кормопроизводство и корма

осадков, которые благоприятно влияют на рост и развития культуры. Другие предшественники (пары, занятые суданской травой, яровой викой и яровым рапсом) повышают урожайность яровой твёрдой пшеницы на 1,5 ц, 1,1 ц и 0,3 ц с 1 га.

Таким образом, в исследованиях с 2000 по 2017 годы наблюдается на контроле лучшее накопление запасов продуктивной влаги по чёрному пару, которое составляет 283 мм при урожайности культуры 13,2 ц с 1 га. За время парования происходит накопление и сохранение продуктивной влаги, что сказывается на благоприятном формировании урожайности пшеницы. Большая усвояемость осадков почвой отмечается в посевах яровой твёрдой пшеницы по предшественнику «кукуруза на силос» и составляет 60 % при урожайности 12,2 ц/га. При возделывании кукурузы на силос происходит вытягивание продуктивной влаги в слое почвы 0-150 см, которое сопровождается иссушением почвы перед уходом пашни в зиму, поэтому происходит активное усвоение осадков почвой на следующий сельскохозяйственный год.

Наибольшая урожайность культуры отмечается по сидеральному и почвозащитному парам и составляет 14,4 и 14,2 ц/га. Увеличение продуктивности культуры по этим предшественникам на 1,2 и 1,0 ц/га по сравнению с контролем происходит за счёт сидерации, оптимальных запасов продуктивной влаги и хорошей усвояемости осадков.

Наименьшая продуктивность зерна отражена в бессменном посеве яровой твёрдой пшеницы и составляет 9,7 ц/га при влажности почвы 241 мм и усвояемости осадков 49 %. Такое наблюдение объясняется тем, что бессменное возделывание культуры приводит к вымыванию из почвы минеральных веществ за счёт большой усвояемости влаги, истощению почвы, накоплению в почве токсических веществ, нехватке питательных веществ (N, P, K), повышению засорённости посева, размножению зерновых вредителей (клоп черепашка, злаковые мухи и стеблевые совки) и проявлению бурой листовой ржавчины и корневой гнили в отдельные годы.

Выводы.

1. В результате исследования отмечается различное влияние предшественников на увеличение продуктивности яровой твёрдой пшеницы, весенних запасов продуктивной влаги в слое почвы 0-150 см и усвоение большого количества осадков. Так, горох и злаково-бобовая смесь (овёс+горох) способны поднять урожайность культуры до максимума, чёрный и сидеральный пары накапливают и сохраняют весенние запасы влаги в полутораметровом слое почвы. Предшествующие влаголюбивые культуры (горох и кукуруза на силос) потребляют большое количество продуктивной влаги в почве, что приводит к активной усвояемости осадков в посевах пшеницы.

2. Основной причиной низкой эффективности чёрного пара по влиянию на урожайность твёрдой пшеницы является ухудшение водного режима почвы во второй осенне-весенний период его парования.

3. Горох, яровой рапс и вика в качестве парозанимающих культур обеспечивают прибавку урожайности яровой твёрдой пшеницы до 0,22 т с 1 га.

4. Яровую твёрдую пшеницу следует размещать кроме чёрного пара по почвозащитным и сидеральным парам. В качестве непаровых предшественников под эту культуру можно использовать озимые по чёрному пару, кукурузу на силос и горох, которые незначительно снижают урожайность.

Исследования выполнены в соответствии с планом НИР на 2018-2020 гг. ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН

Литература

1. Аникович В.Ф., Кремер Г.А. Приёмы совершенствования технологии возделывания твёрдой пшеницы // Пути увеличения производства зерна в Оренбургской области. Уфа, 1987. С. 16-20.

Кормопроизводство и корма 199

2. Бесалиев И.Н., Крючков А.Г. Обеспеченность растений яровой твёрдой пшеницы азотом в зависимости от условий агротехники и её урожайность // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 5. С. 27-30.

3. Бесалиев И.Н., Тухфатуллин М.Ф. Урожайность сортов твёрдой пшеницы на фоне различных видов основной обработки почвы в Оренбургском Предуралье // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2009. Т. 1. № 21. С. 22-23.

4. Сандакова Г.Н. Твёрдая пшеница в целинных районах Оренбургского Зауралья: перспективы производства // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2004. № 1. С. 30-31.

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

6. Максютов Н.А., Жданов В.М., Лактионов О.В. Биологическое и ресурсосберегающее земледелие в степной зоне Южного Урала. Оренбург, 2008. 230 с.

7. Максютов Н.А., Жданов В.М., Абдрашитов Р.Р. Повышение плодородия почвы, урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур в полевых севооборотах степной зоны Южного Урала. Оренбург, 2012. 332 с.

8. Влияние густоты стояния растений яровой твёрдой пшеницы на её урожайность в степной зоне Южного Урала / Н.А. Максютов, В.Ю. Скороходов, Ю.В. Кафтан, Д.В. Митрофанов, Н.А. Зен-кова, В.Н. Жижин // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 3. С. 16-18.

9. Влияние различных видов пара на накопление продуктивной влаги в севооборотах на чернозёмах южных степной зоны Южного Урала / Ю.В. Кафтан, В.Ю. Скороходов, Д.В. Митрофанов, В.Н. Жижин // Вестник мясного скотоводства. 2012. № 1(75). С. 114-117.

10. Богряков А.Н. Приёмы повышения плодородия чернозёмов южных в полевых севооборотах степного Предуралья: дис. ... канд. с.-х. наук. Оренбург, 2004. 222 с.

11. Богряков А.Н. Приёмы повышения плодородия чернозёмов южных в полевых севооборотах степного Предуралья: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Оренбург, 2004. 27 с.

12. Урожайность твёрдой пшеницы в зависимости от предшественников в полевых севооборотах и при бессменном посеве в Оренбургском Предуралье / В.М. Жданов, В.Ю. Скороходов, Ю.В. Кафтан, Д.В. Митрофанов, Н.А. Зенкова, В.Н. Жижин // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 2. С. 40-43.

Максютов Николай Алексеевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, главный научный сотрудник, исполняющий обязанности по управлению отдела земледелия и ресурсосберегающих технологий ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехноло-гий Российской академии наук» 460051, г. Оренбург, пр. Гагарина 27/1, тел.: 8-9228-575-92-09, email: maksyutov.n@mail.ru

Скороходов Виталий Юрьевич, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник отдела земледелия и ресурсосберегающих технологий ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук», 460051, г. Оренбург, пр. Гагарина 27/1, тел.: 8-906-845-87-45, e-mail: skorohodov.vitali1975@mail.ru

Митрофанов Дмитрий Владимирович, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник отдела земледелия и ресурсосберегающих технологий ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук», 460051, г. Оренбург, пр. Гагарина 27/1, тел.: 8-987-855-98-95, e-mail: dvm.80@mail.ru

Кафтан Юрий Васильевич, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник отдела земледелия и ресурсосберегающих технологий ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук», 460051, г. Оренбург, пр. Гагарина 27/1, тел.: 8-987-899-47-48, e-mail: maksyutov.n@mail.ru

200 Кормопроизводство и корма

Зенкова Наталья Анатольевна, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник отдела земледелия и ресурсосберегающих технологий. ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук» 460051, г. Оренбург, пр. Гагарина 27/1, тел. 8-987-787-09-65, e-mail: maksyutov.n@mail.ru

Жижин Виталий Николаевич, старший научный сотрудник отдела земледелия и ресурсосберегающих технологий ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротех-нологий Российской академии наук», 460051, г. Оренбург, пр. Гагарина 27/1, тел.: 8-919-845-74-66, e-mail: maksyutov.n@mail.ru

Поступила в редакцию 21 мая 2018 года

UDC 631.11:631.432.2

Maksyutov Nikolay Alekseyevich, Skorokhodov Vitaly Yuryevich, Mitrofanov Dmitry Vladimirovich, Kaftan Yury Vasilyevich, Zenkova Natalya Anatolyevna, Zhizhin Vitaly Nikolaevich

FSBSI «Federal Research Center for Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences», e-mail: maksyutov.n@mail.ru

The influence of precursors on the spring hard wheat productivity, assimilation of precipitations and the spring moisture reserves in the chernozem soil of the southern steppe zone of the Southern Urals

Summary. The article presents the results of long-term stationary studies in experiments on various precursors of spring hard wheat. Two-field, four-field, six-field rotation and permanent sowing of spring hard wheat were studied. The green-manured fallows are tested for the first time for this culture on gray southern chernozems in the system of various types of crop rotation. Pea, spring rape and vetch were used as green manure crops.

Green fertilizer is used to enrich the soil with biological nitrogen. In this connection, the cultures with the highest protein content were taken in the experiments. Sudan grass is studied in experiments to protect the soil from all types of erosion during green manuring. At the same time the article provide the review of the fallows effectiveness only for the first crop - spring hard wheat.

It has been established that in comparison with the control (weed-free fallow), the application of green manuring and stubble for spring wheat is more effective. This is conditioned, first of all, by the peculiarities of the soil water regime. It is much less moisture in soil-protecting and green-manured fallows as a result of the soil moisture use by green-manured crops, and due to better assimilation of precipitation, especially spring thawed waters, the amount of productive moisture is equalized in comparison with weed-free fallow.

As nonfallow predecessors for spring hard wheat the winter crops for weed-free fallow, corn for silage and pea can be used which slightly reduce yields.

Key words: predecessor, spring hard wheat, green-manured, soil-protecting fallow, corn, pea, permanent seeding of spring hard wheat, soil water regime, assimilation of precipitation, yield.