Влияние метеоусловий и влажности почвы на выход зерна в севооборотах и урожайность бессменных посевов на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья

218 Кормопроизводство и корма

УДК 633.11:631.432.2

Влияние метеоусловий и влажности почвы на выход зерна в севооборотах и урожайность бессменных посевов на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья

Д.В. Митрофанов

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

Аннотация. В статье описаны результаты исследования 2002-2017 гг. по изменению выхода зерна сельскохозяйственных культур в севооборотах и урожайности бессменных посевов в зависимости от погодно-климатических условий и влажности почвы в засушливой зоне Оренбургского Предуралья.

Впервые изучаются выход зерна в зернопаропропашных, зернопаровых и сидеральных севооборотах и урожайность бессменных зерновых культур в зависимости от основных погодных факторов и продуктивной влаги в почве на многолетнем стационаре. Приводится сравнительная оценка выхода зерна по севооборотам и урожайности бессменных посевов в результате влияния продуктивной и потерянной влаги в слое почвы 0-100 см. В работе определяется зависимость зерновой продукции от метеорологических условий и влажности почвы в пахотном и метровом слоях почвы с помощью множественной регрессии. Построены математические модели зависимости выхода зерна в севооборотах и урожайности бессменного посева ячменя от температуры воздуха и выпавших осадков. Приведены такие показатели как бета- и дельта-коэффициенты, критерий Сть-юдента, коэффициенты корреляции и детерминации, представлена сама регрессия (коэффициенты регрессии, стандартная ошибка, P-уровень значимости) и влияние факторов на зависимую переменную в данном анализе.

В результате проведённого многолетнего эксперимента на южных чернозёмах Оренбургского Предуралья полученные данные по урожайности сельскохозяйственных культур, продуктивной влаге, температуре и осадкам вегетационного периода по каждому году применяются для расчёта множественной регрессии в статистической программе.

Ключевые слова: твёрдая пшеница, мягкая пшеница, ячмень, выход зерна, осадки, температура воздуха, влага, севооборот, коэффициенты регрессии, множественная регрессия.

Введение.

Оптимальное наполнение севооборотов, специализирующихся на производстве зерна, яровыми зерновыми культурами, их комбинирование с другими культурами и различными видами паров являются актуальными проблемами для зерносеющих районов страны.

В связи с этим севообороты, специализированные на производстве зерна, необходимо строить с учётом их влияния на плодородие почвы, выход зерна, затратами на его производство, уровень интенсивной технологии и использования чистых паров в засушливых зонах России [1].

Сокращение посевов наиболее урожайных зерновых культур во многих хозяйствах Оренбургской области приводит к заметному снижению продуктивности севооборотов, в значительной степени затрудняет устойчивое ведение зернового производства и успешную борьбу с засухой [2].

В такие засушливые годы, какими были 2005, 2009, 2010, 2012, 2013 годы в Оренбургской области, урожая не было, и никакие западные фирмы типа «Джон Дир», «Монсанто» и прочие с их передовыми технологиями и техникой здесь не помогли.

Эти явления привели к обсуждениям о необходимости использования парового поля в засушливых степных зонах, которые отражены в работах М.К. Сулейменова [3, 4] и Е.И. Шиятого [5, 6].

Одной из причин низкой продуктивности севооборотов в регионах России с умеренно-недостаточным атмосферным увлажнением является отсутствие прогнозов погоды. Неблагоприятные условия погоды делают реальностью для земледелия нашей страны и всего мира существенное колебание урожайности по годам [7].

Кормопроизводство и корма 219

Не случайно даже в странах с наивысшим уровнем техногенной интенсификации земледелия вариабельность абсолютной урожайности по годам для многих сельскохозяйственных культур на 30... .80 % зависит от «капризов» погоды [8, 9].

Взаимное направление изменения урожайности сельскохозяйственных культур, размах её варьирования по годам подчиняется полному ряду факторов, в состав которых входят в основном метеорологические условия и антропогенные факторы, подразумевающие уровень культуры земледелия при относительно стабильных климатических условиях. Антропогенные факторы лишь определяют взаимную направленность роста или спада урожайности за длительные временные диапазоны. Годичные колебания продуктивности относительно временного ряда в основном определены погодой и взаимосвязаны с погодно-климатическими характеристиками данной территории. Колебания погодных факторов являются главным расшатывающим показателем сельского хозяйства, так как вследствие нехватки точных фундаментальных прогнозов погоды проектирование исполняется в условиях неопределённости метеорологических ситуации предстоящего вегетационного периода [10, 11].

В связи с резкими изменениями погодных факторов возникла большая проблема в земледелии, так как многие агротехнические приёмы не полностью соответствуют сложившимся погодным условиям, поэтому в дальнейшем требуется их корректировка и научная проработка.

Выход зерна в севооборотах и урожайность бессменных посевов зависит от вида возделываемой культуры, её предшественника и фона минерального питания. Влияние на продуктивность зерна оказывают погодно-климатические условия, влажность почвы, содержание питательных веществ в почве, засорённость посевов, сроки и дозы внесения минеральных и органических удобрений, правильные чередования и технологии возделывания зерновых культур и применение высокоурожайных районированных сортов для данной зоны.

В результате проведённых исследований на длительном стационарном опыте по севооборотам и бессменным посевам отдела земледелия и ресурсосберегающих технологий по влияющим факторам (наблюдение за питательным режимом почвы, применение гербицидов против сорной растительности в зерновых посевах и районированных сортов) установлено, что они не оказывали значительного влияния на увеличение выхода зерновой продукции.

Таким образом, в данной работе рассматриваются такие факторы, как метеорологические условия, продуктивная влага, минеральные удобрения, чередование и возделывание культур, от которых зависит в большей степени изменение выхода зерна в севооборотах и урожайности бессменных посевов сельскохозяйственных культур в засушливых условиях Оренбургского Преду-ралья.

Цель исследования.

Изучить и установить зависимость выхода зерна сельскохозяйственных культур по севооборотам и урожайности бессменных посевов от погодных факторов и влажности почвы на южных чернозёмах Оренбургского Предуралья.

Материалы и методы исследования.

Объект исследования. Зернопаропропашные, зернопаровые, сидеральные севообороты и бессменные сельскохозяйственные культуры.

Характеристика территорий, природно-климатические условия. Территория полевого участка расположена в подзоне южных среднегумусных чернозёмов Оренбургского Предуралья. По характеру строения почвенного профиля, физических и химических свойств почвы, почвенно-климатических условий, территория многолетнего стационара является типичной для зоны чернозёмных почв.

Почва опытного участка - чернозём южный карбонатный малогумусный среднемощный тяжелосуглинистый. Содержание гумуса в пахотном (0-30 см) слое почвы - 3,2-4,0 %, общего азота - 0,20-0,31 %, общего фосфора - 0,14-0,22 %, подвижного фосфора - 1,5-2,5 мг и обменного калия - 30-38 мг на 100 г почвы, рН почвенного раствора - 7,0-8,1.

220 Кормопроизводство и корма

По данным Оренбургского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды за вегетационный период сельскохозяйственных культур в среднем за годы исследования (2002-2017 гг.) выпадает 129 мм атмосферных осадков или 83 % от средней многолетней нормы (155 мм), а воздушная температура составляет +20,3 °С, где приближается к норме (+19,2 °С) и отмечается за этот период 60 суховейных дней.

Схема эксперимента. Исследования проходят с 2002 года по настоящее время на длительном стационаре (начало закладки 1988 год) по севооборотам и бессменным посевам сельскохозяйственных культур ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук».

Длительный стационарный опыт находится в Оренбургском районе, в центральной зоне области, в 20 километрах от города Оренбурга в восточном направлении.

Исследованы варианты по севооборотам и бессменным посевам:

1) чёрный пар, твёрдая пшеница, мягкая пшеница, кукуруза на силос, мягкая пшеница, ячмень (контроль);

2) чёрный пар, твёрдая пшеница, мягкая пшеница, просо на зерно, мягкая пшеница, ячмень;

3) чёрный пар, твёрдая пшеница, мягкая пшеница, сорго на силос, мягкая пшеница, ячмень;

4) чёрный пар, твёрдая пшеница, мягкая пшеница, горох на зерно, мягкая пшеница, ячмень;

5) сидеральный пар, твёрдая пшеница, мягкая пшеница, кукуруза на силос, мягкая пшеница, ячмень;

6) сидеральный пар, твёрдая пшеница, мягкая пшеница, просо на зерно, мягкая пшеница, ячмень;

7) сидеральный пар, твёрдая пшеница, мягкая пшеница, сорго на силос, мягкая пшеница, ячмень;

8) сидеральный пар, твёрдая пшеница, мягкая пшеница, горох на зерно, мягкая пшеница,

ячмень;

9) бессменный посев твёрдой пшеницы;

10) бессменный посев мягкой пшеницы;

11) бессменный посев ячменя.

Полевой опыт - в четырёхкратной повторности, в севооборотах размер делянки - шириной 14,4 м, 3,6 м и длиной 90 м, в бессменных посевах - 7,2 м-90 м. Полевые опыты проводятся на двух фонах питания (удобренный - длиной 30 м и неудобренный - 60 м). На одной части делянок под вспашку шириной 30 м вносим мочевину и аммофос с весовой нормой 63 и 97 кг на 1 га при норме 40 кг азота и фосфора д. в. на 1 га. В чёрном пару вносили в почву 80 кг фосфора и 40 кг калия д. в. на 1 га, а в сидеральном пару (горох+овёс) - зелёную массу злакобобовых культур. Вторая часть делянки изучается без применения минеральных удобрений. Весной закрытие влаги на удобренных и неудобренных фонах питания осуществляется обычными зубовыми боронами. Для определения влажности почвы пробы отбираются буром из трёх скважин на каждой делянке в период посева и уборки. Запасы продуктивной влаги рассчитываются с помощью гравиметрического (весового) метода. Урожайность зерна сельскохозяйственных культур по севооборотам и бессменным посевам на делянках определяется после уборки комбайном. Учёт зерна проводится на двух фонах питания на площади 60 м2 и 120 м2. Подсчёт урожайности приводится относительно к 14 % влажности и 100 % чистоте зерна.

Оборудование и технические средства. Ручные почвенные буры для прибрежных зон и мягких почв (ООО «По Компонент», г. Великий Новгород, Россия), электронные весы «HIGHLAND» («Adam Eguipment Co.Ltd», Великобритания), шкаф сушильный электрический прямоугольный ШС-80 (ОАО «КЗМА», г. Казань, Россия), зубовые бороны ЗБСС-1 (ООО «Южный ветер», г. Зерноград, Ростовская область, Россия), трактор МТЗ-80 (ОАО «Минский тракторный завод», г. Минск, Белоруссия), культиватор КПС-4 (ООО ПО «ЛЕСАГРОМАШ», г. Киров, Россия), сеялка СЗП-3,6 (ОАО «Сибсельмаш», г. Новосибирск, Россия). Прикатывание после посева выполняется катками 3ККШ-6 (ООО «Завод Автотехнологий», р.п. Новониколаевский, Волгоградская область, Россия). Уборка зерна проходит с помощью комбайна «Сампо-500» (завод «Sampo-

Кормопроизводство и корма 221

Rosenlew», г. Пори, Финляндия). Транспортировка на ток и склад ведётся с помощью автомобиля ГАЗ-53 (ОАО «Горьковский автомобильный завод», г. Нижний Новгород, Россия), а очистка зерна происходит при помощи ЗАВ-20 (ООО «Агро-Пром», г. Воронеж, Россия). Погрузка и внесение минеральных удобрений выполняется трактором МТЗ-80 с участием агрегатов КУН-10 (ООО «Сальс-ксельмаш», п. Гигант, Сальский район, Ростовская область, Россия), С3-3,6 (ПАО «Червона зирка», г. Кировоград, Украина), а вспашка зяби проводится с помощью плуга ПН-4-35 (ОАО «Минский завод шестерён», г. Минск, Белоруссия).

Статистическая обработка. По результатам исследования проводится анализ данных по урожайности зерна, температуре воздуха, осадкам и продуктивной влаги с помощью метода множественной регрессии с помощью пакета программ «Statistica 10.0» («Stat Soft Inc.», США).

Результаты исследования.

В результате исследования видно, что различные варианты опыта значительно влияют на изменение выхода зерна в севооборотах и урожайности бессменных посевов при данных запасах продуктивной влаги по различным срокам определения. В период посева и уборки минимальное количество общей продуктивной влаги по севооборотам отмечается на пятом, седьмом вариантах опыта и составляет 557,71 мм и 188,90 мм в метровом слое почвы. Максимальное количество почвенной влаги наблюдается на четвёртом, втором вариантах эксперимента с содержанием 736,04 мм и 244,47 мм (табл. 1).

Таблица 1. Изменение выхода зерна сельскохозяйственных культур по севооборотам и бессменным посевам при данной влажности в слое почвы 0-100 см

№ варианта, севообороты и бессменные посевы Общая продуктивная влага по зерновым культурам, мм Потерянная влага в почве, мм Выход зерна, т с 6 га Выход зерна, т с 1 га

в период посева в период уборки

1. Зернопаропропашной 4,32 0,72

с кукурузой на силос (контроль) 580,02 198,16 460,86 3,82 0,64

2. Зернопаровой с просом на зерно 5,12 0,85

720,71 244,47 555,24 4,78 0,80

3. Зернопаропропашной с сорго 4,19 0,70

на силос 578,69 193,53 464,16 3,78 0,63

4. Зернопаровой с горохом на зерно 5,18 0,86

736,04 241,63 573,41 4,78 0,80

5. Сидеральный с кукурузой на силос 4,26 0,71

557,71 198,84 437,87 3,68 0,61

6. Сидеральный с просом на зерно 5,09 0,85

710,76 243,16 546,60 4,66 0,78

7. Сидеральный с сорго на силос 4,12 0,69

572,31 188,90 462,41 3,65 0,61

8. Сидеральный с горохом на зерно 5,10 0,85

724,40 242,26 561,14 4,48 0,75

9. Бессменный посев твёрдой пшеницы 5,16 0,86

148,50 54,23 173,27 4,44 0,74

10. Бессменный посев мягкой пшеницы 5,46 0,91

126,05 42,89 162,16 5,22 0,87

11. Бессменный посев ячменя 7,44 1,24

138,59 43,09 174,50 6,96 1,16

Примечание: в среднем количество выпавших осадков за май составляет 32 мм,

июнь - 33 мм, июль - 39 мм, август - 25 мм, в числителе - удобренный фон, в знаменателе - неудобренный

222 Кормопроизводство и корма

Среди бессменных культур по срокам определения (посев и уборка) наименьшее количество продуктивной влаги зафиксировано в посевах мягкой пшеницы и ячменя. Наибольшее количество весенней и остаточной влаги отмечается в посевах твёрдой пшеницы (148,50 мм и 54,23 мм).

Сравнение севооборотов показало, что самое маленькое количество потерянной (израсходованной) влаги в почве с учётом выпавших осадков за вегетационный период наблюдается в си-деральном севообороте с кукурузой на силос и составляет 437,87 мм. Больше всего влаги потеряно в зернопаровом севообороте с горохом - 573,41 мм. В бессменном посеве мягкой пшеницы теряется 162,16 мм влаги по сравнению с ячменём и твёрдой пшеницей. Максимальное количество израсходованной влаги отмечается в посевах ячменя при бессменном его возделывании и составляет 174,50 мм.

Как показал анализ по выходу зерна с севооборотной площади, за годы исследований наиболее продуктивным оказывается зернопаровой севооборот с горохом. Выход зерна на удобренном фоне составляет 5,18 т, на неудобренном - 4,78 т с 6 га. Из бессменных посевов наибольший выход зерна, который составил 7,44 т и 6,96 т с 6 га соответственно по фонам питания, сформировал ячмень. Менее продуктивным является сидеральный севооборот с выходом зерна 4,12 т на удобренном и 3,65 т с 6 га на неудобренном фонах питания.

Наибольшая прибавка выхода зерна, связанная с внесением минеральных удобрений, составляет по бессменному посеву твёрдой пшеницы 0,72 т с 6 га и 0,12 т с 1 га. Незначительная прибавка урожайности отмечена по мягкой пшенице при бессменном её возделывании (0,24 т с 6 га и 0,04 т с 1 га).

Выход зерна с 1 га в зернопаровых севооборотах на двух фонах питания практически одинаковый по сравнению с зернопаропропашными многопольями.

Из всех рассмотренных вариантов исследования главными факторами, влияющими на повышение выхода зерна в зернопаровом севообороте и урожайности бессменного посева сельскохозяйственной культуры на удобренном фоне минерального питания, являются сложившиеся метеорологические условия в вегетационном периоде (табл. 2).

Таблица 2. Влияние погодных факторов на увеличение выхода зерновой продукции в зернопаровом севообороте и урожайности бессменного посева ячменя на удобренном фоне питания, за 2002-2017 годы

Годы Погодные факторы Продуктивность изучаемых вариантов, т с 1 га

исследований осадки ядоп IV/! 14/1 осадки ишна т\/п\/1 t воздуха июня, °С t воздуха за вегетацию, зернопаровой севооборот бессменный посев

IV!<1 п.) IV!IV! ИШПЛ) мм °С с горохом ячменя

2002 22 45 17,7 17,2 1,16 1,59

2003 68 74 15,7 18,4 1,34 3,26

2004 12 44 20,4 19,9 0,96 0,99

2005 14 39 20,3 20,2 0,46 0,81

2006 37 27 23,4 20,1 0,24 0,16

2007 53 32 18,8 20,2 1,09 1,42

2008 58 29 18,8 20,1 1,35 1,74

2009 35 20 22,8 19,9 1,04 0,84

2010 1 1 24,8 23,6 0,08 —

2011 47 38 18,9 20,3 1,48 2,09

2012 20 42 23,7 23,0 0,71 0,39

2013 11 24 22,0 20,7 0,78 0,85

2014 8 40 20,9 21,0 0,49 0,79

2015 50 20 24,3 19,9 0,16 0,23

2016 49 13 19,8 21,1 0,69 0,61

2017 33 39 18,2 19,6 1,75 2,85

Среднее 32 33 20,6 20,3 0,86 1,24

Кормопроизводство и корма 223

В засушливые 2006, 2010 и 2015 годы наблюдается низкий выход зерна в зернопаровом севообороте и бессменного посева ячменя и составляет 0,08 т и 0,16 т с 1 га. Снижение продуктивности объясняется тем, что за счёт высоких температур воздуха июня происходит испарение осадков июня, которые необходимы для роста и развития зерновых культур.

Во влажные 2003, 2011 и 2017 годы отмечается наибольший выход зерна в изучаемых вариантах и составляет по севообороту 1,34 т, 1,48 т и 1,75 т с 1 га и по бессменному посеву 3,26 т, 2,09 т и 2,85 т с 1 га. Увеличение урожайности сельскохозяйственных культур в посевах происходит из-за сложившихся оптимальных температур за вегетацию и выпавших осадков в мае и июне.

В среднем выход зерновой продукции по этим вариантам составил 0,86 т и 1,24 т с 1 га при оптимальной температуре за вегетацию +20,3 °С и выпавших осадках 32 мм и 33 мм. В севообороте и бессменном посеве зерно формируется за счёт наибольших запасов израсходованной влаги в слое почвы 0-100 см, которая не только мигрирует в нижние слои почвы, расходуется на рост сорной растительности, но и используется для питания культурных растений.

Таким образом, результаты многолетних исследований по вариантам севооборотов позволяют провести статистическую обработку накопленных данных с помощью метода множественной регрессии (системный анализ) и выявить зависимость выхода зерна в зернопаровом севообороте с горохом от погодных факторов (температуры воздуха и осадков) на удобренном фоне питания (табл. 3).

Таблица 3. Анализ данных множественной регрессии по выходу зерна

в зернопаровом севообороте с горохом и по погодным условиям на удобренном фоне питания, т с 1 га

Факторы погоды !оказатели Регрессия Влияние фактора, %

бета-коэф-фици-енты критерий Стью-дента (14) дельта-коэф-фици-енты коэф-фици-енты регрессии стандартная ошибка р - ур°- вень значимости

Учтено16 лет наблюдений

У-пересечение Температура воздуха июня, °С - 6,080 - 23,494 3,864 0,000 --0,787 -4,776 1,000 -0,886 0,186 0,000 61,966

Для полной регрессии: R=0,787, R2=0,619, F(1,14)=22,809, Р<0,000, стандартная ошибка оценки=1,893 т с 1 га

У-пересечение Температура воздуха за вегетацию, °С - 2,768 - 25,643 9,263 0,015 --0,509 -2,215 1,000 -1,007 0,454 0,044 25,945

Для полной регрессии: R=0,509, R2=0,259, F(1,14)=4,905 , Р<0,044, стандартная ошибка оценки=2,641 т с 1 га

У-пересечение Осадки июня, мм - 1,389 - 2,087 1,502 0,186 -0,522 2,288 1,000 0,094 0,041 0,038 27,225

Для полной регрессии: R=0,522, R2=0,272, F(1,14)=5,237, Р<0,038, стандартная ошибка оценки=2,618 т с 1 га

Примечание: R — множественная корреляция, R2 — коэффициент детерминации,

F(1,14) — критерий Стьюдента со степенью свободы, Р — уровень значимости

224 Кормопроизводство и корма

Из таблицы следует, что влияние температурного фактора на изменение выхода зерна составляет 61,96 и 25,94 % при отрицательных показателях (бета, критерий Стьюдента) и коэффициентов регрессии с оптимальным уровнем значимости (Р<0,05). Повышение продуктивности зерна на 27,22 % зависит от выпавших осадков июня при положительных значениях множественной регрессии.

В результате математической обработки с 2002 по 2017 год среди вариантов бессменных посевов сельскохозяйственных культур найдена зависимость урожайности ячменя на удобренном фоне питания от температуры воздуха июня, осадков мая и июня (табл. 4).

Таблица 4. Результаты анализа данных по выходу зерна бессменного ячменя в зависимости от метеорологических условий на удобренном фоне питания, т с 1 га

!оказатели Регрессия

Факторы погоды бета-коэффициенты критерий Стьюдента (14) дельта-коэффициенты коэффициенты регрессии стандартная ошибка Р -уровень значимости Влияние фактора, о/ /о

Сорт Оренбургский 11, учтено 16 лет наблюдений

У-пересечение Температура воздуха июня, °С -0,883 8,246 -7,052 1,000 7,694 -0,316 0,933 0,045 0,000 0,000 78,034

Для полной регрессии: R=0,883, R2=0,780, F(1,14)=49,734, Р<0,000, стандартная ошибка оценки=0,457 т с 1 га

У-пересечение Осадки мая, мм 0,506 1,006 2,19 1,000 0,406 0,023 0,404 0,011 0,331 0,045 25,596

Для полной регрессии: R=0,506, R2=0,256, F(1,14)=4,816, Р<0,045 стандартная ошибка оценки=0,841 т с 1 га

У-пересечение Осадки июня, мм 0,701 -0,393 3,678 1,000 -0,157 0,040 0,399 0,011 0,700 0,002 49,136

Для полной регрессии: R=0,701, R2=0,491, F(1,14)=13,525, Р<0,002, стандартная ошибка оценки=0,695 т с 1 га

Примечание: R — множественная корреляция, R2 — коэффициент детерминации,

F(1,14) — критерий Стьюдента со степенью свободы, Р — уровень значимости

Из таблицы видно, что изменение выхода зерна бессменного ячменя зависит от температуры воздуха июня на 78,03 % при отрицательных значениях системного анализа. Для получения наибольшей урожайности влияние оказывают осадки мая на 25,59 % и июня на 49,13 % при варьировании положительных чисел математической регрессии.

Как показали расчёты, метеорологические условия на неудобренном фоне питания не оказывают значимого влияния на выход зерна.

В связи с этим применение минеральных удобрений на делянках опыта приводит к успешному увеличению выхода зерна в севооборотах и урожайности бессменных посевов за счёт выпавших осадков мая и июня. Влага, впитавшаяся в почву, обеспечивает перенос питательных элементов (азот, фосфор, калий) в растения, что необходимо для роста и развития зерновых культур.

Проведённая математическая обработка данных по всем вариантам опыта показывает, что изменение выхода зерновой продукции на удобренном фоне питания зависит в большей степени от температурного режима воздуха июня.

Основное влияние температуры на выход зерна в зернопаровом севообороте и бессменного посева ячменя представлено на рисунке 1.

Кормопроизводство и корма

и

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

-А - Л -

—V—

А / \ >

Годы исследования Выход зерна в зернопаровом севообороте

27,5

25

22,5

20

17,5

15

12,5

10

7,5

5

2,5 0

# # ^ ^ # # ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^

Выход зерна ячменя

—♦— Температура воздуха июня

Рис. 1. - Изменение выхода зерна по зернопаровому севообороту с горохом и ячменю на удобренном фоне питания в зависимости от температуры воздуха июня за 16 лет наблюдений

Обсуждение полученных результатов.

В работах В.Ю. Скороходова [12], Ю.В. Кафтана [13] и Д.В. Митрофанова [14] впервые на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья проведено сравнительное изучение эффективности короткоротационных и длинноротационных севооборотов и бессменных посевов сельскохозяйственных культур.

Исследования по повышению продуктивности звеньев и шестипольных севооборотов проводились в многолетнем стационарном опыте Оренбургского НИИСХ, заложенном в 1988 году методом простых повторений. На основании этого в засушливых условиях Оренбургской области разработаны различные севообороты как для фермерских (крестьянских) хозяйств, так и для хозяйств различных форм собственности [15, 16].

В связи с этим в наших исследованиях рассматривается изменение выхода зерна в севооборотах и урожайности бессменных посевов зерновых культур за счёт погодных факторов и продуктивной влаги в почве.

Для определения точной зависимости увеличения продуктивности зерна от различных погодных факторов нам необходимо было рассчитать данные с помощью метода множественной регрессии (системный анализ).

Такой статистической обработкой полученных результатов занимался доктор географических наук, профессор В.Е. Тихонов. Им разработаны математические модели, которые показывали зависимость урожайности яровой пшеницы и ярового ячменя от погодных факторов. Учёным рассмотрены длительные исследования по влиянию засухи на продуктивность агроценозов и описано их моделирование [17].

Основам статистического моделирования продуктивности ячменя в условиях степи Южного Урала посвятили свои исследования учёные И.Н. Бесалиев и А.Г. Крючков [18].

В результате проведённой математической обработки по всем вариантам длительного исследования расчёты показали, что выход зерна зависит в основном от температуры воздуха июня и на повышение продуктивности оказывают влияние выпавшие осадки мая и июня.

На одиннадцатом варианте (бессменный посев ячменя) показана самая лучшая связь между изучаемыми факторами: 1) приведены положительные и отрицательные показатели: бета-коэффициент, критерий Стьюдента при степени свободы 1,14; 2) определяется дельта-коэффициент, равный единице; 3) коэффициент регрессии отличается от нуля как по положительным значениям, так и отрицательным; 4) наибольшая стандартная ошибка по У-пересечению (свободный член) регрессионного уравнения составляет 0,93 по сравнению с независимой переменной

226 Кормопроизводство и корма

(температура воздуха июня) при равенстве 0,04; 5) множественная корреляция равняется 0,88 и коэффициент детерминации - 0,78 это свидетельствует о том, что на 78 % качественней рассчитана регрессия по выходу зерна в зависимости от температуры воздуха июня; 6) Р - уровень значимости находится на оптимальном уровне (Р<0,05) и составляет 0,00, которая показывает сильную связь между признаками; 7) доля влияния погодных факторов на урожайность равняется 78,03 %.

На графике представлена зависимость выхода зерна в зернопаровом севообороте с горохом и бессменного ячменя на удобренном фоне питания от температуры воздуха июня (рис. 1). Из иллюстрации видно, что чем ниже или выше температура воздуха июня, тем выше или ниже уровень выхода зерна в изучаемых вариантах. Это наблюдение объясняется биологическими особенностями зерновых культур (реакция культурных растений на изменения оптимальной температуры прорастания), размещённых в этих посевах.

В нашем исследовании установлено влияние выпавших осадков июня на повышение выхода зерна по зернопаровому севообороту с горохом и ячменю при бессменном его возделывании на удобренном фоне питания. В опыте определена прямо пропорциональная зависимость, чем больше (меньше) количество выпавших осадков июня, тем наибольший (наименьший) выход зерновой продукции. Это происходит в фазе кущения и выхода в трубку зерновых культур за счёт усвоения необходимой влаги для полного роста и развития в посевах.

В предыдущей работе представлены результаты многолетнего исследования (2002-2016 гг.) по определению продуктивной влаги и её влиянию на урожайность сельскохозяйственных культур в шестипольных севооборотах и бессменных посевах в засушливых условиях Оренбургской области.

В результате эксперимента построена модель зависимости урожайности культур в сиде-ральных севооборотах одновременно от нескольких факторов (израсходованная и продуктивная влага в пахотном и метровом слоях почвы) в период уборки с долей их влияния 8,90 и 54,90 % на удобренном фоне питания. На основе полученных данных сделан вывод о том, что на продуктивность сельскохозяйственных культур оказывают влияние не только выпавшие осадки вегетационного периода, но и весенние запасы продуктивной влаги [19].

В связи с этим проведённая математическая обработка вариантов по продуктивной влажности показывает, что за 16 лет исследований выход зерна в зернопаропропашном севообороте (контроль) зависит от почвенной влаги в период посева пахотного горизонта на 27,10 % по удобренному фону питания. Результаты множественной регрессии показали, что продуктивность выхода зерна в сидеральном севообороте с просом зависит в период уборки от продуктивной влаги в слоях почвы 0-30 см и 0-100 см на 2,96 % и 11,78 % по неудобренному фону питания по сравнению с предыдущем исследованием.

Повышение продуктивности выхода зерна в севооборотах и урожайности бессменных посевов в основном зависит от сложившихся погодных факторов вегетационного периода зерновых культур. По данному исследованию установлено, что весенние запасы продуктивной влаги, накапливающиеся в результате осенних и зимних осадков, не оказывают значительного влияния на увеличение зерновой продукции в изучаемых вариантах опыта.

Выводы.

1. В результате исследования установлено влияние температуры воздуха июня, выпавших осадков мая и июня и израсходованной влаги в метровом слое почвы на повышение выхода зерновой продукции и урожайности для двух вариантов опыта соответственно: зернопарового севооборота с горохом и бессменного посева ячменя на удобренном фоне питания. Применение минеральных удобрений, правильное чередование и возделывание зерновых культур в севообороте и бессменном посеве также приводит к увеличению урожайности.

2. Наблюдение по влажности почвы показывает, что изменение выхода зерна в зернопаро-пропашном с кукурузой и сидеральном с просом севооборотах незначительно зависит от запасов продуктивной влаги в период посева и уборки. В связи с этим весенняя и остаточная почвенная влага в пахотном и метровом слоях почвы не приводит к резкому увеличению выхода зерна в севооборотах.

Кормопроизводство и корма 227

3. В остальных семи вариантах опыта на двух фонах питания математическая обработка экспериментальных данных по метеоусловиям и продуктивной влаге показывает, что погодные факторы и влажность почвы в малой степени влияют на увеличение выхода зерна.

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

Литература

1. 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.

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

3. Сулейменов М.К. «Фермерская Америка». Алматы: Издат. центр ОФППИ «Интерлигал», 2007. 160 с.

4. Сулейменов М.К. Жёлто-зелёная революция в земледелии Канады. Алматы: Издат. центр ОФППИ «Интерлигал», 2008. 240 с.

5. Шиятый Е.И. Основы оптимизации техно-эколого-экономических аспектов производства зерна в степных регионах // Аграрная наука. 2000. № 1. С. 16-18.

6. Шиятый Е.И. Качество зерна яровых культур и адаптация агротехнологий к почвенно-климатическим условиям // Сельскохозяйственная биология. 2008. № 1. С. 3-15.

7. Тихонов В.Е., Неверов А.А., Кондрашова О.А. Методология долгосрочного прогнозирования урожайности. Оренбург: ООО «Агентство «Пресса», 2014. 157 с.

8. Жученко А.А. Фундаментальные и прикладные научные приоритеты адаптивной интенсификации растениеводства в XXI веке. Саратов, 2000. 275 с.

9. Тихонов В.Е., Кондрашова О.А., Неверов А.А. Агроклиматические ресурсы степного Приуралья: изменчивость и прогнозирование. Оренбург: ООО «Агентство «Пресса», 2013. 324 с.

10. Математические методы оценки агроклиматических ресурсов / В.А. Жуков, А.Н. Полевой, А.Н. Витченко, С.А. Даниелов. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 207 с.

11. Тихонов В.Е., Неверов А.А., Кондрашова О.А. Методология формирования агроэкотипа сорта в степной зоне Урала (на основе взаимодействия генотип-среда). Оренбург: ООО «Агентство «Пресса», 2015. 153 с.

12. Скороходов В.Ю. Эффективность короткоротационных севооборотов на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья: дис. ... канд. с.-х. наук. Оренбург, 2005. 170 с.

13. Кафтан Ю.В. Приёмы повышения эффективности парового поля под яровую твёрдую пшеницу в полевых севооборотах на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья: дис. ... канд. с.-х. наук. Оренбург, 2005. 160 с.

14. Митрофанов Д.В. Эффективность зернопаровых, зернопропашных, зерновых звеньев севооборотов и бессменных посевов сельскохозяйственных культур на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья: дис. ... канд. с.-х. наук. Оренбург, 2006. 184 с.

15. Митрофанов Д.В., Кафтан Ю.В. Повышение продуктивности звеньев севооборотов и бессменных посевов сельскохозяйственных культур на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья // Молодые учёные - Агропромышленному комплексу Поволжья: материалы Всерос. науч.-практ. конф. молодых учёных и специалистов. Саратов, 2010. С. 209-212.

16. Митрофанов Д.В., Кафтан Ю.В. Повышение продуктивности шестипольных севооборотов в степной зоне Южного Урала // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 4(60). С. 8-10.

17. Тихонов В.Е. Засуха в степной зоне Урала. Оренбург: Тип. УВД Орен. обл., 2002. 250 с.

228 Кормопроизводство и корма

18. Бесалиев И.Н., Крючков А.Г. Моделирование продуктивности ячменя в условиях степи Южного Урала. Оренбург: ИПК ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», 2007. 529 с.

19. Влияние продуктивной влаги на урожайность сельскохозяйственных культур в засушливых условиях Оренбургской области / Д.В. Митрофанов, Н.А. Максютов, В.Ю. Скороходов, Ю.В. Кафтан, Н.А. Зенкова // Вестник мясного скотоводства. 2017. № 4(100). С. 225-234.

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

Поступила в редакцию 4 июня 2018 года

UDC 633.11:631.432.2(470.56) Mitrofanov Dmitry Vladimirovich

FSBSI «Federal Research Center for Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences», e-mail: dvm.80@mail.ru

Influence of meteorological conditions and soil moisture on yield of grain in crop rotations and productivity of permanent crops on chernozems of southern Orenburg Cis-Urals Summary. The article describes the results of the 2002-2017 study on the change of grain yield in crop rotation and the yield of permanent crops, depending on weather and climate conditions and soil moisture in the arid zone of the Orenburg Cis-Urals.

For the first time, the yield of grain in fallow hoed, fallow and siderary crop rotations and the yield of permanent grain crops are studied depending on main weather factors and productive moisture in the soil at a multi-year station. Comparative estimation of grain yield in crop rotations and yield of permanent crops as a result of the influence of productive and lost moisture in the soil layer 0-100 cm is given. The dependence of grain production on meteorological conditions and soil moisture in arable and meter soil layers is determined by means of multiple regression. Mathematical models have been constructed for the dependence of grain yield in crop rotation and the yield of permanent barley sowing on air temperature and precipitation. Indicators such as beta and delta coefficients, Student's test, correlation and determination coefficients, regression itself (regression coefficients, standard error, P-significance level) and the influence of factors on the dependent variable in this analysis are presented.

As a result of a long-term experiment in the southern chernozems of the Orenburg Cis-Urals, the obtained data on crop yields, productive moisture, temperature and precipitation of the growing season for each year are used to calculate multiple regression in a statistical program.

Key words: hard wheat, soft wheat, barley, grain yield, precipitation, air temperature, moisture, crop rotation, regression coefficients, multiple regression.