Параметры высокопродуктивных агроценозов, увлажнения и температурного режима воздуха для формирования урожайности ярового ячменя разного уровня в степной зоне ЮжногоУрала

Бесалиев И.Н.

Оренбургский НИИ сельского хозяйства

ПАРАМЕТРЫ ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ АГРОЦЕНОЗОВ, УВЛАЖНЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ВОЗДУХА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ УРОЖАЙНОСТИ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ РАЗНОГО УРОВНЯ В СТЕПНОЙ ЗОНЕ ЮЖНОГОУРАЛА

По результатам многолетних (1972-2003 гг.) исследований по технологии выращивания ярового ячменя установлены параметры агроценоза, а также увлажнения и температурного режима воздуха для формирования уровней урожайности до 1 т, 1-2 т, 2-3 т, 3 и более т с 1 га и их вероятность.

Повышение продуктивности растений неразрывно связано с их способностью противостоять действию повреждающих факторов среды (Н.Т. Ниловская, Н.Н. Булгакова, 1984; Н.Ф. Бондаренко, Б.В. Железный, 1986; А.С. Образцов, 1990; В.Н. Башкин, 1991; А.А. Жученко, 1993 [2, 3, 5, 10, 11]).

Особой нестабильностью отличаются параметры температуры среды и влажности почвы, а также азотного обмена (Д.А. Сабинин, 1955; А.И. Коровин, 1972; Н.А. Гусев, 1974; Д.А. Кореньков, 1983 [4, 7, 8, 12]).

Наибольший рост урожайности сельскохозяйственных культур за прошедший период был достигнут в тех почвенно-климатических зонах мира, где действие лимитирующих факторов внешней среды было наименьшим (А.А. Жученко, 2000 [6]).

Вопросы продукционного процесса формирования урожайности для условий степной зоны Южного Урала затронуты в работах А.Г. Крючкова (1995), Р.Х. Абдрашитова (2001) применительно в основном к технологии возделывания яровой пшеницы.

Работами Р. Х. Абдрашитова (2001) обоснованы основные параметры высокопродуктивных агроценозов с уровнем урожайности от 2,47 до 3,04 т с 1 га для мягкой и от 1,35 до 2,34 т с 1 га для твердой пшеницы.

Для условий степной зоны Южного Урала применительно к культуре ярового ячменя вопросы математического моделирования продукционного процесса практически не проработаны.

Цель исследований - разработать параметры высокопродуктивных агроценозов ячменя и модели агротехнологий его возделывания в степной зоне Южного Урала.

В задачи исследований входило:

- установить параметры биологических и хозяйственно-ценных признаков ячменя для формирования высокопродуктивных агроценозов;

- определить связи погодно-климатических факторов периода вегетации ярового ячменя с его урожайностью.

Материалы и методы исследований. Данные для определения параметров высокопродуктивных агроценозов ярового ячменя получены по результатам полевых опытов с данной культурой, проведенных в 19782003 гг. с сортами Донецкий 8, Зерноградский 584. В эти годы изучены основные элементы агротехники - сроки сева, нормы высева, дозы минерального удобрения, сроки скашивания и обмолота, обработка стимуляторами роста и агрохимикатами на фоне различных доз гербицида.

Для определения корреляционных связей погодных факторов (температура воздуха, осадки, влажность воздуха) использованы данные АГМС «Чебеньки» и ГМО «Оренбург».

Корреляционно-регрессионный анализ связей проводился на персональном компьютере по программе Оренбургского НИИСХ.

Результаты и обсуждение.

Многолетние опыты по технологии выращивания ярового ячменя в степной зоне показали, что продуктивность данной культуры зависит от факторов, формирующих как плотность агроценоза, так и продуктивность отдельного растения.

Коэффициенты корреляции урожайности составили: с количеством всходов 0,581, с полевой всхожестью 0,691; сохранностью растений к уборке 0,954; с числом зерен в колосе - 0,921.

Таблица 1. Параметры агроценозов ярового ячменя для формирования урожайности разного уровня

Агробиологические показатели посевов ярового ячменя Единица измерения Агробиологические показатели, соответствующие уровням урожайности ячменя в т с 1 га

до 1 1-2 2-3 и >

1. Продолжительность периода вегетации дн. 61-67 62-68 69-80

2. Количество всходов шт. на 1 кв. м 146 и < 146-288 288-430

3. Полевая всхожесть % 40-48 48-68 68-73

4. Сохранность растений к уборке % 51-69 70-81 82-95

5. Площадь листьев в фазе колошения тыс. кв.м на 1 га 3,1-5,5 5,6-10,1 10,2-21,4

6. Фотосинтетический потенциал посевов тыс. кв. м на 1 га сут. 130-220 221-410 411-840

7. Чистая продуктивность фотосинтеза г/кв.м сут. 16,7-20,8 11,8-16,7 5,8-11,9

8. Высота растений см 55-60 60-90 91-110

9. Количество растений к уборке шт. на 1 кв. м 169 и < 269-289 289-320

10. Коэффициент продуктивного кущения ед. 0,8-1,2 1,2-1,7 1,7-2,1

11. Масса зерна с главного колоса г 0,51-0,55 0,55-0,61 0,61-0,68

12. Коэффициент хозяйственной эффективности % <27,7 27,7-37,9 37,9-39,7

13. Число колосков в главном колосе шт. 9-11 12-14 15-16

14. Число зерен в главном колосе шт. 13-14 17-18 19-21

Продуктивность культуры в большей степени связана с окончательными показателями посевов.

Нами установлены параметры агроценоза ярового ячменя, которые соответствуют уровням урожайности до 1 т, 1-2 т, 2-3 т и 3 т с 1 га (табл. 1).

Рост продуктивности ярового ячменя возможен при продолжительности периода вегетации до 80 дней, полевой всхожести семян не менее 73%, сохранности 95% растений к уборке, площади листьев порядка 21,4 тыс. кв. м на 1 га. Растения ячменя должны быть по высоте не менее 91-110 см, иметь продуктивный второй боковой побег. Выход зерна из урожая должен составить 37,9-39,7%, а число колосков в колосе 15-16 шт. с озерненностью колоса главного побега до 19-21 шт.

Нами также рассчитаны параметры увлажнения и температурного режима воздуха для формирования урожайности ячменя разного уровня и их вероятность.

В начале вегетации ячменя (посев - всходы) параметры температуры воздуха, количества осадков и величин гидротермического коэффициента с большей вероятностью (от 31,6 до 66,9%) способствуют формированию урожайности 2-3 т с 1 га. В этот период высока вероятность снижения минимальных температур воздуха. Доля параметров погодных характеристик, снижающих урожайность до 1 т с 1 га, составляет от 2,4 (по средней минимальной температуре воздуха -

>16,4оС) до 11,9% (по сумме средних температур воздуха - 195,3оС и >).

Распределение осадков в большинстве случаев благоприятно и способствует формированию урожайности от 1-2 (50% лет) до 2-3 т с 1 га (46,8% лет) (табл. 2).

В межфазный период всходы - кущение возрастает вероятность проявления средних и максимальных значений температуры воздуха, ограничивающих урожайность культуры до 1-2 т с 1 га (21,8-38,6%), и снижается вероятность факторов, увеличивающих урожайность до 2-3 (41,7-58,0%) и более (5,618,6%) т с 1 га. В этот период также увеличивается вероятность параметров увлажнения, способствующих падению урожайности до

1 т с 1 га. Доля осадков для этого уровня (0,8 мм) составляет 16,1%, а ГТК (<0,64) 11,6%, в то время как для уровня 2-3 т с 1 га 31,5 и 22,6% (соответственно 29,5-40,3 мм и 0,86-

1,02 ед.).

В самый продолжительный по времени межфазный период вегетации кущение - колошение наибольшую вероятность в условиях степной зоны Южного Урала имеют параметры температурного режима воздуха, при которых формируется урожайность 1-2 т с 1 га: по сумме средних температур воздуха 39,6% (596,5-668,2° С), максимальной температуре воздуха - 48,6% лет (34,8-37,6оС) (табл. 3). При количестве осадков 31,8-54,4 мм и величине ГТК 1,18-1,36 ед. более вероятно (соответственно 48,4 и 58,6% лет) полу-

Таблица 2. Параметры температурного режима воздуха и увлажнения межфазных периодов посев - всходы, всходы - кущение для формирования урожайности ячменя разного уровня и их вероятность

Показатели Уровни урожайности и их вероятность

а и о н о « вероятность, % 1-2 т с 1 га вероятность, % 2-3 т с 1 га ,ь т с о я о р е в >3 т с 1 га ь т с о 1 * о р е в

Посев - всходы

Сумма среднесуточных температур воздуха, оС 195,3 и > 11,9 168,5-214,4 22,9 125,9-185,0 66,9 <125,9 8,3

Средняя суточная температура воздуха, оС 19,7 и > 10,4 17,0-19,7 20,5 12,7-17,0 60,4 <12,7 8,7

Сумма максимальных температур воздуха, оС >229,3 9,6 229,3 24,5 202,5 54,1 190,3 11,8

Максимальная температура воздуха, оС >26,5 9,6 26,5 23,6 24,4 56,4 22,8 10,4

Сумма средних минимальных температур >162,4 3 5 133,6-162,4 36 8 106,9-133,6 35 1 106,9 24 6

воздуха, оС

Средняя минимальная температура воздуха, оС >16,4 2,4 13,5-16,4 38,6 10,8-13,5 31,6 10,8 28,4

Осадки, мм <7,6 3,2 7,6-61,0 50,0 7,6-61,0 46,8 >61,0 -

ГТК, ед. 0,74 и > 7,4 0,74-1,14 41,5 1,14-1,36 52,6 1,36-1,43 3,5

Всходы - кущение

Сумма среднесуточных температур воздуха, оС <166,5 17,5 <166,5 31,4 166,5-273,4 45,5 >273,4 5,6

Средняя суточная температура воздуха, оС 20,1-23,2 18,4 20,1-18,8 30,6 18,8-13,6 44,9 13,6 6,1

Сумма максимальных температур воздуха, оС 614 9,4 614 21,8 530,0-614,0 58,0 448,0-530,0 10,8

Максимальная температура воздуха, оС >34,0 8,3 34,0-30,6 38,6 22,4-30,6 41,7 <22,4 11,4

Сумма средних минимальных температур >348,0 8,3 310,1-348,0 37,9 245,6-310,1 35,2 245,6 18,6

воздуха, С

Средняя минимальная температура воздуха, оС >17,4 9,2 15,8-17,4 37,9 12,4-15,8 38,6 12,4 14,3

Осадки, мм <0,8 16,1 0,8-29,5 38,4 29,5-40,3 31,5 >40,3 14,0

ГТК, ед. <0,64 11,6 0,86-0,64 46,2 0,86-1,02 22,6 >1,02 19,6

Таблица 3. Параметры температурного режима воздуха и увлажнения межфазного периода кущение -колошение для формирования урожайности разного уровня и их вероятность

Уровни урожайности и их вероятность

Показатели до 1 т с 1 га ,ь т с о  \ я о р е в 1-2 т с 1 га ,ь т с о  \ я о р е в 2-3 т с 1 га ,ь т с о  \ я о р е в >3 т с 1 га вероятность %

Сумма среднесуточных температур воздуха, оС >668,2 20,4 596,5-668,2 39,6 453,8-596-5 33,9 <453,8 6,1

Средняя суточная температура воздуха, оС 23,9-25,1 21,8 23,9-21,6 40,2 21,6-16,6 31,9 16,6 6,1

Сумма максимальных температур воздуха, оС >902,4 20,4 835,2-902,4 21,8 835,2-713,8 49,7 713,8 8,1

Максимальная температура воздуха, оС >37,6 13,3 34,8-37,6 48,6 29,6-34,8 28,5 <29,6 9,6

Сумма средних минимальных температур воздуха, оС 421,6 14,8 370,0-421,6 41,5 335,6-370,0 21,6 33,6 10,1

Средняя минимальная температура воздуха, оС >16,8 21,4 14,8-16,8 35,4 12,4-14,8 24,8 12,4 18,4

Осадки, мм <16 12,5 16-31,8 28,6 31,8-54,4 48,4 54,4-127,8 10,5

ГТК, ед. 0,56-0,75 1,3 0,75-1,18 31,4 1,18-1,36 58,6 1,36-1,42 8,7

Таблица 4. Параметры температурного режима воздуха и увлажнения в период генеративного развития и за период вегетации для формирования урожайности ячменя разного уровня и их вероятность

Показатели Уровни урожайности и их вероятность

до 1 т с 1 га ,ь т с о я о р е в 1-2 т с 1 га ,ь т с о я о р е в 2-3 т с 1 га вероятность, % >3 т с 1 га ь т с о о р е в

Колошение - молочная спелость

Сумма среднесуточных температур воздуха, оС >370,5 20,5 >370,5 38,6 370,5-286,1 30,1 <286,1 10,8

Средняя суточная температура воздуха, оС >24,7 18,7 >24,7 30,7 24,7-19,6 39,2 <19,6 11,4

Сумма максимальных температур воздуха, оС 546,0 14,5 538,4 28,5 483,7 38,6 475,5 18,5

Максимальная температура воздуха, оС >39,0 13,6 37,4-39,0 29,6 31,7-37,4 31,4 <31,7 25,4

Сумма средних минимальных температур >276,0 13,5 243-276 29,4 222-243 40,8 222 16,3

воздуха, оС

Средняя минимальная температура воздуха, оС >18,4 13,6 16,2-18,4 30,8 14,8-16,2 41,4 14,8 и < 14,2

Осадки, мм <10,9 12,6 10,9-56,4 41,8 56,4-80,0 20,6 >80,0 25,0

ГТК, ед. <0,45 8,4 0,45-0,94 56,2 0,94-1,01 20,4 1,01-1,24 15,0

Молочная спелость - восковая спелость

Сумма среднесуточных температур воздуха, оС >326,4 21,5 326,4-316,8 38,4 316,8-261,6 33,9 261,6 6,2

Средняя суточная температура воздуха, оС >27,2 20,6 27,2-26,4 31,8 26,4-21,8 40,7 <21,8 5,9

Сумма максимальных температур воздуха, оС - - >489,6 41,6 342-489,6 38,7 <342 19,7

Максимальная температура воздуха, оС - - >40,8 41,6 28,5-40,8 38,7 <28,5 19,7

Сумма средних минимальных температур 244,8 220,8-244,8 198-220,8 198 и <

воздуха, оС

Осадки, мм 0-16,8 31,6 16,8-42,5 47,2 42,5-60,0 16,4 >60,0 4,8

ГТК, ед. 0,43-0,71 48,4 0,71-0,85 37,1 0,85-0,98 14,5 0,98 -

Восковая - полная спелость

Сумма среднесуточных температур воздуха, оС - - >150,5 38,4 150,5-279,1 48,7 <150,5 12,9

Средняя суточная температура воздуха, оС - - >25,4 38,6 16,8-25,4 47,4 <16,8 14,0

Сумма максимальных температур воздуха, оС - - >288,9 36,4 256,5-288,9 51,4 256,5 12,2

Максимальная температура воздуха, оС - - >32,1 37,6 28,5-32,1 48,6 <28,5 3,8

Сумма средних минимальных температур воздуха, оС - - 400,2 и < 24,7 333,5-400,2 61,0 333,5 14,3

Средняя минимальная температура воздуха, оС - - 17,4 и < 25,2 14,5-17,4 67,4 14,5 7,4

Осадки, мм <11,0 48,6 11,0-28,8 21,6 28,8-44,7 20,8 28,8-44,7 9,0

ГТК, ед. 0,35-0,61 37,6 0,61-0,76 51,7 0,76-0,94 8,7 0,94-1,15 4,0

Посев - полная спелость

Сумма среднесуточных температур воздуха, оС >1933 13,6 1800-1933 40,6 1461-1800 40,1 <1461 15,7

Средняя суточная температура воздуха, оС 22,9-24,3 14,3 20,9-22,9 31,9 17,4-20,9 49,0 17,4 14,8

Сумма максимальных температур воздуха, оС >1996 15,0 1996 31,6 1720-1996 42,8 1996 10,6

Максимальная температура воздуха, оС >40,8 11,0 >40,8 38,6 35,2-40,8 41,8 <35,2 8,6

Сумма средних минимальных температур воздуха, оС >1213,6 4,6 1115,2-1213,6 31,5 951,0-1115,2 48,5 951,0 8,4

Средняя минимальная температура воздуха, оС >17,4 5,6 14,8-17,4 37,4 13,6-14,8 47,6 13,6 9,4

Осадки, мм 36,7 и < 7,7 36,7-84,0 45,0 84,0-210,7 30,6 84,0-210,7 и >253 16,7

ГТК, ед. 0,30-0,65 12,0 0,65-0,84 44,0 0,84-1,18 28,0 1,18-1,43 16,0

чение урожайности в 2-3 т с 1 га. В этот меж-фазный период возрастает вероятность более частого (20,4%) проявления максимальной температуры воздуха, ограничивающей урожайность на уровне 1 т с 1 га. Осадки этого периода в 10,5% лет ограничивают урожайность уровня 3 и более т с 1 га и в 12,5% определяют его снижение до 1 т с 1 га и менее.

В период генеративного развития сохраняется ограничивающая роль максимальной температуры воздуха и осадков. В межфаз-

ный период колошение - молочная спелость вероятность максимальной температуры воздуха (29,6-39,0оС и >), сдерживающей урожайность на уровне 1-2 т с 1 га и менее, составляет 43,2%, а количество осадков - 54,4% лет (табл. 4).

В то же время в этот период вероятность осадков для уровня урожайности 3 и более т (>80 мм) равна 25%. В периоды молочная -восковая и восковая - полная спелость количество осадков, при которых урожайность

может составить 1 тонну с гектара и менее возможно в 31,6 и 48,6% лет соответственно для уровня 3 т и более в 4,8 и 9,0% лет.

К концу вегетации (восковая - полная спелость) ячменя основной режим температуры воздуха определяет уровень урожайности от 1 до 3 тонн с гектара с преобладанием вероятности их проявления (до 47,4-61,0% лет) для 2-3 т. Но в этот период увеличиваются вероятность отсутствия осадков (<11,0 мм) и засушливости, при которых урожайность до 1 т с 1 га и менее возможна в половине лет (48,6%), также возрастает ограничивающая роль гидротермического коэффициента (0,35-0,61) (37,6% лет).

В целом за период вегетации параметры температурного режима воздуха на 31,540,6% определяют уровень урожайности в 1-

2 т с гектара и на 40,1-49,0% - уровень урожайности в 2-3 т с 1 га. При этом величины сумм средних (>1933оС) и максимальной температуры (>40,8оС) и ее суммы (>1996оС) с

11,0-15,0% вероятностью способствуют формированию низкой урожайности (1 т с 1 га и меньше). Урожайность более 3 т с 1 га ограничивается ростом максимальных температур воздуха и их сумм, а вероятность их равна 8,6-10,6%. Осадки периода вегетации в

сумме 36,7-84,0 мм на 45% определяют урожайность в 1-2 т с 1 га, а сумма до 84-210,7 мм и более 253 мм с 16,7% вероятностью могут способствовать формированию урожайности до 3 и более тонн.

Выводы:

1. Агробиологические показатели высокопродуктивных посевов ярового ячменя должны быть в пределах: число всходов -288-430 шт. на 1 кв. м, полевая всхожесть -68-73%, сохранность растений к уборке - 8295%, количество растений к уборке - 289-320 штук. Период вегетации - 69-80 дней.

2. Средняя суточная температура воздуха в пределах 12,7-17,0 С способствует формированию урожайности ячменя до 2-3 т с 1 га, рост ее величин до 17,0-19,7 С снижает урожайность до 1-2 т с 1 га.

3. Осадки до 54,4 мм, выпавшие до периода колошения ячменя, до 89,5% вероятности способствуют формированию урожайности до 2-3 т с 1 га.

4. В условиях степной зоны Южного Урала необходимо формирование растения ячменя с коэффициентом кущения 1,7-2,1 с высоты до 110 см, массой зерна с главного побега до 0,68 г при числе зерен в главном колосе до 19-21 шт.

Список использованной литературы:

1. Абдрашитов, Р.Х. Особенности формирования оптимальных агроценозов яровой пшеницы в степной зоне Южного Урала / Р.Х. Абдрашитов: автореф. дис...д-ра с.-х. наук. - Оренбург, 2001. - 59 с.

2. Башкин, В.Н. Устойчивое развитие агросферы на основе ее экологически оптимальной биопродуктивности / В.Н. Башкин // Вестник с.-х. науки, 1991. - С.59-62.

3. Бондаренко, Н.Ф. Математическое моделирование плодородия почв / Н.Ф. Бондаренко, Б.В. Железный // Вестник с.-х. науки. - 1986. - №7. - С. 47-52.

4. Гусев, Н.А. Состояние воды в растениях / Н.А. Гусев. - М.: Наука. - 1974. - 134 с.

5. Жученко, А.А. Проблемы адаптации в современном сельском хозяйстве / А.А. Жученко // Сельскохозяйственная биология. - 1993. - №5. - С. 3-35.

6. Жученко, А.А. Эколого-генетические основы адаптивной системы селекции растений /А.А. Жученко // Сельскохозяйственная биология. - 2000. - №3. - С. 3-29.

7. Кореньков, Д.А. Условия эффективного применения азотных удобрений / Д. А. Кореньков // Основные условия эффективного применения удобрений. - М., 1983. - С. 25-43.

8. Коровин, А.И. Роль температуры в минеральном питании растений / А.И. Коровин. - Л.: Гидрометеоиздат, 1972.248 с.

9. Крючков, А.Г. Научные основы выращивания, уборки и послеуборочной обработки сильных и твердых пшениц в степной зоне Южного Урала / А. Г. Крючков: автореф. дис... д-ра с.-х. наук.- Оренбург, 1995. - 42 с.

10. Ниловская, Н.Т. Продуктивность яровой пшеницы в зависимости от концентрации питательного раствора / Н.Т. Ниловская, Н.Н. Булгакова // Докл. ВАСХНИЛ, 1984. - №6. - С. 13-15.

11. Образцов, А.С. Системный подход: применение в земледелии.- М.: 1990.

12. Сабинин, Д.А. Физиологические основы питания растений / Д.А. Сабинин, М.: Изд-во АН СССР, 1955. - 45 с.