Предшественники яровой твёрдой пшеницы и их оценка с помощью методов математического моделирования

Предшественники яровой твёрдой пшеницы и их оценка с помощью методов математического моделирования

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

Непрерывный рост цен на энергоресурсы и средства производства, основанный на стремлении бизнеса к мировым ценам, на фоне более неблагоприятного и неустойчивого климата в нашей стране и искусственное сдерживание адекватного повышения цен на сельскохозяйственную продукцию особенно неблагоприятно отражаются на сельхозпроизводителях в засушливых степных регионах при мизерной государственной поддержке даже в годы экстремальных засух.

Исходя из этого здесь очень важно подбирать (и создавать) фон для возделываемой культуры, обеспечивающий более комфортные условия для её произрастания и формирования повышенной продуктивности с хорошим качеством продукции.

В отечественной и зарубежной литературе признано, что лучшим предшественником для возделываемых культур является паровое поле [1—3]. При оценке других предшественников исследователи обычно ограничиваются приведением результатов учёта урожайности и подсчёта разницы в прибавках в весовом и процентном отношении, считая её достаточной для выводов о пригодности (или непригодности) того или иного из них для выращивания используемой культуры.

Подобные подходы к оценке предшественников удовлетворяли и не очень притязательных практиков, что находило своё отражение в различного рода рекомендациях [4].

Но на современном этапе реформирования сельскохозяйственного производства требуется более глубокое осмысление действия факторов внешней среды на растения, более осознанный выбор культур для эффективного их производства в местном климате, а также более чёткий выбор применяемых агроприёмов.

Важнейший из них — выбор предшественника для размещения культуры. Твёрдая пшеница считается в этом плане требовательной культурой.

Учитывая эти обстоятельства, мы попытались сделать анализ своих опытных данных с целью выявления не только роли предшественников под ценнейшую в оренбургской степи культуру — яровую твёрдую пшеницу, но и сформулировать методы подхода к их оценке в целях заблаговременного предвидения и снижения вероятных рисков.

Исследователи обычно ограничиваются нахождением доли влияния различных факторов на урожайность изучаемой культуры, используя дисперсионный анализ результатов полевого опыта.

Нами применялся этот подход при анализе собственных опытов, выполненных в различные по погодным условиям годы в центре оренбургского Предуралья на почвах чернозёма обыкновенного.

Дисперсионный анализ результатов опыта с предшественниками под яровую твёрдую пшеницу и её нормами высева за 4 года (1969—1972) показал, что наибольшая доля влияния из изучаемых факторов приходится на предшественники (41,5—87,5%) при средней величине 60%. На влияние норм высева пришлось 7% (0,01—16,9%), их взаимодействие с

предшественниками — 3,5%, повторения — 2,7% и на неучтённые факторы — 26,8% (4,6—49,8%). Значительная доля влияния предшественников обнаруживалась и в другой серии полевых опытов (1976—1981 гг.) При этом обращает на себя внимание высокая доля влияния неучтённых факторов.

Ответа на вопрос о роли каждого предшественника и влиянии неучтённых факторов при этом мы не получили. Можно было предполагать, что они связаны с погодными факторами и комплексом условий, создающихся внутри каждого предшественника.

Чтобы разобраться в этих вопросах, мы на первом этапе посчитали необходимым выявить, как связана урожайность яровой твёрдой пшеницы по лучшему в наших условиях предшественнику — чёрному пару с урожайностью по другим предшественникам. Насколько закономерны эти связи?

Материалы и методика исследований. Материалами для исследований послужили результаты собственных полевых экспериментов автора, выполненных в период 1969—1972 гг. и 1976—1979 гг. на почвах чернозёма обыкновенного в степной зоне центра оренбургского Предуралья (п/о «Чебеньки», Оренбургский р-н).

Для исследования корреляционно-регрессионных связей применяли соответствующие известные методы нелинейного и множественного математического анализа с помощью ПЭВМ и использования программы Statgrafiks. Поиск взаимодействия с атмосферной засушливостью проведён на базе построения уравнений поверхностей отклика. Применён ряд собственных оригинальных подходов.

Результаты и обсуждение. Корреляционный анализ показал, что величина урожайности яровой твёрдой пшеницы закономерно связана с выбранным предшественником для её выращивания. Установлены сильные и тесные зависимости (^ух = 0,960 и 0,898) урожайности твёрдой пшеницы по непаровым предшественникам с урожайностью по пару в центре оренбургского Предуралья на фоне чернозёма обыкновенного.

Величина урожайности при её размещении по кукурузе на силос составляет в среднем 21,5 ц с 1 га (пределы: 9,3—29,3 ц с 1 га), а по предшественнику — твёрдая пшеница 16,0 ц с 1 га (8,6—22,7 ц с 1 га) при показателях по пару — 23,5 ц с 1 га (10,0—34,7 ц с 1 га) В свою очередь урожайность при посеве повторно по твёрдой пшенице уступает урожайности посевов по кукурузе на силос (^ =

0,972). ух

Величина различий в пользу пара согласно уравнениям регрессии составляет по предшественнику — кукуруза на силос при минимальной урожайности в засушливые годы +1,47 ц с 1 га (18,0%), а при максимальной в благоприятные +6,96 ц с 1 га (25,0%). Между урожайностью повторного посева и паром соответственно +0,9 ц с 1 га (10%) и 11,2 ц с 1 га (48%), а в повторном

посеве в сравнении с кукурузой на силос —0,9 ц с 1 га (10,%) и -8,4 ц с 1 га (35%).

В этом эксперименте пар удобряли 20 т навоза на 1 га, а непаровые предшественники — минеральными удобрениями в дозах ^0Р40К40.

В следующей серии опытов (1976—1979 гг.) предшественник — яровая твёрдая пшеница был заменён на предшественник — мягкая пшеница, поскольку повторные посевы твёрдой пшеницы могут сильно поражаться корневыми гнилями и в них наблюдается пустоколосость.

Сопоставление величин урожайности яровой твёрдой пшеницы, размещённой по различным предшественникам, позволяет считать, что между ними существуют тесные связи (^ух = 0,972; 0,940 и 0,973), а полученные уравнения адекватны для 94,73-88,4% случаев.

Согласно полученным уравнениям урожайность яровой твёрдой пшеницы, выращиваемой по предшественнику кукуруза на силос, последовательно возрастает с 2,4 до 27 ц с 1 га при росте урожайности её по паровому предшественнику с 8,0 до 39,2 ц с 1 га при соответствующих средних величинах -15,9 и 22 ц с 1 га. Различия в пользу пара составляют от 5,6 ц с 1 га (+234%) в неблагоприятный год до 12,2 ц с 1 га (+46%) по мере наращивания благоприятности условий года.

Урожайность твёрдой пшеницы на фоне предшественника - мягкая пшеница поддаётся той же закономерности. Она нарастает с 1,4 до 21,3 ц с 1 га по мере последовательного повышения урожайности по пару с 8,0 до 39,2 ц с 1 га. Но в этом случае посевы по пару выигрывают ещё более заметно. Различия в его пользу достигают от 6,6 (+47,2%) до 17,9 ц с 1 га (+84%). Средние показатели урожайности на фоне мягкой пшеницы составляют 13,2 ц с 1 га, по пару — 22 ц с 1 га.

При сравнении урожайности этой пшеницы по непаровым предшественникам показатели складываются в пользу кукурузы на силос. При минимальной урожайности по кукурузе на силос, равной 4,9 ц с 1 га, урожайность на фоне мягкой пшеницы равна 3,30 ц с 1 га, а при максимальной — 29,5 ц с 1 га она составляет 22,29 ц с 1 га. Различия соответственно равны — 1,6 ц с 1 га (+33%) и 7,3 ц с 1 га (+25%).

Может показаться, что гораздо проще бы определять различия в урожайности путём вычисления их в процентах по предшественникам, но это неправильно, поскольку различия в % по годам неоднозначны, а уравнения улавливают эту неоднозначность.

Тем не менее этих уравнений недостаточно, чтобы понимать, какой может сложиться урожайность яровой твёрдой пшеницы по чёрному пару и, следовательно, по непаровым предшественникам в связи с действием комплекса погодных факторов в сезоне, т.е. что брать за точку отсчёта — какую урожайность по пару?

Для решения этой задачи мы привлекли показатель атмосферной засушливости, предложенный С.С. Синицыным [5], и сопоставили его с урожайностью яровой твёрдой пшеницы по трём предшественникам.

Результаты анализа связей между показателем атмосферной засушливости (ПАЗ-1) и урожайностью яровой твёрдой пшеницы, размещаемой по различным предшественникам, указывают на наличие таких зависимостей. Наиболее тесная связь (^ = 0,915) обнаружена по паровому предшественнику. При нарастании ПАЗ-1 с 63 до 135 мм согласно полученному уравнению урожайность яровой твёрдой пшеницы здесь снижается с 33,3 до 16,0 ц с 1 га.

На фоне непаровых предшественников сохраняется подобный же характер зависимости. При этом степень тесноты связи снижается по предшественнику — кукуруза на силос до ^ =0,860 и по предшественнику — мягкая пшеница до ^ = 0,800, что можно объяснить значительно большим варьированием урожайности по этим предшественникам, соответственно до 42,2 и 44,35%, по сравнению с варьированием её по паровому фону (V = 34,1%).

Согласно полученным уравнениям, под действием ПАЗ-1 при возрастании его с 63 до 135 мм урожайность яровой твёрдой пшеницы снижается по предшественнику — кукуруза на силос с 24,6 до 8,9 ц с 1 га, а по предшественнику — мягкая пшеница с 19,8 до 7,2 ц с 1 га.

Исходя из этого стала очевидной необходимость выявления роли предшественника как средства преодоления комплекса засушливости погодных условий.

С.В. Нерпин и А.Ф. Чудновский для выявления возможной урожайности сельхозкультуры с определёнными генетически обусловленными свойствами решение задачи сводят к уравнению следующего вида [6]:

у = /(т, п, р, г, д),

где т — светообеспеченность; п — влагообеспеченность; р — теплообеспеченность; г — пищеобеспеченность; s — газообеспеченность.

Не сомневаясь в правильности такого подхода, мы не могли его использовать, поскольку в исследованиях и практике сельского хозяйства большая часть таких показателей не применяется и не определяется.

Поэтому мы выразили роль предшественников через их урожайность в долях единицы, приняв за единицу максимальную урожайность яровой твёрдой пшеницы по чёрному пару в наиболее благоприятный по погодным условиям год, фактически достигнутую в опыте и изредка получаемую на практике (35 ц с 1 га).

Величину от деления фактической урожай -ности по вариантам опыта на максимальную, принятую для расчётов (35 ц с 1 га), мы назвали коэффициентом продуктивности предшественника и происследовали связи его с величинами фактической урожайности по каждому из изученных предшественников.

Результаты анализа позволяют считать, что выбранные (применённые нами) коэффициенты для оценки продуктивности каждого предшественника из числа изученных тесно связаны с уровнем урожайности яровой твёрдой пшеницы по каждому из них (^ = 0,9988-0,9982).

Полученные уравнения детерминированы для 99,76-99,65% случаев и могут применяться для расчёта урожайности на каждом из указанных предшественников в пределах погодных условий изученных лет.

В соответствии с ними по чёрному пару при возрастании коэффициента продуктивности предшественника с 0,23 до 1,12 ед. урожайность возрастает с 8,07 до 39,5 ц с 1 га, по кукурузе на силос при росте коэффициента с 0,14 до 0,84 ед. урожайность повышается с 4,86 до 29,2 ц с 1 га, а по мягкой пшенице при коэффициенте от 0,11 до 0,74 ед. урожайность растёт с 4,0 до 25,8 ц с 1 га.

Поскольку в этом случае остаётся нераскрытой роль погодных факторов, мы попытались определить их действие во взаимодействии с коэффициентом продуктивности предшественника путём сопоставления двух факторов: ПАЗ-1 (показатель атмосферной засушливости, мм) и коэффициент продуктивности предшественника, как противодействующего атмосферной засушливости.

В результате были получены высокодостоверные множественные корреляционные отношения (цух= 0,9896; 0,995 и 0,9997) для изученных объектов, которые адекватно описывают связи по следующим уравнениям:

для чёрного пара:

у = -131,788 + 1,501х1 + 209,4105х2-4,0732Е -Д-03х2 — 1,0343х1х2-55,7019х22± 1,21 ц с 1 га, для 97,94% случаев при

х =-

63 -135 119 :

мм; х2 = -

0,2 -1,24 0,63

-, ед.;

- 26,8 -+39,3

у =-ц с 1 га

22,0

при Fфaкт. = 580,222 >^е0рЛ = 1,765. = для предшественника - кукуруза на силос: у ^ = 2,7435 — 1,8013Д-02х3 + 32,76045х4 —4,6846Д—02х2+3,3879Д—02х3х4—2,70448х42±0,76 ц с 1 га, для 99% случаев при

63 -135 119 :

0,14 - 0,84

0,35

-, ед.;

4,7 - 27,8

у, =-ц с 1 га

1 16,1

мм; х4 =

Хо =

3

при FфaкT.= 1219,88 > Fте0р.1= 1,765. = для предшественника — мягкая пшеница: у2= 0,1 149 — 2,7935Д — 03х5+ 34,6362х6 + 2,02^4Д—05х6—3,0888Д—03х5х6+ 0,8668х6±0,16 Ц с 1 га, для 99,94% случаев при

х< =

11-135 119

-,мм; х6 = -

0,11 - 0,74

0,32

-, ед.;

3,8 - 26,2

у2 =-ц с 1 га

13,2

при Fфaкт. = 20354,2 >Fтeор.1= 1,765.

Выводы. Подводя итоги, можно заключить, что избираемый нами подход к оценке значимости предшественников при выборе их для возделывания яровой твёрдой пшеницы более перспективен, чем прежние подходы, поскольку он связан с выяснением возможностей противостояния её действию засушливости климата территории на базе учёта влияния погодных факторов и внутренних особенностей предшественника. По степени комфортности для жизни растений его размещение по пару можно сравнить с жизнью человека в коттедже, по кукурузе на силос — в сельском доме, а по пшенице — в землянке.

Разумеется, для более глубокой оценки предшественника необходимо изучить значимость составляющих состояния каждого предшественника (структурный состав почвы, содержание макро- и микроэлементов питания, влаги, гумуса, корневых и других органических остатков, микробиологическую активность почвы, рН, засолённость, засорённость почвы и т.п.) во взаимодействии с погодными и антропогенными факторами для формирования урожайности. Но тем не менее использованный нами подход на первом этапе этой большой работы свидетельствует о целесообразности развития исследований в указанном направлении.

Литература

1. Бараев А.И., Бакаев М.И. и др. Яровая пшеница / под общей ред. А.И. Бараева. М.: Колос, 1978. 429 с. с ил.

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

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

4. Система сухого земледелия Оренбургской области. Уфа, 1992. 243 с.

5. Синицын С. С. Показатель и результаты сравнения агро-климатеческих условий регионов — аналогов производства высококачественной яровой пшеницы // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2002. № 2.

6. Нерпин С.В., Чудновский А.Ф. Энерго- и массообмен в системе: «растение — почва — воздух». Л.: Гидрометеоиздат, 1975.