Оценка влияния погодных условий и минерального питания на урожайность яровой сильной пшеницы в Оренбургском Предуралье

Оценка влияния погодных условий и минерального питания на урожайность яровой сильной пшеницы в Оренбургском Предуралье

Г.Н. Сандакова, к.т.н., В.И. Елисеев, к.с.-х.н., ФГБНУ Оренбургский НИИСХ

Оренбургская область в силу специфики погодных условий является одним из основных регионов по производству зерна яровой сильной пшеницы [1].

Проблема влияния минерального питания на формирование урожайности яровой мягкой пшеницы находится в центре внимания оренбургских учёных, разным аспектам его применения посвящены многие работы, однако все результаты настоящего исследования были получены в краткосрочных опытах [2—5].

Решить поставленную проблему возможно лишь с помощью длительных стационарных опытов, которые ведутся в центральной зоне области с 1972 г. и по настоящее время, на основе точного расчёта с применением математического моделирования и вычислительной техники. Имеются работы по изучению влияния погодных условий на урожайность яровой мягкой пшеницы с применением методов математического моделирования [6—9], но не изучена проблема совместного влияния погодных факторов и агротехнических приёмов возделывания, в частности минерального питания, на урожайность яровой мягкой пшеницы, поиску количественных связей между данными факторами.

Цель исследования заключалась в выявлении наиболее оптимальных параметров погодных условий и фонов минеральных удобрений, способствующих формированию высокой урожайности яровой мягкой пшеницы.

Материал и методы исследования. Работа базировалась на многолетних (1976—2015 гг.) экспериментальных данных по урожайности, полученных в стационарном опыте, в пятипольном зернопаровом севообороте по схеме:

1. Без удобрений (контроль);

2 N Р •

3. ^КзоК20;

4 Р К •

5 N Р К •

30 30 20

6. N^0^;

7. N^5^0;

8. -^60Р30К20;

9. -^30Р60К20;

10 N Р К

1и. 60 260 140*

Чередование культур в севообороте было следующее: пар, озимая рожь, яровая твёрдая пшеница, просо, яровая мягкая пшеница.

Почвы представлены чернозёмом обыкновенным среднемощным, тяжелосуглинистым с

содержанием 4,7—5,5% гумуса в слое 0—30 см, подвижного фосфора — 2,3—2,8 мг, обменного калия — 26,7—38,4 мг на 100 г почвы.

Повторность вариантов четырёхкратная, общая площадь делянки составляла 450 м2 (7,5 х 60 м), учётная — 300 м2.

Под вспашку вносили мочевину, двойной гранулированный суперфосфат и хлористый калий.

В опыте применяли общепринятую для центральной зоны области агротехнику.

Наблюдения и исследования проводились по методике Б.А. Доспехова и другим методикам, принятым в агрохимии [10].

Для исследования были привлечены агрометеорологические данные Оренбургского областного центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды за тот же период времени.

Математическая обработка урожайных данных проведена по Б.А. Доспехову [10]. Связь урожайности с погодными факторами и удобрениями осуществляли методом нелинейного корреляционного и множественного регрессионного анализов на ПЭВМ с помощью прикладных программ ЕхБе1 и $1а11811ка.

Результаты исследования. Формирование урожайности яровой сильной пшеницы в центральной зоне области проходило в основном в условиях засушливых — 21% лет (ГТК=0,71 ед.) и очень засушливых — 52% лет (ГТК=0,37 ед.).

Колебания погоды привели к высокой вариабельности (У=44,9%) урожайности по годам. При среднемноголетнем её значении на контроле 13,53± 5,99 ц с 1 га урожайность изменялась от 3,4 ц с 1 га в крайне засушливом 2010 г. (ГТК=0,08 ед.) до 28,0 ц с 1 га в засушливом 1976 г. (ГТК=0,66, запас влаги к севу 146 мм). На удобренном фоне среднемноголетняя урожайность в различные по погодным условиям годы составила 16,50+7,01 ц с 1 га и превысила контроль на 3,14 ц с 1 га. За 34 года исследований среди изученных фонов минерального питания наибольшей урожайностью выделились следующие варианты: ^0Р30К20 (17,38 ц с 1 га, прибавка 4,02 ц с 1 га, или 30,05%) и ^0Р30К20 (17,18 ц с 1 га, прибавка 3,82 ц с 1 га, или 28,60%%).

Следующая группа вариантов — ^0Р30 (16,32 ц с 1 га); ^РЛ (16,66 ц/га); N^5^ (16,87 ц/га); ^РЛ (16,74 ц/га); ^Р^К^ (16,85 ц/га) незначительно уступила указанным выше вариантам по уровню прибавки урожайности к контролю — 2,96; 3,30; 3,51; 3,38; 3,49 ц/га, или 22,16; 24,70; 26,24; 25,29; 26,11% соответственно.

У третьей группы вариантов — ^0К20 (15,49 ц/га); Р30К20 (15,05 ц/га) прибавки урожайности к кон-

1. Зависимость урожайности яровой сильной пшеницы от гидротермического коэффициента

№ Коррелируемая величина Параметры величин (М ±0) Коэфф. вариации, V, % Пух Е

факт. теор.

Посев - колошение

1 Гидротермический коэффициент (ГТК) (Х1) 0,02-2,00 0,68±0,38 56,43 - - -

2 Урожайность, ц/га (у1) 6,02-19,94 13,59±3,52 25,89 0,87 2,28 1,76

У1 = 5,32 + 20,96х1 - 9,89(х1)2 ± 2,33 ц/га, для 75,69% случаев

Колошение - полная спелость

3 Гидротермический коэффициент (ГТК) (Х2) 0,04-1,79 0,52±0,44 84,83 - - -

4 Урожайность, ц/га (у2) 8,18-19,32 13,40±3,41 25,43 0,94 3,11 1,76

У2= 7,81 + 19,09х2-9,44 (х2)2± 1,93 ц/га, для 88,36% случаев

Посев - полная спелость

5 Гидротермический коэффициент (ГТК) (Хэ) 0,08-1,34 0,62±0,31 50,25 - - -

6 Урожайность, ц/га (у3) 7,58-19,90 13,37±3,79 28,32 0,93 2,99 1,76

У3 = 1,60 + 36,15х3-22,23(х3)2± 2,19 ц/га, для 86,49% случаев

тролю были ещё ниже и составили соответственно 2,13; 1,69 ц/га, или 15,92; 12,66%.

В годы очень сильных засух (1988, 2010, 2012), на которые пришлось 9% лет, урожайность на контроле формировалась в пределах 3,4—6,1 ц/га при среднем значении 4,87+1,37 ц/га, а её снижение против среднемноголетней составляло 55—75%. На удобренных фонах урожайность была выше контроля — 6,60+2,37 ц/га, прибавка к контролю составляла 1,73 ц/га, т.е. удобрения ослабили действие засухи.

В годы сильных засух (1981, 1995, 1998, 2014) (16% лет) урожайность на контроле колебалась от 7,00 до 8,20 ц/га при среднем значении 7,50+0,53 ц/га, а её снижение против среднемноголетней составляло 35—48%. На всех вариантах удобренных фонов урожайность была выше контроля — 9,35+0,97 ц/га, а прибавка к контролю составляла 1,85 ц/га, т.е. удобрения также сыграли положительную роль в такие годы.

В годы очень сильных и сильных засух наблюдался повышенный температурный режим воздуха на протяжении всего периода вегетации (посев — полная спелость). Средние и максимальные температуры за весь период вегетации в такие годы превысили среднемноголетние (19,75+1,62 и 28,13+3,69°С) и составили соответственно 21,29+1,49 и 30,93+4,07°С, в 2010 г. они повышались до 23,92 и 35,72°С.

Осадков за период вегетации яровой мягкой пшеницы (посев — полная спелость) в годы очень сильных и сильных засух выпало 47 и 55 мм соответственно, что составляло 41 и 49% от средне-многолетних (113+56 мм).

Гидротермический коэффициент за период вегетации имел очень низкие значения (ГТК=0,22

и 0,29 ед. соответственно) и характеризовал такие годы как очень засушливые.

В годы с большей влагообеспеченностью вегетационного периода — 1978 (ГТК=0,95) и 1986 (ГТК=0,82) была получена высокая урожайность — 21,0; 15,6 ц/га на контроле и соответственно на удобренном фоне — 26,74; 21,4 ц/га. Такие годы характеризовались пониженным температурным режимом за период вегетации — 17,06 и 17,13°С соответственно при среднемноголетней 19,75°С и повышенным количеством осадков — 163 и 144 мм при среднемноголетнем 113 мм.

В связи с этим важно было оценить роль влагообеспеченности по ГТК в формировании урожайности, выявить их параметры и найти величины, оптимальные для формирования высокой урожайности мягкой пшеницы.

Поиск количественных связей урожайности с ГТК методом нелинейного корреляционно-регрессионного анализа позволил получить математические (регрессионные) модели «ГТК—урожайность» яровой сильной пшеницы по периодам вегетации и в целом за период вегетации. Урожайность брали на контроле, чтобы исключить влияние удобрений.

При рассмотрении связей урожайности с ГТК установлено существование сильных зависимостей между этими факторами (^ух= 0,87—0,94), которые описываются уравнениями регрессии в 75—88% случаев.

Анализ полученных зависимостей (табл. 1) позволил выявить, что максимальная теоретическая урожайность (16,29—17,47 ц/га) сформировалась при ГТК первого периода вегетации (посев — колошение) — 1,06, второго периода (колошение — полная спелость) — 1,01 и в целом за период вегетации (посев — полная спелость) — 1,03 ед.

2. Регрессионные модели совместного влияния погодных факторов и минеральных удобрений на урожайность яровой сильной пшеницы в период посев — колошение в центральной зоне Оренбургской области

Независимая переменная Коэффициент регрессии Стандартная ошибка Т-зна-чение Уровень значимости Р-коэф-фициент

Посев - колошение

Свободный член Средняя температура воздуха, (х^ Средний дефицит влажности воздуха, мбар (х2) Суммарная влага, мм (х3) Контроль (без удобрения) (х4) 53,48 -1,27 -0,78 -0,02 -3,08 4,77 0,31 0,22 0,01 1,05 11,21 -4,13 -3,55 -2,24 -2,94 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 -0,33 -0,31 -0,13 -0,13

У1 = 53,48-1,27х1-0,78х2- 0,02х3- 3,08х4 (контроль) ± 5,72 ц/га

Свободный член Средняя температура воздуха, (х;) Средний дефицит влажности воздуха, мбар (х2) Суммарная влага, мм (х3) N30^0 (х4) 53,25 -1,27 -0,78 -0,02 -0,79 4,83 0,31 0,22 0,01 1,06 11,03 -4,08 -3,50 -2,21 -2,74 0,00 0,00 0,00 0,00 0,02 -0,33 -0,31 -0,13 -0,03

У2= 53,25-1,27х1-0,78х2 - 0,02х3-0,79х4 (К30К20) ± 5,79 ц/га

Свободный член Средняя температура воздуха, (х1) Средний дефицит влажности воздуха, мбар (х2) Суммарная влага, мм (х3) Р30К20 (х4) 53,30 -1,27 -0,78 -0,02 -1,27 4,82 0,31 0,22 0,01 1,06 11,05 -4,09 -3,51 -2,22 -2,20 0,00 0,00 0,00 0,00 0,03 -0,33 -0,31 -0,13 -0,06

У3= 53,30-1,27х1-0,78х -0,02х3- 1,27х4 (Р30К20) ± 5,78 ц/га

Свободный член Средняя температура воздуха, (х1) Средний дефицит влажности воздуха, мбар (х2) Суммарная влага, мм (х3) 53,04 -1,27 -0,78 -0,02 1,31 4,82 0,31 0,22 0,01 1,06 11,00 -4,09 -3,51 -2,22 2,24 0,00 0,00 0,00 0,00 0,04 -0,33 -0,31 -0,13 0,06

У4= 53,04-1,27х1-0,78х2- 0,02х3+ 1,31х4 (К30Р30К20) ± 5,78 ц/га

Свободный член Средняя температура воздуха, (х1) Средний дефицит влажности воздуха, мбар (х2) Суммарная влага, мм (х3) N«^20 (х4) 53,06 -1,27 -0,78 -0,02 1,10 4,82 0,31 0,22 0,01 1,06 11,00 -4,09 -3,51 -2,22 2,23 0,00 0,00 0,00 0,00 0,03 -0,33 -0,31 -0,13 0,05

У5= 53,06-1,27х1-0,78х2- 0,02х3+ 1,10х4 (К60Р30К20) ± 5,78 ц/га

Снижение ГТК в первый период вегетации до 0,02, во второй период вегетации — до 0,04 и в целом за период вегетации — до 0,08 способствует формированию минимальной урожайности — 5,73; 8,56; 6,35 ц/га соответственно.

Для выявления совместного влияния на урожайность погодных факторов и удобрений был применён метод множественного регрессионного анализа.

Уравнения множественной регрессии, описывающие совместное влияние на урожайность погодных факторов — средней температуры воздуха, среднего дефицита влажности воздуха, суммарной влаги (сумма запасов продуктивной влаги к севу и осадков), различных доз и соотношений минеральных удобрений в первый период вегетации (посев — колошение), показали, что во всех вариантах наиболее тесную обратную связь урожайности со средней температурой воздуха (Р = -0,33) и средним дефицитом влажности воздуха (Р = -0,31), менее тесную отрицательную связь (Р = -0,13) — (-0,06) с контролем и парными сочетаниями элементов питания Р30К20 и ^0К20 (табл. 2).

Менее тесная положительная связь (Р = 0,01— 0,03) обнаружена в вариантах с азотом и фосфором ^0Р30, половинной дозой элементов питания

^5Р15К10, двойной дозой ^0Р60К40, различными дозами полного минерального удобрения ^0Р60К20, N Р К

60 260 140*

Наибольшее влияние на формирование урожайности совместно с погодными факторами оказывают минеральные удобрения ^0Р30К20 и ^0Р30К20. С вероятностью 62% можно утверждать, что в первый период вегетации (посев — колошение) снижение средней температуры воздуха на 1°С, среднего дефицита влажности на 1 мбар привело к повышению урожайности на 1,27—0,78 ц/га соответственно, а каждый кг д.в./га данных удобрений совместно со средней температурой, средним дефицитом влажности воздуха, суммарной влагой способны увеличить урожайность яровой сильной пшеницы на 1,31; 1,10 ц/га соответственно.

Удобрения Р30К20 и ^0К20 совместно с погодными факторами снижают урожайность в засушливые годы на 1,27; 0,79; ц/га, а отсутствие удобрения (контроль) — на 3,08 ц/га.

Вывод. Для повышения стабильности производства сильной пшеницы и эффективности внедряемых агротехнических мероприятий, в частности минерального питания, необходимо учитывать особенности погоды предстоящего

сезона, разработанные регрессионные модели «погода — урожайность», «погода — минеральные удобрения — урожайность» могут быть применены на практике для прогноза урожайности яровой мягкой пшеницы в засушливой степи Оренбургской области.

Литература

1. Сандакова Г.Н., Крючков А.Г. Научное обоснование зон оптимального размещения производства и глубокой переработки высококачественного зерна яровой пшеницы в степи Южного Урала. Оренбург, 2012. 222 с.

2. Мушинская P.C. О припосевном удобрении яровой пшеницы // Материалы и тезисы VII конференции по химизации сельского хозяйства Оренбургской области. Оренбург, 1966.

3. Андреева В.М. Урожай и качество зерна твёрдой яровой пшеницы в зависимости от минеральных удобрений // Труды Оренбургской областной государственной сельскохозяйственной станции: сб. Челябинск: Южно-Уральское кн. изд-во, 1972. Вып. № 3.

4. Ряховский A.B., Батурин И.А., Березнев А.П. Агрономическая химия в приложении к условиям степных районов Российской Федерации. Оренбург, 2004. С. 283.

5. Крючков А.Г., Елисеев В.И., Абдрашитов Р.Р. Удобрение яровой твёрдой пшеницы и её урожайность в Оренбургском Предуралье // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2012. № 1. С. 53—57.

6. Сандакова Г.Н. Динамика погодных факторов и их вероятность для формирования зерна яровой сильной пшеницы с высоким содержанием клейковины в центральной зоне Оренбургской области // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 5 (61). С. 18—22.

7. Сандакова Г.Н., Крючков А.Г. Запасы влаги к севу, осадки и урожайность яровой пшеницы // Наука и хлеб (Вопросы теории и практики): сб. науч. работ. Оренбург, 1999. Вып. 6. С, 87-111.

8. Долгалев М.П., Тихонов В.Е. Адаптивная селекция яровой пшеницы в Оренбургском Приуралье. Оренбург, 2005. 290 с.

9. Крючков А. Г. Основные принципы и методология агроэколо-гического районирования зерновых культур. М., 2006. 704 с.

10. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.