Russian Federation
The purpose of research is to identify the possibilities of increasing the efficiency of high-quality grain production by using crop rotations with different specific gravity of the fallow field and a set of crops in the conditions of the forest-steppe of Western Siberia. Observations and studies were carried out under sta-tionary conditions of the field experiment, laid on the experimental fields of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Omsk ANC". For a comparative analysis of the production of the products obtained in various types of field grain-fallow crop rotations, the calculation of the yield of grain per unit area of ara-ble land was carried out. The following types of field grain-fallow crop rotations with different specific gravi-ty of the fallow field and crops were analyzed: 3-field (black fallow – wheat – wheat); 4-field (steam black – winter rye – soybeans – wheat); 5-field (black steam – winter rye – soybeans – wheat – barley); 6-field (black steam – wheat – wheat – soybeans – oats – wheat). An analysis of the influence of a set of prede-cessors and rotation of field crop rotations on the efficiency of grain production is given. The most effec-tive crop rotation in terms of economics and bioenergy is a 3-field grain fallow: clean fallow – wheat – wheat. Its productivity in terms of grain yield is slightly inferior to crop rotations, where, in addition to win-ter rye, there are spring grains and legumes. The role of black fallow as a technique that makes it possible to retain moisture in the soil, accumulate nutrients, clean the soil from weeds, pathogens and pests has been established. The advantage of grain-fallow crop rotations in increasing the productivity of arable land and the technological properties of grain crops in different farming systems is due to the optimization of the fertility elements of chernozem soils and the phytosanitary state of agrophytocenosis. Reducing the length of rotation of grain-fallow crop rotations from six to seven fields to three to four can significantly reduce the weediness of crops and abandon the use of pesticides. Through three- and four-field grain-fallow crop rota-tions, it is possible to obtain products without the use of mineral fertilizers, chemical plant protection prod-ucts, especially against weeds, thereby improving the quality of crop rotation grain products, which will increase the area of arable land that ensures the production of organic farming products.
grain-fallow crop rotation, predecessor, organic farming, growth and development conditions, grain yield
Введение. В почвенно-климатических условиях черноземной лесостепи Западной Сибири с учетом неравномерности выпадения осадков в период вегетации и всего сельскохозяйственного года для получения качественной и экологически чистой продукции актуален вопрос сохранения чистоты посевов от сорняков, вредителей и болезней, обеспеченности культур питательными веществами, особенно азотом, применения определенных видов полевых севооборотов в сочетании с зональными технологиями возделывания озимых, яровых и зернобобовых культур. Связано это с вспашкой и культивацией при уходе за паром и предпосевной обработке почвы. Использование черного пара под посев озимой ржи с элементами традиционной технологии позволяет сохранять засоренность посевов, особенно многолетними корнеотпрысковыми сорняками, ниже экономического порога вредоносности (ЭПВ) [1, 2]. В условиях южной лесостепи Западной Сибири наименьшую в опыте массу сорняков в посевах первой и второй пшеницы после пара, как с применением гербицидов и аммиачной селитры, так и без них, отмечали на фоне вспашки [3, 4]. Как показывают многолетние стационарные исследования в различных подзонах Западной Сибири, сокращение доли чистых паров в структуре пашни, переход на беспаровые севообороты в регионе, освоение мульчирующих обработок почвы и их минимизацию можно допустить только при применении минеральных удобрений и гербицидов [5, 6]. Наблюдения и исследования в длительных стационарных опытах ученых Западной Сибири показали, что уменьшить эрозионные процессы возможно путем использования полосного размещения парового поля и культур [7].
Цель исследования – выявить возможности повышения эффективности производства качественного зерна путем использования севооборотов с различным удельным весом парового поля и набором культур в условиях лесостепи Западной Сибири.
Объекты и методы. Наблюдения и исследования проводили в стационарных условиях полевого опыта, заложенного на опытных полях ФГБНУ «Омский АНЦ».
Для сравнительного анализа производства получаемой продукции в различных видах полевых зернопаровых севооборотов проводили расчет выхода зерна на единицу площади пашни. Анализировали следующие виды полевых зернопаровых севооборотов с различным удельным весом парового поля и культур: 3-польный (пар черный – пшеница – пшеница); 4-польный (пар черный – озимая рожь – соя – пшеница);
5-польный (пар черный – озимая рожь – соя – пшеница – ячмень); 6-польный (пар черный – пшеница – пшеница – соя – овес – пшеница).
Изучали севообороты с различным удельным весом парового поля и культур в стационарных опытах с полными ротациями, развернутыми во времени и пространстве на всех полях, чтобы ежегодно получать урожайные данные по всем культурам и вести сопутствующие наблюдения.
Площадь делянок –
По данным метеостанции ФГУБ «Омск-Иртышская», с
Почва опытного участка – чернозем обыкновенный среднемощный легкоглинистый с содержанием гумуса до 6 %.
Засоренность посевов определялась по методике НИИ сельского хозяйства Юго-Востока. Статистическая обработка в опытах проводилась методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову [9].
Результаты и их обсуждение. Наибольший удельный вес в структуре посевных площадей из зерновых культур в Омской области занимают яровые зерновые, озимый клин невелик и представлен в основном озимой рожью, высеваемой по чистому пару, обеспечивающему до ухода в зиму получение всходов, их рост и развитие.
В среднем за последние 20 лет (2001–2020 гг.) после уборки зерновых как предшествующей культуры запасы влаги в метровом слое почвы составили 91,1 мм; перед уходом в зиму – 118,7; весной – 142,2 мм. В течение парования, несмотря на непроизводительные потери влаги из слоя почвы 0–100 см в количестве 25,8 и 177 мм атмосферных осадков, черный пар сохраняет часть весенних их запасов к посеву озимых (
Степень засоренности полей существенно изменяется в зависимости от длины ротации севооборотов, культур в схеме, рациональной и качественной обработки почвы под них и в пару. С сокращением длины ротации и ускорением возвращения черного пара на поле возрастает его роль в борьбе с многолетними корнеотпрысковыми сорняками (латука молокана татарского (Lactúca tatárica), осота полевого желтого (Sonchus arvensis)) не только озимой ржи, но и последующих культур севооборота. Так, в среднем за 6 лет (2005–2010 гг.) в фазу кущения озимой ржи в 4-польном зернопаровом севообороте насчитывалось сорняков 10,0 шт/м2, в т. ч. многолетних корнеотпрысковых – 1,2 шт/м2 (ЭПВ 3,0 шт/м2), в 5-польном – 13,4 и 2,1 шт/м2 соответственно. В 5-польном зернопаровом севообороте число всех сорняков в посевах сои, высеваемой после озимой, составляло 39,3 шт/м2, многолетних корнеотпрысковых 5,7 шт/м2, в 4-польном – 24,3 и 1,1 шт/м2 соответственно, в посевах пшеницы в 4-польном – 31,3 и 2,5 шт/м2, яровой ячменя после пшеницы – 24,6 и 3,3 шт/м2, в 6-польном под соей (4-м полем) – 32,1 и 3,0 шт/м2, яровой мягкой пшеницы после сои (5-м полем) – 56,7 и 8,2 шт/м2. Согласно исследованиям, черный пар в севообороте с длинной ротацией (5–6 полей) не уничтожает многолетние корнеотпрысковые сорняки при корнеотпрысково-малолетнем типе засоренности полей в посевах второй после него культуры, где число сорняков в большинстве лет превышало экономический порог вредоносности, что создает необходимость в применении химических средств защиты растений. По предшественнику озимая рожь по черному пару посевы сои в 4-польном и яровой пшеницы в 3-польном зернопаровых севооборотах, где число сорняков в большинстве лет не превышало экономический порог вредоносности, средства защиты не применялись.
В севооборотах с длинной ротацией, применяемых для получения зерна, возникает вероятность накопления в почве различных патогенов. Между изучаемыми севооборотами с короткой ротацией не наблюдали значительных различий в степени заболевания зерновых корневой гнилью. Так, в почве в 3-польном зернопаровом севообороте под яровой пшеницей численность конидий возбудителя корневой гнили колебалась от 16,1 до 31,1 шт. (в среднем за 7 лет – 19,7 шт.) на
Видовой состав фитофагов в специализированных зерновых севооборотах в годы исследований был представлен 13 видами вредителей, из них доминировали вредная черепашка, пшеничный трипе, злаковые тли, хлебные жуки, пьявица, полосатые блохи, скрытостеблевые, овсяная нематода и др. Из многоядных вредителей зарегистрированы луговой мотылек и впервые озимая совка. Вспышек массовых размножений не было. Численность многих видов, кроме пшеничных трипсов, личинок вредной черепашки и хлебных жуков в отдельные годы находилась ниже ЭПВ. Севообороты оказывали неизменное благотворное влияние на снижение численности фитофагов как внутри почвенного, так и внутри растительного яруса, за исключением отдельных лет: вредная черепашка (2003 г.), пшеничный трипе (
Способность почв накапливать азот нитратов в условиях южной лесостепи Западной Сибири характеризует общее их плодородие и возможность обеспечивать растения доступной азотной пищей. По уровню обеспеченности сельскохозяйственных культур нитратным азотом, а также подвижным фосфором и обменным калием, изучаемые севообороты практически равнозначны. Увеличение частоты парования не сказалось на содержании нитратного азота (N-NО3) в пахотном слое паровых полей весной и к посеву озимых. Так, в среднем за 2015–2020 гг. содержание нитратного азота на черном пару в посев озимых в 4- и 5-польном зернопаровом севооборотах составило 15,7 и 16,5 мг/кг соответственно, в заключительных полях в почве весной под зерновыми – 6,1 и 5,7 мг/кг.
В среднем за 30 лет (1991–2020 гг.) наибольший выход зерна отмечали в 6-польном зернопаровом севообороте в большинство лет наблюдений (табл. 1).
Таблица 1
Выход зерна с гектара пашни, т/га
|
Годы |
Зернопаровой севооборот |
|||
|
3-польный |
4-польный |
5-польный |
6-польный |
|
|
Влажные (среднее за 8 лет) |
1,75 |
1,88 |
2,16 |
2,32 |
|
Р (ошибка опыта) = 4,78 %, F = 4,24, НСРП5 = 0,24 |
||||
|
Средние (среднее за 15 лет) |
1,45 |
1,52 |
1,77 |
1,55 |
|
Р (ошибка опыта) = 4,85 %, F = 3,89, НСРП5 = 0,15 |
||||
|
Сухие (среднее за 7 лет) |
1,21 |
1,19 |
1,24 |
1,25 |
|
Р (ошибка опыта) = 7,54 %, < FT |
||||
|
Среднее за 30 лет (1991–2020 гг.) |
1,48 |
1,59 |
1,76 |
1,81 |
|
Р (ошибка опыта) = 5,35 %, F = 4,01, НСРП5 = 0,24 |
||||
Близок к данному севообороту 5-польный зернопаровой, в котором присутствуют также и яровые ранние культуры. Существенно ниже выход зерна в 3-польном зернопаровом севообороте и в виде тенденции в 4-польном по сравнению с вышерассмотренными. При изучении продуктивности севооборотов в зависимости от влагообеспеченности вегетационного периода выявлено следующее. В увлажненных условиях (в среднем за 8 лет) года из-за высокого удельного веса парового поля и отсутствия поздних культур существенная разница по выходу зерна с
6-польным и 4-польным зернопаровыми севооборотами. В годы с засушливыми условиями периода вегетации существенной разницы по выходу зерна с
В зерне озимой ржи независимо от длины ротации севооборотов содержание белка в муке было практически одинаковым. Так, в среднем за 9 лет (2012–2020 гг.) содержание клейковины в муке в 4-польном зернопаровом севообороте составило 25,9 %; в 5-польном – 25,9; в
6-польном – 26,0 %. По другим показателям, таким как объем хлеба (798 см3), ИДК-1 (89 ед. прибора), пористость мякиша (4,8 балла), зерно озимой ржи, полученное с 5-польного зернопарового севооборота, не уступало зерну, полученному с 6-польного севооборота, – соответственно 797 см3; 86 ед. прибора; 4,8 балла. Аналогичная закономерность по данным показателям отмечена в зерне яровой мягкой пшеницы.
От ротации севооборота во многом зависит энергетическая и экономическая эффективность. В коротких ротационных севооборотах ниже стоимостные затраты, затраты труда, топлива и энергии на
Таблица 2
Затраты труда и энергии на
|
Вариант |
Затраты труда, топлива и энергии на |
Затраты труда, топлива и энергии на 1 т зерна в севооборотах |
|||||||
|
Выход зерна с |
Затраты труда, чел.-ч |
Затраты топлива, л, кВт-ч |
Затраты энергии, МДж |
Выход энергии, МДж |
Биоэнергетический коэффициент |
Затраты труда, чел.-ч |
Затраты топлива, л, кВт-ч |
Затраты энергии, МДж |
|
|
3-польный |
1,48 |
3,16 |
37,30 |
5559 |
26699 |
4,95 |
2,14 |
27,03 |
4028 |
|
4-польный |
1,59 |
3,40 |
42,57 |
6860 |
24994 |
3,79 |
2,64 |
33,00 |
5318 |
|
5-польный |
1,76 |
3,70 |
48,38 |
6941 |
30820 |
4,53 |
2,34 |
30,62 |
4393 |
|
6-польный |
1,81 |
3,94 |
50,50 |
8021 |
30231 |
3,94 |
2,54 |
32,58 |
5175 |
Как видно из данных таблицы 2, по затратам и выходу зерна наиболее высокий коэффициент энергетической эффективности наблюдается в
3-польном зернопаровом севообороте (4,95), далее по убывающей: в 5-польном (4,53), 6-польном (3,94) и 4-польном (3,61). Затраты энергии, топлива и труда на 1 т зерна с пашни наиболее низкие в 3-польном и 5-польном севооборотах.
Установлено, что 3-польный зернопаровой севооборот по отношению к 4-, 5- и 6-польному наиболее экономически эффективен (табл. 3).
Таблица 3
Экономическая эффективность возделывания культур
в зависимости от ротации севооборота (1991–2020 гг.)
|
Показатель |
Зернопаровой севооборот |
|||
|
3-польный |
4-польный |
5-польный |
6-польный |
|
|
Выход зерна с |
1,48 |
1,59 |
1,76 |
1,81 |
|
Стоимость валовой продукции с |
16698,00 |
15609,00 |
18593,13 |
17893,25 |
|
Производственные затраты на |
8009,25 |
10843,50 |
13969,06 |
12061,87 |
|
Себестоимость 1 т зерна, руб. |
5803,80 |
8405,81 |
9012,30 |
7634,09 |
|
Условно чистый доход с |
8688,75 |
4765,50 |
4624,07 |
5831,38 |
|
Уровень рентабельности производства, % |
108,5 |
43,9 |
33,1 |
48,3 |
Заключение. Установлено, что уменьшение ротации зернопаровых севооборотов до трех-четырех полей с черным паром и традиционной технологией возделывания культур позволяет существенно снизить засоренность посевов и отказаться от применения химических средств защиты растений.
В условиях интенсификации земледелия севообороты выполняют фитосанитарную роль в отношении почвенных фитопатогенов, содействуя отказу использования препаратов для борьбы с вредителями. Между изучаемыми севооборотами, как с короткой, так и с длинной ротацией, не отмечается значительных различий в степени заболевания зерновых корневой гнилью. Схемы севооборотов с различной длиной ротации оказывали неизменное благотворное влияние на уменьшение численности фитофагов как внутри почвенного, так и внутри растительного сообщества, что далее позволило отказаться от применения инсектицидов, за исключением отдельных лет, когда наблюдались вспышки распространения выше порога вредоносности того или иного патогена.
По степени обеспеченности растений элементами питания (подвижным фосфором и обменным калием) изучаемые севообороты практически равноценны. Введение в схему севооборота парового поля поднимает содержание нитратного азота, что в свою очередь воздействует на содержание элементов питания в растениях, технологические и хлебопекарные качества зерна.
По биоэнергетическому коэффициенту, расчетам затрат труда, топлива и энергии на 1 т зерна с пашни, производственным затратам на
1. Chebochakov E.Ya., Murtaev V.N. Effektiv-nost' pochvozaschitnoy sistemy zemledeliya v usloviyah osvoeniya zalezhnyh zemel' v Prieniseyskoy Sibiri // Vestnik KrasGAU. 2020. № 4. S. 66–73.
2. Sistema adaptivnogo zemledeliya Omskoy oblasti / I.F. Hramcov [i dr.]. Omsk: Izd-vo IP Maksheevoy E.A., 2020. 522 s.
3. Yushkevich L.V., Chibis V.V. Urozhaynost' yarovoy pshenicy v povtornyh posevah i ee povyshenie v lesostepi Zapadnoy Sibiri // Vestnik Buryatskoy gosudarstvennoy sel'-skohozyaystvennoy akademii im. V.R. Fi-lippova. 2018. № 3 (52). S. 32–38.
4. Vliyanie resursosberegayuschih tehnologiy osnovnoy obrabotki pochvy na zasorennost' posevov yarovoy pshenicy / V.K. Ivchenko [i dr.] // Vestnik KrasGAU. 2020. № 3. S. 35–43.
5. Yushkevich L.V., Chibis V.V. Osobennosti formirovaniya polevyh sevooborotov v usloviyah lesostepi Zapadnoy Sibiri // Vestnik KrasGAU. 2021. № 9 (174). S. 35–43.
6. Efficiency of biologization of agriculture in Western Siberia (on the example of the Omsk region) / N.A. Voronkova, I.A. Bobrenko, N.M. Nevenchannaya and V.I. Popova // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Sci-ence. 548. (2020) 022071.
7. Azizov Z.M., Arhipov V.V., Imashev I.G. Ustoychivost' proizvodstva zerna v sevoob-orotah stepi Nizhnego Povolzh'ya // Agrar-nyy nauchnyy zhurnal. 2020. № 7. S. 4–9.
8. Tehnologicheskie sistemy vozdelyvaniya zernovyh i zernobobovyh kul'tur: reko-mendacii / pod red. I.F. Hramcova, N.P. Dran¬kovicha. Omsk: LITERA, 2014. 108 s.
9. Ekonomicheskaya ocenka agrotehnicheskih me-ropriyatiy i sevooborotov: metod. rekomen-dacii / otv. za vyp. E.V. Bagaeva; Sib. otd. VASHNIL. Novosibirsk, 1977. 17 s.
10. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoy obrabotki re-zul'tatov opytov): ucheb. dlya vuzov. M.: Al'yans, 2011. 352 s.
