Russian Federation
UDK 631.423.2 Содержание воды. Определение влажности
UDK 631.559 Урожайность
UDK 633.16 Ячмень. Hordeum sativum Jessen
The aim of research is to establish the influence of primary tillage systems of dark gray forest soil in the Northern Trans-Urals on moisture availability, water consumption of spring barley crops and its yield. The paper presents the results of long-term studies conducted in the northern forest-steppe of the Tyumen Region in a stationary experiment on average for the period of the 7th rotation of the grain-fallow crop rotation (2018–2022). All studied primary tillage systems during the sowing-emergence period had an equivalent effect on the reserves of productive moisture in the 0–30 and 0–100 cm layers. With almost equal values of total water consumption by the barley field during the growing season according to the variants of primary tillage systems, moisture was most productively used according to the tillage systems using tillage to a depth of 20–22 cm – moldboard, combined. Against the background of the use of fertilizers, the water consumption coefficient for resource-saving cultivation systems exceeded these options by 3.1–8.5 %, while against the background of the absence of fertilizers, this difference was more significant – 9.5–35.1 %. Moisture was spent more productively with the use of fertilizers than against the background of the absence of fertilizers, by 51.6–58.7 %. The use of fertilizers increased the barley yield by 52–99 %. Against the background of natural fertility, the best yield indicators were for the moldboard cultivation system – 9–27 % higher than for resource-saving ones. Against the background of the use of fertilizers, the combined cultivation system with alternating moldboard and non-moldboard cultivation to a depth of 20–22 cm ensured the barley yield at the level of the moldboard cultivation system. Cultivation systems with predominantly shallow cultivation methods (surface, flat-cut) reduced the yield by 0.18–0.25 t/ha (6.1–8.5 %).
tillage, water availability, water consumption, spring barley, yield
Введение. Важной задачей развития агропромышленного комплекса в настоящее время является повышение эффективности сельскохозяйственного производства. Залогом получения стабильных урожаев сельскохозяйственных культур является интенсификация земледелия [1, 2].
При этом эффективность факторов, определяющих условия получения высоких показателей урожайности сельскохозяйственных культур (погодные условия, тип почвы, предшественник, обработка почвы, удобрения), во многом зависит от того, насколько эти факторы способны обеспечить оптимизацию водного режима почвы, а также от состояния влагообеспеченности растений [3, 4], так как от влажности почвы зависят многие химические, биологические и физико-химические процессы, доступность питательных веществ растениям [5].
В свою очередь в системе агротехнических мероприятий, направленных на накопление и сохранение продуктивной влаги, ведущее место отводится обработке почвы, как одному из основных реальных путей регулирования агрофизических свойств почвы [6, 7]. Однако мнения исследователей по направленности влияния обработки почвы на водный режим разнятся. Одни считают, что минимальные обработки приводят к накоплению запасов влаги в почве больше, чем по вспашке, другие, наоборот, указывают на лучшую обеспеченность влагой растений при применении вспашки. Эти различия их влияния вполне объяснимы особенностями почвенных и климатических условий, в которых получены эти данные [8, 2]. Данные обстоятельства свидетельствуют об актуальности исследований влияния обработки почвы на факторы почвенного плодородия с учетом местных почвенных и климатических условий.
В условиях Северного Зауралья с характерной особенностью баланса поступления и расхода влаги, при котором около третьей части суммарного расхода влаги за вегетацию приходится на начальную фазу вегетации (посев – кущение) с отрицательным балансом (31–43 %), поступления влаги с осадками в этот период запасы продуктивной влаги в почве являются одним из основных лимитирующих получение урожайности факторов [9, 10].
В данных условиях неустойчивости баланса между поступлением влаги с осадками и суммарным водопотреблением полем зерновой культуры в течение вегетации запасы почвенной влаги, а также плотность сложения почвы в основном определяют состояние других элементов плодородия и урожайность сельскохозяйственных культур [11, 12].
Цель исследований – изучение влияния различных систем основной обработки темно-серой лесной почвы на запасы влаги, водопотребление в поле ячменя и его урожайность.
Объекты и методы. Исследования выполнены в развернутом во времени и пространстве стационарном опыте на опытном поле НИИСХ Северного Зауралья – филиала ТюмНЦ СО РАН в посевах ячменя – культуре, завершающей зернопаровой севооборот, в период 7-й ротации 2018–2022 гг. со следующим чередованием культур: чистый пар, озимая рожь, яровая пшеница, яровая пшеница, яровой ячмень. Опыт заложен в 3 повторностях с общей площадью делянок 350-380-380 м, учетной – 100 м2.
Почва темно-серая лесная, тяжелосуглинистая, содержание гумуса –4,2–5,0 %; рН солевой вытяжки – 6,0–6,4; глубина гумусного горизонта – 25–27 см. Сумма поглощенных оснований в пахотном слое – 18,6–25,6 мг-экв/100 г почвы. Схема опыта включала 6 вариантов основной обработки почвы:
– отвальная – ежегодно под все культуры севооборота вспашка плугом ПН-4-35 на 20–22 см;
– безотвальная – ежегодно обработка плугом со стойками СибИМЭ на 20–22 см;
– комбинированная – чередование через год обработки плугом ПН-4-35 и плугом со стойками СибИМЭ на 20–22 см;
– дифференцированная – в 2 первых полях проведена мелкая обработка «Смарагд-6» на 12–14 см, в 4-м и 5-м поле – БДТ-2,5 на 10–12 см и одна глубокая вспашка на 20–22 см под пшеницу;
– мелкая плоскорезная – ежегодная обработка «Смарагд-6» на 12–14 см;
– поверхностная – ежегодная обработка БДТ-2,5 на 10–12 см.
Варианты опыта заложены на удобренном фоне из расчета N40P40K40 кг. д. в. на 1 га севооборотной площади и на фоне без удобрений. Весной после закрытия влаги БЗСС-1,0 проведена предпосевная культивация «Смарагд-6» и посев сеялкой СЗП-3,6. Обработка гербицидами производилась общим фоном. Измельченная при уборке солома оставлялась на поле. При проведении исследований для определения запасов продуктивной влаги, коэффициента водопотребления, урожайности были использованы широко распространенные, апробированные в земледельческой науке методики [13–16].
Результаты и их обсуждение. В годы проведенных исследований из 5 лет вегетационные периоды 3 лет (2018, 2019, 2022) были отмечены как благоприятные по обеспеченности осадками – 112–126 % по отношению к среднемноголетнему показателю. В эти годы обеспеченность теплом по сумме эффективных температур более 5 °С была близкой к среднемноголетнему показателю (97–116 % к норме). Поэтому показатель соотношения выпавших за вегетационный период осадков и суммы среднесуточных температур (ГТК Селянинова) – 1,34–1,68 (104–130 % к среднемноголетнему показателю) характеризовал эти годы как годы с благоприятным увлажнением.
Вегетационные периоды 2 лет (2020, 2021) отмечались недостаточной обеспеченностью осадками (40–78 % к среднемноголетней норме) и хорошей обеспеченностью теплом (126–130 % к норме). Показатель ГТК Селянинова вегетационных периодов этих лет – 0,42–0,89 (32–69 % к среднемноголетнему показателю) свидетельствует о засушливости этих периодов.
Особенности климата в годы исследований отразились на результатах влияния систем обработки на агрофизические показатели почвы, а также на урожайность ячменя. В данных условиях в среднем за 2018–2022 гг. изучаемые системы обработки обеспечивали хорошие запасы влаги к периоду посев – всходы (94–98 % о НВ) и кущения (82–87 % от НВ) зерновых. При этом в период посева системы обработки оказывали равноценное влияние на запасы влаги 0–30 и
0–100 см слоя почвы. В период кущения системы обработки поверхностная, плоскорезная, дифференцированная были обеспечены влагой метрового слоя почвы опытного участка выше, чем по отвальной системе, на 5,4–8,5 мм. В этот период изучаемые системы обработки также, как и в период посев – всходы, оказывали равное влияние на запасы влаги в 0–30 см слое почвы (рис.).
Влияние систем обработки на запасы продуктивной влаги
при возделывании ячменя (2018–2022 гг.)
В сложившихся условиях обеспеченности почвенными запасами влаги и состояния сложения почвы было установлено, что суммарное водопотребление полем ячменя в период посев – кущение по вариантам систем обработки составило 29,8–33,2 % от суммарного за вегетацию. При этом данный расход влаги был компенсирован за счет атмосферных осадков в этот период на 72–81 %. В оставшийся период вегетации кущение – полная спелость величина суммарного водопотребления составляла 66–70 % от суммарного за вегетацию. В период кущение – полная спелость расход влаги компенсировался осадками на 82–87 %, что свидетельствует о более благоприятных условиях по водному балансу в сравнении с ранним периодом вегетации. Величина суммарного водопотребления в целом за вегетацию составляла 197,4–201,2 мм, т. е. была практически одинаковой по вариантам систем обработки (табл.).
В условиях примерного равенства суммарного водопотребления вегетирующим полем по различным вариантам систем основной обработки различия в урожайности ячменя в решающей степени обуславливались состоянием питательного режима почвы [17], а также особенностями состояния складывающихся в результате обработки почвы агрофизических показателей почвы [10].
Так, применение удобрений способствовало повышению урожайности зерна ячменя по вариантам различных систем обработки на 1,0–1,4 т/га, что выше, чем на неудобренном фоне, на 52–99 %. При этом на фоне естественного плодородия лучшие показатели урожайности ячменя по отвальной системе обработки – на 0,18–0,52 т/га, или на 9–27 %, выше, чем по ресурсосберегающим системам обработки, многими исследователями объясняются лучшими условиями влагообеспеченности и сложения почвы для мобилизации здесь доступных форм азота, как за счет минерализации органического вещества, так и за счет текущей нитрификации [18, 19].
|
40 |
|
Система обработки почвы |
Запасы продуктивной влаги в слое 0–100 см по фазам вегетации, мм |
Суммарное водопотребление, мм |
Урожайность ячменя, т/га |
Коэффициент водо-потребления, мм/т зерна |
||||||
|
Посев – всходы |
Кущение |
Полная спелость |
Посев – кущение |
Кущение – полная спелость |
Посев – полная спелость |
без удобрений |
с удобрениями |
без удобрений |
с удобрениями |
|
|
Отвальная |
141,1 |
122,6 |
102,4 |
66,9 |
134,4 |
201,2 |
1,94 |
2,94 |
103,7 |
68,4 |
|
Безотвальная |
142,8 |
125,4 |
106,1 |
65,5 |
133,4 |
198,9 |
1,42 |
2,82 |
140,1 |
70,5 |
|
Комбинированная |
142,1 |
121,2 |
103,9 |
69,0 |
131,4 |
200,4 |
1,76 |
2,93 |
113,9 |
68,4 |
|
Дифференцированная |
147,2 |
131,1 |
108,0 |
64,2 |
137,2 |
201,4 |
1,54 |
2,76 |
130,7 |
73,0 |
|
Поверхностная |
141,5 |
128,0 |
106,3 |
61,6 |
135,8 |
197,4 |
1,66 |
2,73 |
118,9 |
72,3 |
|
Плоскорезная |
140,8 |
129,4 |
103,6 |
59,5 |
139,9 |
199,4 |
1,42 |
2,69 |
123,1 |
74,1 |
|
НСР05 |
4,9 |
5,1 |
6,0 |
|
|
|
0,27 |
0,21 |
|
|
При создании лучших условий питания в результате применения минеральных удобрений урожайность ячменя по ресурсосберегающим – безотвальной, комбинированной системам обработки с глубиной обработки 20–22 см становилась равной варианту отвальной системы обработки. Системы же обработки с преимущественно мелкими способами обработки – поверхностная и плоскорезная снижали урожайность ячменя в сравнении с отвальной системой на 0,21–0,25 т/га, или на 7,1–8,5 %.
Отмеченное преимущество по урожайности систем обработки почвы отвальной, а также систем с периодическим применением глубоких отвальной и безотвальной обработок объясняется более благоприятным воздействием на оптимизацию сложения почвы, в особенности слоя почвы 10–30 см, а также лучшими условиями питательного режима почвы [10, 20], что в свою очередь оказывало также положительное влияние этих систем обработок на эффективность использования растениями влаги из почвенных запасов и атмосферных осадков.
Так, влага наиболее эффективно использовалась на фоне применения минеральных удобрений по отвальной и комбинированной системам обработки, по которым расход влаги на тонну зерна (коэффициент водопотребления) имел наименьшее значение – 68,4 мм/т. При этом на фоне применения удобрений по ресурсосберегающим системам обработки коэффициент водопотребления был выше, чем по указанным вариантам, на 2,1–5,7 мм/т зерна, влага расходовалась по ним менее продуктивно – на 3,1–8,5 %.
На фоне без применения удобрений водопотребление ячменя на формирование 1 т зерна в целом по изучаемым системам обработки значительно превышало фон с применением удобрений. Коэффициент водопотребления на неудобренном фоне был выше на 35,3–69,6 мм/т, или на 51,6–58,7 %. Как видим, влага при применении удобрений расходовалась значительно рациональнее, чем на фоне без удобрений.
При общем дефиците питания на фоне без применения удобрений, по нашим данным, лучшие условия для реализации почвенного плодородия – запасы влаги, плотность почвы и фитосанитарные условия – складывались при отвальной системе обработки, поэтому и влага расходовалась по отвальной системе обработки наиболее рационально.
Так, при значении коэффициента водопотребления 103,7 мм/т зерна по отвальной обработке значения его по ресурсосберегающим системам обработки составляли 113,9–140,1 мм/т, что на 10,2–36,4 мм/т, или на 9,8–35,1 %, выше, чем по отвальной системе, т. е. на фоне без применения удобрений эффективность использования влаги по ресурсосберегающим системам обработки снижалась более значительно, чем на фоне с удобрениями. Наименее рационально на фоне без применения удобрений влага расходовалась по безотвальной – К = 140,1 мм/т, дифференцированной и плоскорезной системам обработки – 130,7 мм/т, т. е. в основном с системами обработки без оборота пласта и с преимущественно мелкими обработками в течение ротации севооборота.
Заключение
1. В среднем за 2018–2022 гг., в которые вегетационные периоды 3 лет были с благоприятными по обеспеченности осадками, а 2 лет – засушливыми, все изучаемые системы основной обработки в период посева – всходов оказывали равноценное влияние на запасы продуктивной влаги в слое 0–30 и 0–100 см.
2. При практически равных значениях суммарного водопотребления полем ячменя за вегетацию по вариантам систем основной обработки влага наиболее продуктивно использовалась по системам обработки с использованием обработки на глубину 20–22 см отвальной, комбинированной. На фоне с применением удобрений коэффициент водопотребления по ресурсосберегающим системам обработки с применением мелкой и поверхностной обработки превышал эти варианты на 3,1–8,5 %, на фоне без применения удобрений эта разница была более существенна – 9,5–35,1 %. Влага при применении удобрений расходовалась продуктивнее, чем на фоне без удобрений, на 51,6–58,7 %.
3. Применение удобрений повышало урожайность ячменя в сравнении с неудобренным фоном на 52–99 %. На фоне естественного плодородия лучшие показатели урожайности были по отвальной системе обработки – на 9–27 % выше, чем по ресурсосберегающим. На фоне с применением удобрений комбинированная система обработки с чередованием отвальной и безотвальной обработки на глубину 20–22 см обеспечивала получение урожайности ячменя на уровне отвальной системы обработки. Системы обработки с преимущественно мелкими способами обработки (поверхностная, плоскорезная) снижали урожайность на 0,21–0,25 т/га.
1. Okorkov V.V., Fenova O.A., Okorkova L.A. Ispol'zovanie vlagi kul'turami sevooborotov i ih produktivnost' pri primenenii udobrenij na seryh lesnyh pochvah Verhnevolzh'ya // Vladimirskij zemledelec. 2019. № 1 (87). S. 4–11. DOI:https://doi.org/10.24411/2225-2584-2019-10046.
2. Abramov N.V. Formirovanie vodnogo rezhima v sevooborotah intensivnogo tipa // Agropro-dovol'stvennaya politika Rossii. 2020. № 1-2. S. 2–8.
3. Lazarev V.I. Vliyanie `elementov tehnologij vozdelyvaniya na vlagoobespechennost' pose-vov yarovogo yachmenya v usloviyah Kurskoj oblasti // Zemledelie. 2023. № 2. S. 32–36. DOI:https://doi.org/10.24412/0044-3913-2023-2-32-36.
4. Vlasov V.G., Zaharova L.G., Nikiforova S.A. Vliyanie `elementov tehnologii na vodopotreb-lenie i `effektivnost' vozdelyvaniya yarovoj myagkoj pshenicy // Agrarnyj nauchnyj zhur-nal. 2021. № 9. S. 13–18. DOI: 10.28983/ asj.y2021i9pp13-18.
5. Agrofizicheskie aspekty formirovaniya zapasov vlagi pri razlichnyh sposobah obrabotki poch¬vy / E.P Denisov [i dr.] // Agrarnyj nauchnyj zhurnal. 2016. № 9. S. 21–26.
6. Chernov O.S. Vliyanie sistemy obrabotki na agrofizicheskie pokazateli seroj lesnoj pochvy i urozhajnost' kul'tur // Vladimirskij zemledelec. 2020. № 1 (91). S. 12–17. DOI: 10.24411/ 2225-2584-2020-10102.
7. Garmashov V.M., Govorov V.N., Kryachko-va M.P. Vliyanie razlichnyh sposobov obra-botki pochvy i pryamogo poseva na vodopot-reblenie i urozhajnost' odnoletnih trav na zelenyj korm // Voprosy stepevedeniya. 2023. № 1. S. 75–82. DOI:https://doi.org/10.24412/2712-8628-2023-1-75-82.
8. Vliyanie primeneniya razlichnyh sposobov osnovnoj obrabotki na zapasy produktivnoj vlagi v agrochernozemah / A.M. Grebennikov [i dr.] // Agrohimiya. 2019. № 8. S. 40–47.
9. Miller S.S., Flyanc D.V., Eliseeva E.A. Vliyanie osnovnoj obrabotki pochvy na zapasy produk¬tivnoj vlagi i urozhajnost' yarovoj pshenicy v Tyumenskoj oblasti // Agroprodovol'stvennaya politika Rossii. 2021. № 5-6. S. 10–14.
10. Perfil'ev N.V., V'yushina O.A. Vliyanie sistem obrabotki na agrofizicheskie parametry temno-seroj lesnoj pochvy v Severnom Zaural'e // Zemledelie. 2023. № 1. S. 27–31. DOI:https://doi.org/10.24412/0044-3913-2023-1-27-31.
11. Agro`ekologicheskie osobennosti vozdelyva-niya yachmenya v lesostepi Zapadnoj Sibiri / L.V. Yushkevich [i dr.] // Plodorodie. 2019. № 4 (109). S. 42-46. DOI:https://doi.org/10.25680/S199 48603.2019.109.14.
12. Perfil'ev N.V., V'yushina O.A. Biologicheskaya aktivnost' temno-seroj lesnoj pochvy i urozhaj-nost' yachmenya v zavisimosti ot razlichnyh sistem osnovnoj obrabotki // Vestnik KrasGAU. 2023. № 7. S. 3–11. DOI:https://doi.org/10.36718/1819-4036-2023-7-3-11.
13. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta. M.: Agropromizdat, 1985. 351 s.
14. Sorokin O.D. Prikladnaya statistika na komp'yutere. Krasnoobsk: SO RASHN, 2004. 162 s.
15. Kachinskij N.A. Fizika pochv M.: Vyssh. shk., 1965. 324 s.
16. Vadyunina A.F., Korchagina Z.A. Metody issledovaniya fizicheskih svojstv pochv. M.: Agropromizdat. 1986. 416 s.
17. Perfil'ev N.V., V'yushina O.A. Izmenenie pita-tel'nogo rezhima temno-seroj lesnoj pochvy v posevah yachmenya pri razlichnyh sistemah osnovnoj obrabotki // Zemledelie. 2019. № 5. S. 21–24. DOI: 10.24411/ 0044-3913-2019-10505.
18. Vliyanie udobrenij na agrohimicheskie pokaza-teli plodorodiya pochvy i produktivnost' sevoo-borota / L.I. Petrova [i dr.] // Plodorodie. 2021. № 5 (122). S. 8–11. DOI:https://doi.org/10.25680/S199 48603.2021.122.02.
19. Effects of long-term application of organic fertilizer on improving organic matter content and retarding acidity in red soil from China / H. Wanga [et al.] // Soil and Tillage Research. 2019. V. 195. P. 104366. DOI:https://doi.org/10.1016/j.still. 2019.104382.
20. Perfil'ev N.V., V'yushina O.A. Agrohimiches-koe sostoyanie temno-seroj lesnoj pochvy pri dlitel'nom vozdejstvii sistem osnovnoj obrabot-ki // Plodorodie. 2022. № 4 (127). S. 37–41. DOI:https://doi.org/10.25680/S19948603. 2022.127.11.
