from 01.01.2011 to 01.01.2017
Omsk, Omsk, Russian Federation
Russian Federation
The purpose of the study is to identify the potential productivity of multi-level agricultural technologies of spring wheat in the Southern forest-steppe soil-climatic zone of Western Siberia. In a long-term stationary crop rotation on chernozem soils, a comparative assessment of predecessors, chemicalization agents, and soil cultivation on the productivity and technological properties of spring wheat grain was carried out. Agricultural technology is zonal. Fertilizers (N24P36 per 1 ha of arable land) and pesticides were applied at the recommended times and rates. Spring wheat varieties Pamyati Azieva, Omskaya-36 were sown on May 18–25 with a seeding rate of 5.0 million viable seeds per 1 hectare in the fallow, 4.0–4.5 million for the 2nd–3rd crop using a SZ-3.6 seeder since 2012 by Selford PC, which ensures a more uniform seed distribution. Harvesting is Single-phase by CAMPO-500. Replication is 4 times. The soil is meadow-chernozem, medium-alkaline, heavy loamy with a humus content of 7–8 %. Weather conditions over the years of the study were relatively dry (31 % of years), HTC – 1.01, with a norm of 1.10. The crop yield in repeated sowings, depending on the agricultural technology of cultivation, decreases from 2.82 to 1.73 t/ha, or 1.6 times. Depending on the predecessor, intensive cultivation technology ensures an increase in grain yield by 1.39–1.90 t/ha (1.9–2.3 times) relative to extensive. Resource-saving combined tillage in grain-fallow crop rotation increases grain yield by 0.17–0.25 t/ha (9–15 %). The effectiveness of chemicalization agents according to the share of their contribution to increasing the grain yield of spring wheat is located in ascending order: herbicides – 12 %; fertilizers – 19; fertilizers + herbicides – 31; fungicides – 36 %. Complex chemicalization increases the weight of 1000 grains to 35.1–36.1 g; full weight – up to 750–762 g/l; glassiness, gluten content – up to 26.4–29.4 %. The content of heavy metals in soil and grain was 1.4–4.2 times less than the maximum permissible concentration; no pesticides were detected.
crop rotation, spring wheat, predecessor, level of agricultural technologies, tillage, productivity, grain yield per 1 hectare of arable land, grain quality
Введение. В Западно-Сибирском регионе Омская область по среднедушевому производству зерна занимает одно из ведущих мест (1,5–1,8 т/га), не уступая при ограниченном применении удобрений и средств защиты растений Канаде и США.
В то же время зерновое производство в сибирских почвенно-климатических условиях развивается в основном по экстенсивным агротехнологиям при крайне низком применении удобрений (15–20 кг/га) с урожайностью зерновых культур 1,5–2,0 т/га и менее.
Так, в засушливые 2021–2022 гг. урожайность зерна яровой пшеницы в основной зернопроизводящей степной почвенно-климатической зоне составила 1,30 т/га, в южной лесостепи – 1,78 т/га, что не соответствует потенциальным ресурсам региона [1, 2].
В Западной Сибири более плодородные почвы черноземного ряда занимают в Новосибирской области более 40 %; в Алтайском крае – 34; в Омской области – 34 %, по бонитету пашни область находится только на 4-м месте в Сибирском регионе. С 1990 г. отмечается снижение плодородия зональных почв в связи с существенным уменьшением применения минеральных и органических удобрений. Площадь пашни с пониженным содержанием гумуса (до 5,0 %) возросла на 19 % (2,85 млн га), подвижного фосфора (до 100 мг/кг) – до 2,4 млн га, калия – до 800 тыс. га и более. Содержание нитратного азота уменьшилось, в т. ч. и на паровых полях, на 30–50 %, на повторных посевах яровой пшеницы не превышает 4–7 мг/кг, что снижает продуктивность и качество зерна. В основных зерносеющих районах области атмосферные и почвенные засухи – обычное явление. За последние 45 лет отмечалось более 15 засушливых лет, в т. ч. 11 – средней интенсивности, что приводило к снижению урожайности на 20–50 %. В основной зернопроизводящей степной зоне они еще более жесткие – засухи средней интенсивности составляют более 30 % лет [3]. В 2002 г. в первой декаде мая на полях, в основном в степной зоне, отмечена повышенная дефляция и пыльные бури.
При существующем ресурсном расслоении товаропроизводителей зерна в регионе (350 сельскохозяйственных организаций и 2,2 тыс. фермерских хозяйств) должны быть внесены коррективы в агротехнологии возделывания сельскохозяйственных культур. Хозяйств с высоким уровнем интенсификации, к сожалению, немного (до 10–15 %) [4, 5].
В Омской области яровая мягкая пшеница – ведущая зерновая культура и занимает (2022 г.) 1,39 млн га, или 68,7 % от площади зерновых и зернобобовых, причем до 90 % посевов сосредоточено в засушливой степной и южно-лесостепной почвенно-климатических зонах региона. Размещается яровая пшеница преимущественно в зернопаровых, реже в плодосменных севооборотах. Значительную площадь посевов (более 30 %) занимают повторные (3 года) и бессменные (5 лет) посевы культуры, способствующие ухудшению водного и питательного режимов почвы, фитосанитарного состояния агрофитоценоза, снижению урожайности и качества зерна. Отмечается негативная тенденция снижения площади паровых полей за последние 40 лет – с 587 тыс. до 400 тыс. га (на 32 %), в т. ч. и в засушливой южно-лесостепной зоне (10,7–12,4 %) в структуре пашни.
Повышенная засоренность посевов, особенно мятликовыми сорняками, возрастающая за последние годы инфицированность агрофитоценоза – ограничивающий фактор роста урожайности и качественных параметров зерна [6, 7].
Цель исследования – выявить потенциальную продуктивность разноуровневых агротехнологий яровой пшеницы в южно-лесостепной зоне Западной Сибири.
Объекты и методы. В стационарном (более 35 лет) зернопаровом севообороте (пар – пшеница – пшеница – пшеница – ячмень) южно-лесостепной зоны Западной Сибири проведена сравнительная агротехнологическая оценка влияния вариантов интенсивности обработки почвы, предшественников, средств химизации на элементы плодородия черноземных почв, фитосанитарное состояние агрофитоценоза, урожайность и качество зерна [8].
Агротехника – зональная. Удобрения (N24P36 на 1 га пашни), пестициды применялись в рекомендованные сроки и нормы. Яровую пшеницу сорта Памяти Азиева, Омская-36 высевали 18–25 мая с нормой высева по пару 5,0 млн всхожих семян на 1 га, 2–3-й культурой – 4,0–4,5 млн сеялкой СЗ-3,6, с 2012 г. – ПК Selford, который обеспечивает более равномерное распределение семян [9]. Уборка однофазная «CAMPO»-500. Повторность 4-кратная.
Почва – лугово-черноземная среднещелочная тяжелосуглинистая с содержанием гумуса 7–8 %. Погодные условия за годы исследования были относительно засушливые (31 % лет), ГТК – 1,01 при норме 1,10.
Результаты и их обсуждение. Продуктивный полевой севооборот – фундамент адаптивно-ландшафтного земледелия зернопроизводящей почвенно-климатической зоны региона.
По качеству основные предшественники яровой пшеницы объединены в три группы, из которых первая наиболее ценная. Предшественники данной группы (чистые и занятые пары, озимые, зернобобовые, пропашные, многолетние бобовые травы) способствуют улучшению агрофизических свойств почв, водного режима, накоплению азота, оздоровляют фитосанитарное состояние агрофитоценоза. В настоящее время площадь наиболее ценных предшественников в пашне региона, к сожалению, сократилась до 650–700 тыс. га (18–20 %), в т. ч. чистые пары – до 414 тыс. га (10,2 % от площади пашни).
Наблюдения показали, что значительная часть посевов культуры размещается по менее продуктивным предшественникам, в повторных (более 3 лет) и бессменных (более 5 лет) посевах, занимающих до 30–35 % пашни, что способствует снижению почвенного плодородия, водного режима, ухудшению фитосанитарного состояния агрофитоценоза (табл. 1).
Таблица 1
Использование почвенно-климатических ресурсов
в зависимости от предшественников яровой пшеницы (n = 14)
|
Размещение яровой пшеницы в севообороте |
N-N03 в слое 0–100 см, кг/га |
Биомасса сорняков, % |
Водопотребление, мм/т зерна |
|
По паровому предшественнику |
132 |
7 |
102 |
|
Вторая |
61 |
11 |
118 |
|
Третья |
40 |
20 |
138 |
|
Бессменно |
37 |
26 |
201 |
На повторной пшенице после пара содержание нитратного азота в метровом слое снижается в 3,3 раза, засоренность посевов возрастает в 2,9, водопотребление – в 1,4 раза. В этой связи без применения удобрений, особенно азотных, даже при ограниченных нормах (30–45 кг/га) получить высокую урожайность качественного зерна проблематично.
Длительными исследованиями установлено, что при повышении интенсификации возделывания яровой пшеницы до комплексной химизации с применением даже ограниченного применения удобрений, гербицидов (дикотициды + граминициды), фунгицидов урожайность зерна повышалась в среднем с 1,51 до 3,27 т/га, или в 2,2 раза.
Повторные посевы яровой пшеницы вследствие комплекса негативных факторов приводят относительно парового предшественника к снижению урожайности в среднем с 2,82 до 1,73 т/га (в 1,6 раза) (табл. 2).
В условиях преобладающего экстенсивного земледелия приемы и система обработки почвы в полевых севооборотах способствуют повышению урожайности яровой пшеницы.
Таблица 2
Урожайность зерна яровой пшеницы в зернопаровом севообороте южной лесостепи
Западной Сибири в зависимости от уровня агротехнологий (2001–2021 гг.), т/га
|
Размещение яровой пшеницы в севообороте (В) |
Агротехнология |
Среднее по (В) НСР05 – 0,05 т/га |
|||
|
экстенсивная (без химизации) |
нормальная (гербициды) |
полуинтенсивная (удобрения + гербициды) |
интенсивная (комплексная химизация) |
||
|
Яровая пшеница по пару |
2,05 |
2,44 |
2,77 |
4,02 |
2,82 |
|
Вторая |
1,45 |
1,96 |
2,34 |
3,26 |
2,25 |
|
Третья |
1,03 |
1,53 |
1,83 |
2,54 |
1,73 |
|
Среднее по А НСР05 0,07 т/га |
1,51 |
1,98 |
2,31 |
3,27 |
– |
Наблюдения показали, что независимо от уровня применения средств химизации при сокращении интенсивности обработки почвы в севообороте от ресурсосберегающей комбинированной (чередование вспашки с плоскорезной обработкой на глубину 10–12 см) до минимально-нулевой (культивация на глубину 8–10 см в паром поле, в других полевых севооборотах без осенней обработки) выход зерна 1 га пашни снижается на 0,17–0,25 т/га (8,8–14,9 %) (табл. 3).
Таблица 3
Выход зерна с 1 га пашни в южной лесостепи Западной Сибири в зависимости
от систем обработки почвы в зернопаровом севообороте (2004–2021 гг.), т/га
|
Уровень агротехнологий (В) |
Система обработки почвы (А) |
Среднее по (В) НСР0,05 0,05 т/га |
|||
|
отвальная |
комбинированная |
плоскорезная |
минимальнонулевая |
||
|
Экстенсивная |
1,21 |
1,14 |
1,00 |
0,97 |
1,08 |
|
Нормальная |
1,78 |
1,72 |
1,53 |
1,49 |
1,63 |
|
Полуинтенсивная |
2,10 |
2,11 |
1,94 |
1,91 |
2,02 |
|
Интенсивная |
2,86 |
2,83 |
2,68 |
2,58 |
2,74 |
|
Среднее по А НСР05 0,07 т/га |
1,99 |
1,95 |
1,79 |
1,73 |
– |
С 1990 г. в России отмечается негативная тенденция снижения качества зерна. Если в 1980-е гг. заготовка зерна пшеницы 3-го класса составляла 75–80 %, в 2012 г. – 48 %, то в настоящее время она снизилась до 40 %. Так, в Омской области в 2019–2021 гг. заготовка зерна пшеницы 1–2-го класса составляла менее 2 %; 3-го – 38; 4-го и 5-го – более 60 %. Основная причина ухудшения технологических параметров зерна – нарушение зональных агротехнологий, сокращение удельного веса качественных предшественников, в т. ч. паровых полей, незначительное применение минеральных (менее 20 кг/га) и органических удобрений, расширение площади «нулевых» обработок в условиях экстенсивного земледелия, повышение засоренности и инфицированности агрофитоценоза, сорта [10–12].
Длительными исследованиями установлено, что основной вклад в повышение продуктивности и качественных параметров зерна вносят: комплексное применение средств химизации, даже с невысокой дозой удобрений (50–60 кг/га д.в.) и пестицидов, – 31 %; предшественники – 20–22; климатические условия – 19 и обработка почвы – только 12 %.
Таблица 4
Технологические параметры зерна яровой пшеницы в зависимости
от интенсивной технологии и предшественника (2005–2019 гг.)
|
Агротехнология |
Технологические свойства зерна |
Урожайность, т/га |
||||
|
Масса 1000 зерен, г |
Натура, г/л |
Стекловидность, % |
Содержание, % |
|||
|
белка |
клейковины |
|||||
|
Пшеница по паровому предшественнику |
||||||
|
32,2 |
740 |
50 |
13,65 |
27,5 |
2,08 |
|
|
Интенсивная |
35,6 |
750 |
51 |
14,6 |
29,4 |
3,98 |
|
НСР05 |
0,6 |
4,0 |
1,1 |
0,9 |
0,7 |
0,10 |
|
Вторая культура после пара |
||||||
|
Экстенсивная |
32,4 |
752 |
45 |
12,6 |
25,1 |
1,49 |
|
Интенсивная |
36,1 |
761 |
48 |
13,5 |
27,0 |
3,26 |
|
НСР05 |
0,9 |
3,5 |
1,6 |
0,2 |
0,4 |
0,12 |
|
Повторный посев |
||||||
|
Экстенсивная |
30,6 |
747 |
41 |
12,0 |
23,9 |
1,08 |
|
Интенсивная |
35,1 |
762 |
49 |
13,11 |
26,4 |
2,08 |
|
НСР05 |
0,6 |
3,8 |
2,1 |
0,3 |
0,6 |
0,14 |
Результативность средств химизации по доле их вклада в повышение урожайности зерна различна, и они располагаются в возрастающем порядке: гербициды – 12 %; удобрения – 19; удобрения + гербициды – 31; фунгициды – 36 %.
В зависимости от предшественника интенсивная технология способствовала не только существенному повышению урожайности зерна яровой пшеницы на 1,39–1,90 т/га (в 1,9–2,3 раза), но и улучшению технологических свойств (см. табл. 4). Так, масса 1000 зерен на данном варианте возрастала до 35,1–36,1 г (на 11–15 %), натурная масса – до 750–762 г/л, стекловидность – до 48–51 %. Оптимизация питательного режима и фитосанитарного состояния агрофитоценоза способствовала повышению белковости и содержанию клейковины в зерне до 26,4–29,4 %, причем при удалении от парового поля различие в технологических параметрах зерна между вариантами агротехнологий возрастает [13–15].
Установлено, что зерно яровой пшеницы с наибольшим содержанием клейковины (34,8 %) формируется при нормах высева 3,5–4,5 млн всхожих зерен на гектар и сроках посева 5–15 мая.
Длительное применение средств химизации, в т. ч. удобрений, не привело к повышенному накоплению в почве и зерне экотоксикантов. Содержание ТМ было меньше ПДК в 1,4–4,2 раза, пестициды не обнаружены.
Заключение. Таким образом, продуктивность и технологические параметры зерна яровой пшеницы в южно-лесостепных агроландшафтах Западной Сибири определяются агротехнологией, особенно применением средств интенсификации (31 %), в которых основная доля в прибавках урожая приходится на совместное применение удобрений и гербицидов (30,6 %), а также фунгицидов (36,4 %). В засушливых почвенно-климатических зонах с преобладающим экстенсивным зерновым производством паровое поле в полевых севооборотах остается основным качественным предшественником. Повторные посевы яровой пшеницы вследствие комплекса негативных факторов приводят к снижению урожайности относительно парового предшественника в среднем с 2,82 до 1,73 т/га (в 1,6 раза). Независимо от уровня интенсификации в зернопаровом севообороте комбинированная система обработки способствовала повышению выхода зерна с 1 га пашни относительно минимально-нулевой на 0,17–0,25 т/га (9–15 %). Комплексное применение интенсификации способствовало повышению урожайности зерна в среднем с 1,51 до 3,27 т/га, или в 2,2 раза, относительно экстенсивной агротехнологии, причем основной вклад вносят совместное применение удобрений и гербицидов (31 %), фунгициды (36 %). Существенный рост урожайности способствовал улучшению технологических параметров зерна: масса 1000 зерен – до 35,1–36,1 г (на 11–15 %), натурная масса – до 750–762 г/л, стекловидность – до 48–51 % при повышении белковости и содержании клейковины до 26,4–29,4 %. Содержание ТМ в почве и зерне было меньше ПДК в 1,4–4,2 раза, пестициды не обнаружены.
1. Sistema adaptivnogo zemledeliya Omskoy oblasti / I.F. Hramcov [i dr.]; Omskiy agrar. nauch. centr. Omsk, 2020. 522 s.
2. Osobennosti provedeniya vesenne-polevyh rabot v hozyaystvah Omskoy oblasti v 2022 godu: rekomendacii / I.F. Hramcov [i dr.]. Omsk: Izd-vo IP Maksheevoy E.A., 2022. 72 s.
3. Resursy pochvennoy vlagi v zasushlivom zemledelii Zapadnoy Sibiri: monografiya / A.G. Makarov [i dr.]. Omsk, 1992. 146 s.
4. Yushkevich L.V., Pahotina I.V., Chibis V.V. Vliyanie predshestvennikov i tehnologii vozdelyvaniya na urozhaynost' i kachestvo zerna yarovoy pshenicy v lesostepi Zapadnoy Sibiri // Agroekoinfo. 2018. № 2 (32). S. 7.
5. Nauchnye osnovy proizvodstva vysokokachestvennogo zerna pshenicy. M: Rosinformateh, 2018. 396 s.
6. Toropova E.Yu., Selyuk M.S., Yushkevich L.V. Vliyanie agrotehnologiy na zdorov'e pochvy i rasteniy v lesostepi Omskoy oblasti // Dostizheniya nauki i tehniki APK. 2014. № 2. S. 44–45.
7. Sineschekov V.E., Vasil'eva N.V. Fitosanitarnaya situaciya v zernovyh agrofitocennozah pri minimizacii obrabotki pochvy: monografiya / SibNIISH. Novosibirsk, 2015. 138 s.
8. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta. M.: Agropromizdat, 1985. 351 s.
9. Yushkevich L.V., Kem A.A. Ocenka effektivnosti posevnyh kompleksov v zasushlivyh agrolandshaftah Zapadnoy Sibiri // Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo universiteta. 2013. № 4 (102). S. 84–88.
10. Vliyanie sposoba obrabotki na urozhay i kachestva zerna / V.G. Holmov [i dr.] // Zemledelie. 1988. № 9.
11. Yushkevich L.V., Korchagina I.A., Lomanovskiy A.V. Sovershenstvovanie tehnologii vozdelyvaniya yarovoy pshenicy v lesostepi Zapadnoy Sibiri // Zemledelie. 2014. № 6. S. 30–32.
12. Uvelichenie i stabilizaciya proizvodstva vysokokachestvennogo zerna pshenicy v Omskoy oblasti: prakticheskoe rukovodstvo / Yu.V. Kolmakov [i dr.]. Omsk: LITERA, 2015. 60 s.
13. Fletcher A., Ogden G., Sharma D. Mixing it up – wheat cultivar mixtures can increase yield and buffer the risk of flowering too early or too late // European Journal of Agronomy. 2019. T. 103. S. 90–97.
14. Ali M.H., Talukder M.S.U. Increasing water productivity in crop production-a synthesis // Agricultural Water Management. 2008. T. 95, № 11. S. 1201–1213.47
15. Genome wide association mapping of Hagberg falling number, protein content, test weight, and grain yield in U.K. wheat / J. White [et al.] // Crop Science. December 2021. P. 965–981.
