Россия
Россия
Россия
Россия
Россия
Цель исследований – разработка эффективной технологии на основе оценки влияния снижения энергетических затрат на обработку почвы при росте применения химических средств (удобрения и гербициды) на продуктивность пшеницы различных сортов. По результатам многолетних исследований лаборатории сортовых агротехнологий Красноярского НИИСХ дана оценка влияния поверхностной обработки почвы с применением дисковой бороны БДМ-6 «Рубин» и обработки фрезой, без основной обработки на урожайность 4 сортов яровой пшеницы в сравнении с традиционной технологией, основанной на отвальной вспашке (контроль). Урожай формировался в жестких погодных условиях, ограничивших продуктивность в пределах 0,6–3,6 т/га. Энергетический коэффициент при минимальной обработке с применением аммиачной селитры составил 4,8 и на варианте прямого посева без применения минеральных удобрений 4,4. Это обстоятельство обусловливает необходимость расширения приемов подготовки почвы к посеву, особенно после применения минимальной обработки. В качестве эксперимента проведено фрезерование поверхности почвы ФБН 1,1 для качественного посева дисковой сеялкой СН-16. Обработка фрезой проводилась после внесения вразброс аммиачной селитры. В целом ресурсосберегающие технологии (посев после дискования и посев без основной обработки почвы до фрезерования) снизили производственные затраты на 11–13 %, а расход ГСМ уменьшился на 42–43 % по сравнению с технологией, основанной на вспашке. Проведение предпосевной обработки фрезой гарантировало полное очищение почвы от ранних всходов сорняков, контроль проводился с помощью БПЛА (беспилотного летательного аппарата). Различия в уровне урожая между вариантами обработки почвы несущественны, НСР05 составила 0,4 т/га. А влияние минеральных удобрений, хорошо перемешанных с почвой в поверхностном слое с помощью фрезы, резко возросло.
чернозем обыкновенный, вспашка, дискование, обработка фрезой, посев, пшеница, урожайность
Введение. Яровая пшеница – основная продовольственная культура. В Красноярском крае в последние годы выращивалось более 11 культур, под пшеницу отводилось до 630 тыс. гектаров, или 50 % от площади посева. Уникальный состав зерна, широкий спектр его применения объясняют высокий спрос и обусловливают
необходимость повышения сборов продукции, прежде всего за счет роста урожайности [1, 2]. Достичь желаемых результатов, на наш взгляд, можно, прежде всего, совершенствованием технологии возделывания, поскольку возможности расширения площади посевов исчерпаны [3–5]. Поэтому изучение путей совершенствования технологии возделывания культур посредством регулирования потоков биогенных элементов (удобрения, средства защиты, затраты ГСМ) с последующим выходом на цифровые технологии оценки состояния посевов в разные стадии вегетации культуры становится актуальным и своевременным.
Цель исследований – разработка эффективной технологии на основе оценки влияния снижения энергетических затрат на обработку почвы при росте применения химических средств (удобрения и гербициды) на продуктивность пшеницы различных сортов.
Задачи: освоить перспективный метод, который позволяет определить влажность почвы и состояние посевов в течение вегетации, основанный на применении сверхлегких БПЛА, взлетной массой порядка 5 кг и радиусом действия до нескольких километров, оснащенных микроволновыми радиометрическими или радарными, мультиспектральными (MicaSense RedEdge-MX) сенсорами; совместно с сотрудниками Институтов физики и биофизики СО РАН продолжить разработку методов, алгоритмов и моделей, которые позволят решить весь спектр наблюдений по динамике влаги в почве; усовершенствовать проведение измерений основных характеристик посевов, высоты и массы стеблей, колосьев (надземная фитомасса), определение видовой урожайности пшеницы.
Поставленные научные задачи являются новыми, однако представляются нам решаемыми, а результаты достижимыми.
Объекты и методы. Исследования проведены в течение 2021–2023 гг. в зоне открытой, остепненной, части Красноярской лесостепи. Географические координаты: широта 56°03' 50''СШ, и 92°41' 54''ВД.
Почва – чернозем обыкновенный; содержание гумуса – 6,5 %; кислотность (рНн2о) – 6,5; сумма обменных оснований – до 45 м-экв/100 г; содержание Р2О5 – до 67 мг/кг; К2О – до 270 мг/кг (по Мачигину) [6–8]. Из микроэлементов в черноземе обыкновенном содержится: 3 мг/кг цинка; 5 мг марганца; 10 мг меди; 12 мг молибдена; 23 мг кобальта; около 28 мг свинца.
Влагоемкость метрового слоя почвы составляет 323 мм. Устойчивое увядание растений наступает при влажности метрового слоя почвы равной 11,7 % (1,5 МГ).
По данным метеостанции «Минино», годовая температура воздуха: минимальная – 1,1 °С; средняя – 0,5; максимальная – 1,8 °С. Сумма температур выше 5 °С – 2215 °С, выше 10 °С – 1750 °С. Годовое количество осадков в среднем составляет 370 мм.
Средний многолетний коэффициент соотношения количества осадков и суммы показателей температуры воздуха К в зоне составляет 1,14. В годы проведения исследований коэффициент составил 1,10. Это соотношение свидетельствует о засушливости условий, особенно в 2023 г.,
коэффициент составил 0,55. За вегетацию (май–август) в 2021–2023 гг. выпадало 182–260 мм при средней температуре воздуха 17 °С [9, 10]. В целом погодные условия и показатели уровня плодородия почвы на стационаре соответствуют требованиям культуры [11].
Объектом исследований служила технология возделывания пшеницы по пару и в повторном посеве после пара. Предметом для тестирования служили 4 сорта яровой мягкой пшеницы Сибирской селекции: Красноярская 12 (контроль) – сорт районирован в крае с 2015 г.; Бейская – районирована с 2022 г.; Новосибирская 15 – районирована с 2004 г. и Новосибирская 31 – районирована с 2011 г. [12]. Культура размещалась в звене зернопарового севооборота: пар – пшеница – пшеница. Выбор предшественников обусловлен предстоящим совершенствованием технологии предпосевной обработки почвы и подготовки семян, способных противостоять росту засоренности и распространению болезней, особенно в начале вегетации. Возникает необходимость более полного использования из почвы элементов питания при повторном посеве культуры без внесения и с применением удобрений, в количестве, исключающем возможность попадания остатков в окружающую среду.
Полевые исследования и лабораторные анализы проведены согласно общепринятым и современным методикам [13, 14]. Применялись традиционные технические средства (трактор МТЗ-82, плуг навесной ПН-3-35, борона дисковая БДМ-6 «Рубин», фреза болотная ФБН 1,1, сеялка СН-16). Современные и традиционные приборы и лабораторное оборудование: термометры почвенные, почвенный бур, весы лабораторные, сушильный шкаф, применялись современные беспилотные летательные аппараты БПЛА.
Для последующей полной цифровизации процессов размещение делянок опыта на территории проведено в 3 повторениях: повторность 1 включает участки № 1–72; повторность 2 –
участки № 73–144; повторность 3 – участки № 145–216. Учетная площадь варианта составляет 20,6 м2.
Таким образом, при облете БПЛА были получены снимки состояния посевов на всем участке с определением места конкретного варианта по номеру на схеме опыта. Статистическая обработка результатов наблюдений проведена с использованием пакета программ Snedekor [15].
Результаты и их обсуждение. Подготовка почвы в опыте проводилась по схеме: 1 – зяблевая вспашка (контроль); 2 – весенняя вспашка; 3 – весеннее дискование; 4 – без основной обработки. Внесение аммиачной селитры проведено вразброс. Посев дисковой сеялкой проведен после поверхностной обработки почвы фрезой. Структура пахотного слоя после нескольких лет воздействия различными орудиями (плуг, дискатор) и без основной обработки сохранила удовлетворительное состояние. Плотность почвы в горизонтах 0–10 и до 80 см находилась в нормальном или допустимом для растений уровне. Перед посевом объемная масса слоя 0–10 см после вспашки составляла 0,87 г/см3, на вариантах дискования и прямого посева – в пределах 0,99 г/см3.
Содержание доступной влаги в почве. Мульчирующий слой из растительных остатков и измельченной соломы при минимальной обработке дисковой бороной и фрезой позволяет сохранить в пахотном слое до 10 мм влаги дополнительно. Поэтому запасы ее к посеву после вспашки составили 18 мм, после дискования – 25 и без основной обработки – около 28 мм.
Выпадение осадков около 150 мм позволило к середине вегетации (20.07) сохранить содержание влаги в слое 0–50 см варианта вспашки на уровне 9 мм, в метровом слое – на уровне 15 мм, при минимальной обработке содержание влаги составило 13 и 17 мм соответственно. НСР05 = 1,65 мм.
При облете БПЛА существует реальная возможность точного определения места с какими-либо изъянами. Необходимость применения химических или физических приемов исправления ситуации на посеве определяется для конкретной точки на участке с учетом координат и схемы опыта, например римская I означает вариант без основной обработки почвы; А – без удобрений; Б – удобренный аммиачной селитрой; 1 – пшеница сорта Красноярская 12; 2, 3, 4 – Бейская, Новосибирская 15, Новосибирская 31; а – семена не протравливались; б – семена протравлены.
При визуальном осмотре уточняется необходимость и вид химического вмешательства против болезни или вида засоренности. Точное
место участка определяется по порядковому номеру. Так, участок с названным шифром на
1-й повторности находится под № 1. Этот порядковый номер на схеме означает, что посеяна пшеница сорта Красноярская 12, по зяблевой вспашке, без применения минеральных удобрений и без протравливания семян. Урожайность на 1-й повторности составила 6,3 ц/га, на 2-й повторности под № 73 – урожайность 7,9 ц/га, на 3-й повторности под № 145 урожайность – 8,3 ц/га, протравливание семян препаратом «Оплот-Трио» повысило урожайность незначительно – до 7,1–9,1 ц/га.
Существенный рост урожайности Красноярской 12 произошел от применения аммиачной селитры. Посев непротравленными семенами по удобренному фону сформировал урожайность в пределах 30,2–34,2–36,4 ц/га, протравливание семян повысило урожайность до 31,4–35,9–38,3 ц/га, что свидетельствует о существенном влиянии аммиачной селитры на продуктивность яровой пшеницы сорта Красноярская 12.
После их оценки по фото принимается решение о проведении или в отказе от проведения визуальной оценки состояния посевов (рис.).
Следовательно, содержание в почве биогенных элементов, их доступность растениям во многом определяют уровень урожайности культуры. Среди показателей пищевого режима почвы ключевым фактором является уровень содержания нитратного азота. Перед уходом предшественника в зиму колебания элемента по территории участка находятся в небольших пределах (6,2–8,7 мг/кг почвы). Нитраты распределены по всему профилю 0–100 см. Обусловлено это погодными условиями и промыванием нитратов в нижние горизонты почвы, и с глубиной содержание их возрастает с 7,7 (слой 0–10 см) до 11 мг/кг (слой 90–100 см).
К посеву культуры после вспашки на участках без удобрений содержание нитратов в пахотном слое составляет 20 мг/кг, после дискования – 22, без основной обработки – 19,6 мг/кг. Внесение аммиачной селитры повысило содержание нитратов к посеву на 10 мг/кг.
Без удобрения кущение пшеницы обеспечено нитратным азотом на уровне 18–21 мг/кг, а с удобрениями – 21–26 мг/кг. Фаза колошения обеспечена нитратным азотом без минеральных удобрений в пределах 3–6 мг/кг, на удобренном фоне запасы составляют 7–12 мг/кг. К уборке культур (20 сентября) содержание нитратов под культурами без удобрений и с удобрениями снижалось до 1,3–2,0 мг/кг.
Карта опытного участка, построенная по данным съемки «Геоскан-201»
(пространственное разрешение 5 см)
Такая динамика нитратного азота подтверждается урожайностью пшеницы, полученной на стационаре в Минино (чернозем обыкновенный). На неудобренных фонах урожайность на 30 ц/га ниже. Следовательно, внесенные в рекомендуемых дозах под предшествующую культуру азотные удобрения полностью используются в год их применения и вероятность потери питательных элементов вне вегетации, способных загрязнить окружающую среду, практически сведена к нулю.
Обеспеченность подвижным фосфором и обменным калием выше по минимальным приемам обработки почвы, а к середине вегетации отмечается повышение содержания по всем вариантам опыта. В нижних горизонтах метрового профиля эти элементы также присутствуют. Из биогенных микроэлементов, содержащихся в почве и стимулирующих использование азота и фосфора, целесообразно обратить внимание на серу, бор, молибден и в меньшей степени ванадий.
Результаты исследований показали, что пшеница Красноярская 12 более требовательна к содержанию элементов питания в почве, так как содержание NРК в зерне выше, чем у других изучаемых сортов (табл.).
Содержание элементов питания в зерне пшеницы, %
|
Образец |
Элемент |
||
|
Азот |
Фосфор |
Калий |
|
|
Новосибирская 31 |
1,05 |
2,18 |
1,38 |
|
Красноярская 12 |
1,12 |
2,32 |
1,35 |
|
Бейская |
1,07 |
1,96 |
1,27 |
|
Новосибирская 15 |
1,16 |
2,25 |
1,30 |
В среднем за 2021–2023 гг. урожайность сорта Красноярская 12 без основной обработки почвы и применения удобрений сформировалась по 16,0 ц/га, протравливание семян способствовало росту урожая до 17,7 ц/га. На варианте дискования получено по 17,3–30,7 ц/га. На вспашке урожайность была выше, чем при энергосберегающих технологиях обработки, и составила 19,7–32, 0 ц/га.
Следовательно, на технологию подготовки почвы под данный сорт надо обращать более пристальное внимание или компенсировать потребности высокой дозой удобрений.
Сорт Бейская по содержанию элементов в зерне уступает другим сортам, а по урожайности находится на более высоком уровне. В зерне пшеницы содержание марганца составляет 40 мг/кг зерна; цинка – 30; кальция – 60; молибдена – до 40 мг/кг.
Без удобрений и основной обработки ее урожайность составила 16,7–29,3 ц/га, повышаясь от дискования почвы до 18,3–31,3 ц/га. Урожайность в пределах 21,0–32,3 ц/га пшеница сорта Бейская сформировала на варианте вспашки. Высокий показатель относится к вариантам с применением аммиачной селитры и протравливанием семян перед посевом препаратом «Оплот Трио». На наш взгляд, к сорту следует присмотреться и выбрать эффективную технологию, чтобы обойти ее недостаток – остистость.
Реакция сортов на изменения в технологии возделывания проявилась с одинаковой тенденцией. Урожайность сорта Новосибирская 31 на нулевом варианте составила 15,4–28,6 ц/га; на варианте с дискованием почвы урожайность повысилась до 16,7–31,7; на вспашке – до 18,4– 32,1 ц/га.
Раннеспелый сорт Новосибирская 15 показал продуктивность без основной обработки почвы на уровне 13–23 ц/га. На варианте с минимальной обработкой урожайность выросла незначительно – до 13,3–23,7 ц/га, на вспашке прибавка составила 0,7–1,8 ц/га.
Экономически более эффективной является ресурсосберегающая поверхностная обработка почвы, проводимая в осенний или весенний периоды. Такие обработки позволяют снижать производственные затраты на 12,6 %, а расход ГСМ уменьшился на 42,6 % по сравнению с традиционной технологией, основанной на зяблевой вспашке.
Энергетический коэффициент на варианте прямого посева без применения минеральных удобрений был равен 4,4, на варианте минимальной обработки с применением аммиачной селитры ЭК повышался до 4,8.
Заключение
1. Абсолютный контроль, в опыте представленный прямым посевом пшеницы семенами без протравителя и без удобрений, обеспечил урожайность зерна на уровне 17,8 ц/га.
2. Оценка технологии возделывания второй пшеницы после пара в условиях открытой лесостепи показала эффективность весенней вспашки с применением аммиачной селитры и протравителя семян «Оплот Трио». Рост урожайности в сравнении с прямым посевом составил 35 % при росте затрат на 41,4 %. На варианте с минимальной обработкой почвы (дискование) урожайность выросла на 24 %, а затраты – на 18,8 %.
3. Урожайность пшеницы сформировалась с преимуществом нового сорта Бейская на варианте вспашки с внесением удобрений. Применение ресурсосберегающих технологий обработки существенно снижает производственные затраты. При использовании минимальной технологии трудозатраты сокращаются на 35,5 %, ГСМ – на 40,3 %, при использовании технологии прямого посева трудозатраты сократились на 49,1 %, ГСМ – на 64,2 %, по сравнению с использованием традиционной технологии с зяблевой вспашкой.
4. Внедрение ресурсосберегающих технологий на удобренном фоне позволяет повысить энергетическую эффективность возделывания зерновых культур на вариантах с применением минимальной обработки до 4,8, на вариантах прямого посева – до 4,6.
5. Расчет экономической эффективности показал, что наибольший уровень рентабельности на неудобренном фоне получен на варианте прямого посева и составил 140 %, несколько уступает ему вариант минимальной обработки (129 %). Применение аммиачной селитры привело к росту уровня рентабельности на варианте прямого посева на 3,8 и 23,7 % на варианте с минимальной обработкой. На варианте с традиционной системой применение минеральных удобрений не привело к росту уровня рентабельности.
6. Цифровизация технологического процесса позволяет без особых затрат труда и времени выбрать необходимую очередность операций, позволяющую получить нужный уровень урожайности с приемлемыми для хозяйства расходами и без ущерба окружающей среде.
1. Агропромышленный комплекс Красноярского края в 2011–2021 гг. Красноярск, 2022. 217 с.
2. Брылев С.В. Итоги работы и перспективы развития отрасли растениеводства Крас-ноярского края // Инновационные технологии производства продуктов растениеводства: рекомендации / под общ. ред. С.В. Брылева. Красноярск, 2011. С. 3–10.
3. Романов В.Н., Литау В.М. Продуктивность зерновых культур в зернопаровом севообороте в условиях Красноярской лесостепи // Достижения науки и техники АПК. 2014. № 6. С. 43.
4. Юшкевич Л.В., Щитов А.Г., Ершов В.Л. Сравнительная продуктивность яровой пшеницы в повторных посевах в южной лесостепи Западной Сибири // Вестник Омского ГАУ. 2016. № 2 (22). С. 25–31.
5. Акименко А.С. Формирование севооборотов и структуры посевных площадей для получения заданного количества продукции с учетом природно-ресурсного потенциала // Земледелие. 2020. № 4. С. 19–22. DOI:https://doi.org/10.24411/0044-3913-2020-10405.
6. Шпедт, А.А., Трубников, Ю.Н. Методика оценки природно-ресурсного потенциала агроландшафтов России // Живые и биокосные системы. 2020. № 31. URL: https://jbks.ru/archive/issue-31/article-1 (дата обращения 11.12.2023).
7. Качинский, Н.А. Физика почв. М.: Высш. шк., 1970. 360 с.
8. Доспехов Б.А., Васильев И.П., Туликов А.М. Практикум по земледелию. М.: Агропроиздат, 1977. 301 с.
9. Методика Госкомиссии по сортоиспытанию с.-х. культур. М., 1963.
10. Характеристики сортов растений, включенных в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию по Красноярскому краю на 2019 год. Красноярск, 2019. 543 с.
11. Агрометеобюллетени АМС «Минино» за 2018–2023 гг. URL: http://pogodaiklimat.ru/ weather.php?id=29571 (дата обращения 23.09.2023).
12. Красноярск метео, 2022 г. URL: https:/kras-meteo.ru/index.php/arkhiv-m?year=2022%28 24%29 (дата обращения 23.09.2023).
13. Система земледелия Красноярского края на ландшафтной основе: науч.-практ. рекомендации / под ред. С.В. Брылева. Крас¬ноярск, 2015. С. 27–32.
14. Химический состав пищевых продуктов: справочник. Кн. 1 / под ред. И.М. Скурихина, М.Н. Волгарева. Изд. 2-е. М.: Агропромиздат, 1987. 224 с.
15. Сорокин, О.Д. Прикладная статистика на компьютере. Новосибирск, 2004. 162 с.
16. Sorokin, O.D. Prikladnaya statistika na komp'yutere. Novosibirsk, 2004. 162 s.
