Цель исследования
Выявить изменения урожайности озимой пшеницы, высеваемой по черному пару, по мере удаления от лесополосы по приёмам обработки на фоне удобрений и без фона.
Задачи исследований
Изучить влияние приёмов основной обработки, как на фоне удобрений, так и без фона, на урожайность озимой пшеницы по мере удаления от лесной полосы посевов зерновой культуры в разные по погодным условиям годы. Выявить воздействие приёмов основной обработки на запасы продуктивной влаги в почве. Провести наблюдения за содержанием нитратного азота, подвижного фосфора и обменного калия в почве, её нитрификационную способность по приёмам обработки на фоне удобрений и без фона. Определить энергетическую эффективность возделывания озимой пшеницы в зависимости от приёмов основной обработки на фоне удобрений и без фона при нахождении посевов на разном расстоянии от лесной полосы.
Материалы и методы исследования
Исследования проводили в стационарном полевом опыте, заложенном в 1970 г. и расположенном на водоразделе с полого-равнинным типом агроландшафта с почвоводоохранной организацией территории в системе полезащитных не продуваемых лесных полос высотой 9–11 м на опытном поле ФГБНУ «НИИСХ Юго-Востока». Делянки имеют длину 50 м. Они располагаются в 3 яруса с южной стороны лесополосы. С учётом длины делянок и защитных полос в 10 м между ярусами удалённость их от лесополосы составляет 10, 70 и 130 м. Местоположение делянок с вариантами основной обработки почвы в сочетании с применением удобрений в севооборотах не изменялось в течение 47 лет. Чередование культур с 2015 по 2017 г. в зернопаровом 4-польном севообороте: пар черный, озимая пшеница, просо, яровая пшеница. В схему опыта входили следующие приёмы основной обработки почвы:
1) ежегодная вспашка на глубину 27…30 см (контроль) плугом ПН-4-35,
2) ежегодное 2-кратное дискование на глубину 8…10 см дискатором БДН-2,4*2,
3) ежегодная плоскорезная обработка на глубину 14…16 см плоскорезом-глубокорыхлителем КПГ-250,
4) ежегодное лемешное лущение на глубину 14…16 см лемешным лущильником ППЛ-10-25.
Приёмы основной обработки в севообороте проводились осенью и изучались на фоне удобрений (весной корневая подкормка озимых N40 кг д. в./га, под предпосевную культивацию перед посевом просо N60) и без фона. В фазу кущения посевы проса и яровой пшеницы в вариантах основной обработки почвы опрыскивались гербицидами группы 2,4-Д. Высевался сорт озимой пшеницы «Калач 60».
Климат региона характеризуется как резко континентальный и суровый. ГТК за вегетационный период озимой пшеницы (начало возобновления весенней вегетации до восковой спелости) в 2015 г. составил 0,84, в 2016 г. – 0,91, в 2017 г. – 1,97 при среднемноголетней – 0,84.
Почва опытного участка – чернозем южный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистого гранулометрического состава с содержанием гумуса в пахотном слое 4,5 %. Питательный режим почвы: нитратный азот (нитрификационная способность по Кравкову в модификации Болотиной и Абрамовой) определялся потенциометрическим методом на иономере, подвижный фосфор и калий – в 1 %-ной углеаммонийной вытяжке по Б.П. Мачигину (ГОСТ 26205-91). Учёт урожая проводили способом прямого комбайнирования комбайном Сампо 130. Дисперсионный анализ урожайных данных осуществляли по методике Б.А. Доспехова [3].
Результаты исследования и их обсуждение
В степных районах Поволжья фактором, определяющим уровень урожайности сельскохозяйственных культур, является влагообеспеченность – содержание доступной влаги в почве и осадки, выпадающие в период вегетации. Запасы продуктивной влаги в 1,5-метровом слое почвы за годы исследований к посеву и к весеннему возобновлению вегетации озимой пшеницы имели тенденцию снижения в вариантах плоскорезной обработки и лемешного лущения по сравнению с вспашкой. Так, в среднем за годы исследований запасы продуктивной влаги к посеву озимой пшеницы по вспашке составили 188,4 мм, по плоскорезной обработке – 184,0 мм, по лемешному лущению – 178,8 мм. К периоду весеннего возобновления вегетации озимой пшеницы по вспашке запасы продуктивной влаги составили 207,9 мм, по плоскорезной обработке – 202,7 мм, по лемешному лущению – 197,0 мм.
В условиях периодических засух континентального климата степного Поволжья в почвах преобладают аэробные процессы, которые способствуют образованию нитратного азота, являющегося основной формой питания растений. Накопление аммонийного азота в этих условиях происходит лишь в осенний период при низких температурах. К посеву озимых наибольшее количество нитратного азота накапливается в паровом поле. Однако на фоне без удобрений содержание нитратного азота ниже уровня оптимальной величины, на фоне с внесением удобрений близки к оптимальному показателю (19,0–21,0 мг/кг). Так, в среднем за 6 лет на фоне без удобрений по лемешному лущению содержание нитратного азота в слое почвы 0–40 см составило 16,1 мг/кг, по плоскорезной обработке – 15,0, по глубокой вспашке (контроль) – 15,8, на фоне с внесением удобрений – соответственно 18,9; 17,2 и 19,5 мг/кг. Более 50 % азота от запасов в полутораметровом слое находилось в слое 0–50 см. Талые воды способствовали вымыванию нитратного азота в более глубокие слои. Промытый в нижние слои нитратный азот в пахотный слой не поднимается, а используется растениями по мере роста корней вместе с влагой. Поэтому весенняя подкормка азотным удобрением повышает урожайность озимой пшеницы. В отличие от нитратного азота, 80–90 % подвижного фосфора от его запасов в полутораметровом слое находилось в слое 0–50 см и в период вегетации не смещалось. Содержание подвижного фосфора по всем вариантам обработки почвы на обоих фонах, особенно по удобренному фону, превышает уровень оптимальных значений (23–25 мг/кг). Так, на фоне без удобрений к посеву озимой пшеницы содержание подвижного фосфора в слое почвы 0–40 см по лемешному лущению составило 45,8 мг/кг, по плоскорезной обработке – 31,2, по глубокой вспашке (контроль) – 32,5 мг/кг, на фоне с удобрением – соответственно 47,6; 47,4 и 54,2 мг/кг.
Содержание обменного калия по всем вариантам обработки почвы на обоих фонах колеблется на уровне оптимальной величины (320–350 мг/кг). Так, на фоне без удобрений к посеву озимой пшеницы содержание обменного калия в слое почвы 0–40 см по лемешному лущению составило 336 мг/кг, по плоскорезной обработке – 303, по глубокой вспашке (контроль) – 305 мг/кг, на фоне с удобрением – соответственно 350; 328 и 342 мг/кг.
В засушливые годы нитратный азот использовался озимой пшеницей, идущей по чистому пару, гораздо слабее и его остаточные запасы к уборке составили в среднем 5,1 мг/кг. Это в три раза меньше, чем во влажные годы. Содержание аммонийного азота в засушливые годы под растениями также снижались от фазы выхода в трубку до уборки.
Во влажные годы на удобренных фонах по чистому пару азотная подкормка повышала содержание нитратного азота в почве под растениями, но не оказывала существенного влияния на запасы аммонийного азота. В засушливые годы, наоборот, азотная подкормка озимой пшеницы по чистому пару положительно влияла на содержание обменного аммония, что также свидетельствует о низкой нитрификационной способности южного чернозёма при дефиците почвенной влаги. Максимальное количество минерального азота накапливалось в годы с обильными осадками в летние месяцы. На содержание доступного фосфора в фазу весеннего кущения озимой пшеницы условия увлажнения не повлияли.
По данным, полученным в результате проведенных исследований в полевом стационарном длительном опыте во все годы наблюдений, как на естественном по плодородию фоне, так и с применением азотных удобрений по всем вариантам обработки урожайность озимой пшеницы была выше при нахождении делянок от лесной полосы на расстоянии 10 м по сравнению с расстояниями 130 и 70 м (табл. 1). Особенно высокая контрастность наблюдалась в 2017 г. По-видимому, лесополоса, регулируя ветровые потоки, а вместе с ними температуру приземного воздуха, самой почвы, оказала существенное влияние на улучшение увлажнения почвы и её температурного режима [1], что сказалось существенно на микробиологической активности, в частности в нашем случае на ассоциативных азотфиксаторах [4] и фосфатмобилизующих микроорганизмах [5], которые не только улучшили азотное и фосфорное питание, но и продуцировали ростовые вещества (ауксины, гиббереллины и др.), антибиотики и сидерофоры, ограничивающие рост микроорганизмов-фитопатогенов, что способствовало увеличению всхожести семян, массы корней, повышению их поглотительной активности [5], а в итоге урожайности [5] озимой пшеницы. Только имеющиеся запасы нитратного и аммиачного азота в почве, накопленные в период ухода за паровым полем, не могли создать такой величины урожай. В ризосфере растений в сотни раз больше микроорганизмов, чем в почве без корней, так как корневые выделения и корневой опад являются основным энергетическим субстратом для ассоциативных азотфиксаторов [4] и фосфатмобилизующих микроорганизмов [5]. Из статьи, представленной Л.Б. Сайфуллиной [6], видно, что уровень нитрификационной способности почвы в период отрастания и цветения озимой пшеницы имеет высокую корреляцию с урожаем зерна и содержанием в нем азота (0,98**). И в ней же [6] отмечено, что в фазу выхода пшеницы в трубку нитрификационная способность и содержание нитратов имеют высокую корреляционную связь с осадками и температурой в поверхностном слое почвы (0,65–0,80). По-видимому, нитрификационная способность почвы вблизи лесополосы оказалась наиболее выраженной в годы с обильным выпадением осадков и пониженной температурой воздуха. Так в 2017 г. с 1-й декады апреля по 1-ю декаду июля (от выхода в трубку и до восковой спелости зерновой культуры) выпало 250 мм осадков, в 2016 – 133, 2015 – 126 мм, что составляет соответственно 217,4; 115,6 и 109,6 % от среднемноголетней. Температура воздуха за этот период была соответственно годам 15,7; 18,0 и 19,7 °С при среднемноголетней 16,8 °С. Особенно резкое падение температуры воздуха наблюдалось во 2-й декаде мая 2017 г. (10,6 °С против 15,8 °С среднемноголетней). Такие условия, по-видимому, сказались на нитрификационной способности и на содержании элементов питания чернозёма южного тяжелосуглинистого по гранулометрическому составу. Как показали наши наблюдения, при нахождении делянок на расстоянии от лесной полосы в 130 м в период возобновления весенней вегетации озимой пшеницы в слое почвы 0–40 см на варианте вспашки содержание нитратного азота составило 4,52 мг/кг, аммиачного азота – 0,68, подвижного фосфора – 40,8, обменного калия 362 мг/кг, нитрификационная способность 7,04 мг/кг почвы, в паровом поле в это же время соответственно 3,09; 0,54; 40,6; 362 и 8,41 мг/кг, в фазу выхода в трубку под культурой – 1,46; 0,60; 39,0; 318 и 20,21 мг/кг, в пару – 2,42; 1,03; 34,5; 352 и 22,35 мг/кг, в фазу цветения под культурой – 1,38; 2,60; 39,8; 330 и 13,59 мг/кг, в пару – 2,66; 5,20; 32,8; 378 и 16,90 мг/кг.
Таблица 1
Урожайность озимой пшеницы в зависимости от приёмов основной обработки почвы, удобрений и удалённости от лесополосы, т/га
|
Обработка почвы (фактор А) |
Фон (фактор В) |
Удалённость делянок от лесополосы, м (фактор С) |
Годы |
В среднем |
||
|
2015 |
2016 |
2017 |
||||
|
Вспашка, 27–30 см (контроль) |
Без удобрений |
130–1801) |
2,16 |
3,25 |
5,51 |
3,64 |
|
70–120 |
2,24 |
4,26 |
6,52 |
4,34 |
||
|
10–60 |
2,43 |
4,47 |
9,81 |
5,57 |
||
|
С удобрением |
130–180 |
2,60 |
4,59 |
6,76 |
4,65 |
|
|
70–120 |
2,72 |
5,81 |
7,21 |
5,25 |
||
|
10–60 |
2,88 |
5,88 |
10,52 |
6,43 |
||
|
Дискование, 8–10 см |
Без удобрений |
130–180 |
1,31 |
2,23 |
5,47 |
3,01 |
|
70–120 |
1,53 |
2,27 |
5,70 |
3,17 |
||
|
10–60 |
1,66 |
2,64 |
9,30 |
4,53 |
||
|
С удобрением |
130–180 |
1,91 |
2,55 |
6,18 |
3,55 |
|
|
70–120 |
2,31 |
2,69 |
7,43 |
4,14 |
||
|
10–60 |
2,44 |
3,32 |
10,45 |
5,40 |
||
|
Плоскорезная, 14–16 см |
Без удобрений |
130–180 |
1,87 |
2,36 |
5,06 |
3,10 |
|
70–120 |
1,92 |
2,53 |
5,92 |
3,46 |
||
|
10–60 |
1,98 |
2,84 |
9,26 |
4,69 |
||
|
С удобрением |
130–180 |
2,08 |
3,47 |
6,21 |
3,92 |
|
|
70–120 |
2,45 |
3,65 |
6,86 |
4,32 |
||
|
10–60 |
2,55 |
3,99 |
10,15 |
5,56 |
||
|
Лемешное лущение, 14–16 см |
Без удобрений |
130–180 |
2,17 |
2,67 |
5,85 |
3,56 |
|
70–120 |
2,24 |
2,96 |
6,27 |
3,82 |
||
|
10–60 |
2,40 |
3,33 |
9,48 |
5,07 |
||
|
С удобрением |
130–180 |
2,48 |
3,24 |
7,07 |
4,26 |
|
|
70–120 |
2,61 |
4,19 |
7,11 |
4,64 |
||
|
10–60 |
2,78 |
4,44 |
10,51 |
5,91 |
||
|
Ошибка опыта (р), % |
2,31 |
6,17 |
2,66 |
6,88 |
||
|
Вариантов НСР05 |
0,147* |
0,611* |
0,570* |
0,847* |
||
|
Фактор А НСР05 |
0,060* |
0,249* |
0,233* |
0,346* |
||
|
Фактор В НСР05 |
0,042* |
0,176* |
0,164* |
0,244* |
||
|
Фактор С НСР05 |
0,052* |
0,216* |
0,201* |
0,299* |
||
|
Фактор АВ НСР05 |
0,085* |
0,352* |
Fф < Fт |
Fф < Fт |
||
|
Фактор ВС НСР05 |
0,073* |
Fф < Fт |
Fф < Fт |
Fф < Fт |
||
|
Фактор АС НСР05 |
Fф<Fт |
0,432* |
Fф <Fт |
Fф <Fт |
||
Примечание. 1) Начало и конец 50 м делянки, 10 м защитная полоса между лесной полосой и делянками, а также между ними самими. *) Различия существенны на 5 %-ном уровне значимости.
При нахождении делянок от лесной полосы на расстоянии 130 и 70 м в среднем за 3 года, как на фоне удобрений, так и без фона по всем вариантам обработки урожайность озимой пшеницы колебалась в пределах ошибки опыта. Данная закономерность сохранялась во все годы исследований по варианту лемешного лущения без применения удобрений, а в 2017 г., как на естественном по плодородию фоне, так и с применением азотных удобрений на варианте лемешного лущения, на фоне без внесения удобрений на варианте дискования и с удобрением на варианте вспашки, в 2015 г. на фоне удобрений и естественном фоне на вариантах вспашки и лемешного лущения. В 2015, 2017 гг. по другим вариантам обработки, а также в 2016 г. по всем вариантам обработки, как на естественном по плодородию фоне, так и с применением азотных удобрений при нахождении делянок от лесной полосы на расстоянии 70 м по сравнению с расстояниями 130 м урожайность озимой пшеницы была существенно выше или колебалась в пределах ошибки опыта.
В среднем за годы наблюдений, а также в 2015 г., как на естественном по плодородию фоне, так и с применением азотных удобрений при нахождении делянок от лесной полосы, на разном расстоянии 130 м, 70 и 10 м после лемешного лущения урожайность озимой пшеницы была такая же, что и после вспашки (см. табл. 1). Урожайность озимой культуры на фоне удобрений и без них снижалась на существенную величину от проведения дискования и плоскорезной обработки. Снижение урожайности озимой пшеницы по данным вариантам обработки возможно объяснить уменьшением азотфиксирующих бактерий [4, 7].
Следует отметить, что на расстоянии делянки от лесной полосы в 130 м на варианте с плоскорезной обработкой на фоне с удобрением снижение урожайности по отношению к контролю (вспашке) отмечено в виде тенденции.
При нахождении делянок от лесной полосы на расстоянии 130 м в 2016 г. на естественном фоне после лемешного лущения урожайность озимой пшеницы получена такая же (2,67 т/га), что и после вспашки (3,25 т/га), на фоне удобрений – существенно ниже по сравнению с контролем (см. табл. 1). Урожайность озимой культуры на естественном по плодородию фоне и с применением азотных удобрений снижалась на существенную величину от проведения дискования и плоскорезной обработки. В 2017 г. на естественном по плодородию фоне по всем приёмам обработки урожайность озимой пшеницы колебалась в пределах ошибки опыта. Аналогичная закономерность отмечена на фоне удобрений после лемешного лущения, плоскорезной обработки и вспашки. Урожайность озимой культуры снижалась на существенную величину от проведения дискования.
Удобрения в среднем за годы исследований по варианту вспашки независимо от расстояния нахождения делянок от лесной полосы повышали урожайность культуры на существенную величину. По вариантам обработки с лемешным лущением, плоскорезной обработкой и дискованием от удобрений получена прибавка в урожайности на существенную величину при нахождении делянок от лесной полосы на расстоянии 70 м и в пределах ошибки опыта на расстоянии 130 м. При нахождении делянок от лесной полосы на расстоянии 10 м по вариантам с плоскорезной обработкой и дискованием от удобрений получена прибавка в урожайности на существенную величину, а по варианту с лемешным лущением – в пределах ошибки опыта. Что касается действия удобрений по годам, то здесь следует отметить следующее. Независимо от расстояния нахождения делянок от лесной полосы удобрения в 2015 и 2017 гг. повысили на существенную величину урожайность озимой пшеницы по всем приёмам обработки, а в 2016 г. – по вариантам вспашки и плоскорезной обработки. На вариантах с лемешным лущением и дискованием в 2016 г. от удобрений получена прибавка в урожайности на существенную величину при нахождении делянок от лесной полосы на расстоянии 10 м и первого вышеназванного варианта обработки на расстоянии 70 м.
Как видно из вышеизложенного, урожайность озимой пшеницы зависит в значительной мере от гидротермических условий вегетационного периода, приёмов обработки, удобрений и удалённости от лесополосы.
По расходу топлива, затрат труда и энергии на 1 т зерна ежегодное лемешное лущение при возделывании озимой пшеницы имеет явное преимущество перед ежегодной глубокой вспашкой (табл. 2). Так, при применении лемешного лущения в севообороте по сравнению с глубокой вспашкой на фоне без удобрений при нахождении посевов от лесной полосы на расстоянии 130 м расход топлива на 1 т зерна озимой пшеницы сократился на 6,8 %, затраты труда – на 29,0 %, энергии – на 19,4 %; на расстоянии 70 м – соответственно на 3,2 % (перерасход); 21,1; 10,5 %; на 10 м – на 1,0; 23,3; 13,4 %; на фоне с удобрением на расстоянии 130 м расход топлива на 1 т зерна сократился на 0,8 %, затраты труда – на 23,6 %, энергии – на 8,7 %; на расстоянии 70 м – соответственно на 3,8 % (перерасход); 20,8; 5,4 %; на 10 м – на 1,2; 24,0; 9,0 %. При возделывании озимой пшеницы коэффициент энергетической эффективности по ежегодному лемешному лущению имеет явное преимущество перед ежегодной глубокой вспашкой. Так, при применении лемешного лущения в севообороте на естественном по плодородию фоне при нахождении посевов от лесной полосы на расстоянии 130 м коэффициент энергетической эффективности составил 5,90; на расстоянии 70 м – 6,32; на расстоянии 10 м – 8,40, на фоне с внесением азотных удобрений соответственно расстояниям – 5,12; 5,58; 7,10; по глубокой вспашке без удобрений – 4,75; 5,66; 7,27, с удобрением – 4,66; 5,28; 6,46. Дискование и плоскорезная обработка уступали по коэффициенту энергетической эффективности контрольному варианту вспашке.
Таблица 2
Энергетическая эффективность возделывания озимой пшеницы по приемам обработки почвы на фоне удобрений и без фона и удалённости от лесной полосы
|
Обработка почвы |
Фон |
Удалённость делянок от лесополосы, м |
Урожайность, т/га |
Затраты труда на 1 т зерна, чел.-час |
Затраты топлива на 1 т зерна, кг |
Затраты энергии на 1 т зерна, МДж |
КЭЭ |
|
Вспашка, 27–30 см (контроль) |
Без удобрений |
130–1801) |
3,64 |
1,48 |
19,87 |
4067 |
4,75 |
|
70–120 |
4,34 |
1,24 |
16,66 |
3411 |
5,66 |
||
|
10–60 |
5,57 |
0,97 |
12,98 |
2658 |
7,27 |
||
|
С удобрением |
130–180 |
4,65 |
1,19 |
15,82 |
4132 |
4,66 |
|
|
70–120 |
5,25 |
1,05 |
14,01 |
3660 |
5,28 |
||
|
10–60 |
6,43 |
0,86 |
11,44 |
2988 |
6,46 |
||
|
Дискование, 8–10 см |
Без удобрений |
130–180 |
3,01 |
1,62 |
17,87 |
4241 |
4,55 |
|
70–120 |
3,17 |
1,54 |
16,97 |
4027 |
4,80 |
||
|
10–60 |
4,53 |
1,08 |
11,87 |
2818 |
6,86 |
||
|
С удобрением |
130–180 |
3,55 |
1,42 |
15,50 |
4838 |
3,99 |
|
|
70–120 |
4,14 |
1,22 |
13,29 |
4148 |
4,66 |
||
|
10–60 |
5,40 |
0,93 |
10,19 |
3180 |
6,07 |
||
|
Плоскорезная, 14–16 см |
Без удобрений |
130–180 |
3,10 |
1,62 |
18,28 |
4136 |
4,67 |
|
70–120 |
3,46 |
1,45 |
16,38 |
3706 |
5,21 |
||
|
10–60 |
4,69 |
1,07 |
12,08 |
2734 |
7,06 |
||
|
С удобрением |
130–180 |
3,92 |
1,32 |
14,77 |
4396 |
4,39 |
|
|
70–120 |
4,32 |
1,20 |
13,40 |
3989 |
4,84 |
||
|
10–60 |
5,56 |
0,93 |
10,42 |
3099 |
6,23 |
||
|
Лемешное лущение, 14–16 см |
Без удобрений |
130–180 |
3,56 |
1,38 |
14,11 |
3276 |
5,90 |
|
70–120 |
3,82 |
1,28 |
13,15 |
3053 |
6,32 |
||
|
10–60 |
5,07 |
0,96 |
9,90 |
2301 |
8,40 |
||
|
С удобрением |
130–180 |
4,26 |
1,18 |
12,08 |
3773 |
5,12 |
|
|
70–120 |
4,64 |
1,09 |
11,09 |
3464 |
5,58 |
||
|
10–60 |
5,91 |
0,85 |
8,70 |
2720 |
7,10 |
Выводы
В засушливой черноземной степи Поволжья при нахождении делянок от лесной полосы на расстоянии 10 м по всем вариантам обработки, как на естественном по плодородию фоне, так и на фоне с внесением азотных удобрений, урожайность озимой пшеницы превышала на существенную величину урожайность делянок, которые находились от лесной полосы на расстоянии 130 и 70 м. Удобрения по варианту с глубокой вспашкой независимо от расстояния нахождения делянок от лесной полосы повышали урожайность культуры на существенную величину. При нахождении делянок от лесной полосы на разном расстоянии 130 м, 70 и 10 м после лемешного лущения урожайность озимой пшеницы была такая же, что и после глубокой вспашки. По коэффициенту энергетической эффективности при возделывании озимой пшеницы ежегодная вспашка имеет явное преимущество перед ежегодным дискованием и ежегодной плоскорезной обработкой, но уступает ежегодному лемешному лущению.