Основные направления ведения сельскохозяйственного производства в рыночных условиях, которые сложились в настоящее время в России – конкурентоспособность продукции, её востребованность и эффективность. Одним из путей решения данных требований в растениеводстве является разработка ресурсосберегающих технологий [1]. При этом в современных условиях особенно перспективно внедрение технологий прямого посева и производственных систем No-till, адаптированных к почвенно-климатическим условиям региона [2–5].
В засушливых условиях Заволжья основным лимитирующим фактором получения растениеводческой продукции является влага. Во втором минимуме, на большинстве чернозёмов региона с большим количеством фосфатов и обменного калия, находится азотный режим почв [6].
Для устранения этих недостатков необходимы мероприятия, направленные на накопление и сохранение запасов продуктивной влаги в корнеобитаемом слое, улучшение азотного режима почв.
Многочисленными исследованиями установлено, что при применении технологий прямого посева, по сравнению с традиционной технологией, сокращается испарение влаги из почвы, происходит накопление и сохранение органического вещества в верхнем слое, увеличивается защита почв от водной и ветровой эрозии, снижается количественная засорённость малолетними сорняками [2, 3, 5–8]. Распространению технологий прямого посева способствуют имеющийся ассортимент комбинированных посевных машин отечественного и зарубежного производства, гербицидов общего и избирательного действия [6].
В настоящее время самой перспективной зерновой культурой в богарных условиях Заволжья является яровая твёрдая пшеница. Новые, соответствующие мировому уровню сорта местной селекции позволяют получать в регионе урожай культуры на уровне 2,5–3,0 т/га [4]. Однако при этом недостаточно изучено влияние технологии прямого посева яровой твёрдой пшеницы на водный и питательный режимы почвы.
Вследствие этого целью исследований являлось определение при прямом посеве водопотребления, питательного режима на чернозёме обыкновенном Среднего Заволжья и их влияния на продуктивность яровой твёрдой пшеницы.
Материалы и методы исследования
Исследования проводили в зернопаропропашном севообороте (чистый пар – озимая мягкая пшеница – соя – яровая твёрдая пшеница – ячмень – подсолнечник) отдела земледелия и новых технологий ФГБНУ «Самарский НИИСХ». С 2011 по 2017 гг. изучали пять агротехнологий возделывания яровой твёрдой пшеницы:
1. Традиционная с ежегодной вспашкой на 22–24 см + протравливание семян + гербициды по вегетации культуры – Секатор турбо (контроль).
2. Контроль + предпосевное внесение аммиачной селитры (N30) + инсектициды (Децис Профи – двукратно).
3. Ресурсосберегающая с прямым посевом культуры (АУП-18.05) + протравливание семян + гербициды по вегетации зерновых – Секатор турбо (Фон).
4. Фон + биопрепараты в кущение яровой пшеницы (Бионекс Кеми, Фитоспорин).
5. Фон + предпосевное внесение аммиачной селитры (N30) + инсектициды (Децис Профи – двукратно).
В опыте высевали сорт пшеницы Безенчукская Нива. Почва изучаемого участка – чернозем обыкновенный, малогумусный, среднемощный, среднесуглинистый.
Повторность опыта 3-кратная, размер делянок 1100 м2.
По данным Безенчукской АЭ, в районе исследований среднегодовая температура воздуха составляет 5,4 °С, сумма активных температур (выше 10 °С) – 2800–3000 °С. Среднегодовое количество осадков равно 454,1 мм, ГТК мая-августа – 0,71.
При проведении исследований в большинстве лет отмечены засушливые условия. В 2012, 2014 гг. установлена весенняя (ГТК за вегетацию пшеницы = 0,65–0,68), в 2015 и 2016 гг. весенне-летняя засухи (ГТК = 0,45–0,57). В 2011 и 2013 гг. выявлены хорошие условия для ростовых процессов культуры (ГТК = 0,70–0,74). В 2017 г. при ГТК = 0,94 получена максимальная урожайность яровой твёрдой пшеницы.
В опытах проводились следующие учёты и наблюдения: влажность почвы – термостатно-весовым методом [9]. Нитраты определяли согласно ГОСТ 26951-86 [10].
Результаты учётов и наблюдений обрабатывали методом дисперсионного анализа на ЭВМ (Программа AGROS ver. 2.09).
Результаты исследования и их обсуждение
Соя является хорошим предшественником яровой твёрдой пшеницы. После её уборки не выявлено существенных изменений запасов продуктивной влаги в осенний период в зависимости от изучаемых вариантов. При традиционной технологии их количество составило 120,3–126,6 мм, на вариантах без осенней обработки – 119,5–122,7 мм (табл. 1).
Применение мульчи из измельчённой соломы при прямом посеве способствовало получению одинаковых с традиционной технологией запасов продуктивной влаги в период всходов яровой пшеницы. При этом в период наблюдений показатель не зависел от применяемых средств интенсификации.
Возделывание яровой твёрдой пшеницы по технологии прямого посева с использованием мульчи из соломы предшествующих культур создало благоприятные условия для сохранения влаги, снижения температуры поверхности почвы, по сравнению с традиционной технологией. В период всходов культуры содержание нитратов на естественном фоне по плодородию (1, 3, 4 варианты) не зависело от изучаемых технологий и составило 28,2–30,2 мг/кг (табл. 2).
Таблица 1
Весенние запасы продуктивной влаги в метровом слое при разных технологиях, мм
|
Годы |
Технологии |
НСР0,05 |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
|
2011 |
123,2 |
112,4 |
121,5 |
124,7 |
139,1 |
20,9 |
|
2012 |
183,9 |
197,3 |
169,0 |
182,3 |
193,4 |
28,0 |
|
2013 |
141,5 |
157,7 |
169,8 |
168,6 |
172,1 |
27,7 |
|
2014 |
181,3 |
189,0 |
196,1 |
184,6 |
174,4 |
17,9 |
|
2015 |
176,5 |
156,5 |
161,4 |
161,3 |
167,7 |
37,1 |
|
2016 |
170,0 |
164,6 |
163,6 |
147,6 |
142,3 |
13,7 |
|
2017 |
174,6 |
153,5 |
161,4 |
170,0 |
185,7 |
15,8 |
|
среднее |
164,4 |
161,6 |
163,3 |
162,7 |
167,1 |
22,3 |
Таблица 2
Содержание NO3 под посевами яровой пшеницы в слое 0–40 см, мг/кг почвы (среднее за 2011–2017 гг.)
|
Период наблюдений |
Технологии |
НСР0,05 |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
|
Весна |
30,2 |
54,9 |
28,2 |
29,5 |
46,6 |
10,8 |
|
Осень |
23,9 |
31,3 |
18,8 |
18,0 |
25,0 |
6,7 |
При анализе зависимости содержания нитратов в весенний период от абиотических факторов, воднофизических и химических свойств почвы на технологиях с ежегодной вспашкой установлена средняя прямая связь элемента с температурой воздуха за апрель – май (r = 0,52), количеством осадков за вневегетационный период сентябрь – апрель (r = 0,58) и относительной влажностью воздуха мая (r = 0,77). На технологии с прямым посевом (3 вариант) накопление NO3 в наибольшей степени было сопряжено с количеством осадков апреля (r = 0,70).
Предпосевное внесение аммиачной селитры обеспечило увеличение содержания нитратов в период всходов культуры при традиционной технологии на 24,7 мг/кг (81,8 %), при прямом посеве на 17,1–18,4 мг/кг (58,0–65,2 %). Содержание нитратов на этих вариантах в наибольшей степени зависело от температуры воздуха за апрель-май (r = 0,65).
За вегетационный период происходило потребление основных питательных веществ растениями и, соответственно, снижение их количества. Лучший водный и азотный режимы почвы при прямом посеве с применением азотных удобрений обеспечили лучшие условия для роста и развития растений и, соответственно, большее потребление азота по сравнению с экстенсивными по минеральному питанию вариантами (1, 3, 4 варианты). Вследствие этого содержание NO3 после уборки сельскохозяйственных культур, в зависимости от изучаемых систем основной обработки и уровня питания изменялось несущественно и составило 18,0–31,3 мг/кг почвы, при значениях на контроле 23,9 мг/кг (табл. 2).
Содержание нитратов в послеуборочный период при традиционной технологии находилось в существенной зависимости от климатических условий вегетационного периода яровой пшеницы. Коэффициент корреляции между содержанием элемента и количеством осадков и ГТК июня составил –0,98** – –0,99** соответственно. На технологии прямого посева (3, 4 варианты) выявлена обратная связь с количеством осадков вневегетационного периода сентябрь – апрель (r = –0,90*– –0,96**). На всех изучаемых вариантах прямого посева установлена средняя прямая связь количества нитратов с запасами продуктивной влаги в весенний период в слое почвы 0–40 см (r = 0,45–0,64).
При несущественном различии расхода влаги на единицу площади в зависимости от изучаемых технологий – 2499–2568 м3/га (традиционная) – 2339–2541 м3/га (прямой посев) и улучшении азотного режима почвы на интенсивных фонах выявлен более рациональный расход влаги – 1243–1277 м3/т, что на 176–210 м3/т (13,8–16,9 %) меньше значений варианта с применением биопрепаратов в фазу кущения (4) (рисунок).
Коэффициент водопотребления и урожайность яровой твёрдой пшеницы при разных технологиях (2011–2017 гг.)
Применение интегрированной защиты растений и улучшение азотного режима почвы обеспечило наибольший урожай зерна пшеницы – 1,99–2,01 т/га, что достоверно (НСР05–0,17 т/га) выше остальных изучаемых вариантов на 0,35–0,55 т/га (21,3–37,7 %). При снижении урожайности на экстенсивных по минеральному питанию фонах (1, 3, 4 варианты) установлено увеличение коэффициента водопотребления до 1576–1713 м3/т.
При прямом посеве не установлено ухудшения водного режима почвы, по сравнению с традиционной технологией и в осенний период. Наибольшие запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы выявлены на вариантах с прямым посевом и традиционной технологией (интенсивный фон) – 44,3–51,4 мм, что на 4,1–11,2 мм (10,2–27,9 %) больше традиционной технологии (экстенсивный фон).
В проведённых исследованиях установлено влияние ГТК вегетационного периода на коэффициент водопотребления яровой пшеницы при изучаемых технологиях. В годы с ГТК меньше среднемноголетнего значения (0,45–0,57) более рациональный расход влаги установлен на технологии прямого посева – 1572–2497 м3/т, при значениях на традиционной – 2119–2611 м3/т.
При анализе влияния средств интенсификации на водный режим почвы наиболее экономное водопотребление установлено на интенсивном фоне. Здесь преимущество прямого посева, по сравнению с традиционной технологией, на единицу продукции, при максимальной урожайности из изучаемых вариантов 1,36 т/га составило 547 м3/т (34,8 %), при абсолютных значениях 1572–2611 м3/т. На экстенсивном фоне при урожайности 0,90–1,07 т/га, что на 0,01– 0,18 т/га (1,1–20,2) больше традиционной технологии, водопотребление снижалось на 114–601 м3/т (4,6–29,9 %) (табл. 3).
Таблица 3
Урожайность яровой твёрдой пшеницы в зависимости от ГТК вегетационного периода, т/га
|
Значения ГТК |
Технологии |
НСР0,05 |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
|
0,58 и менее |
0,89 |
1,05 |
0,90 |
1,07 |
1,36 |
0,16 |
|
0,65 и более |
1,97 |
2,40 |
1,69 |
1,82 |
2,25 |
0,18 |
Увеличение в годы проведения исследований ГТК более 0,65 обеспечило существенное возрастание урожайности, по сравнению с засушливыми годами до 1,69–2,40 т/га, которое обеспечило значительное снижение коэффициента водопотребления до 1086–1539 м3/т, при этом в эти годы также наиболее экономное расходование влаги было установлено на вариантах с применением удобрений и интегрированной защитой растений – 1086–1205 м3/т. При минимальной урожайности 1,69 т/га при прямом посеве без применения удобрений (3 вариант) выявлен наибольший коэффициент водопотребления – 1539 м3/т.
Рациональный расход влаги на варианте с прямым посевов (максимальный уровень интенсивности) обеспечил наибольший условный чистый доход и уровень рентабельности – 10561,0 руб/га и 135,1 % соответственно, что на 1534,3 руб/га и 34,3 % больше традиционной технологии (интенсивный фон) и на 3826,4 руб/га и 47,0 % традиционной технологии без применения удобрений и инсектицидов.
Выводы
Проведённые исследования в зернопаропропашном севообороте на чернозёме обыкновенном свидетельствуют о том, что современные технологии с прямым посевом яровой твёрдой пшеницы не ухудшают водный режим почвы, по сравнению с традиционной технологией. Предпосевное внесение аммиачной селитры способствует увеличению содержания нитратов в период всходов культуры при традиционной технологии на 24,7 мг/кг (81,8 %), при прямом посеве на 17,1–18,4 мг/кг (58,0–65,2 %), обеспечивая наибольшую урожайность – 1,99–2,01 т/га и более рациональный расход влаги на единицу продукции – на 176–436 м3/т (13,8–37,8 %) меньше значений на других вариантах. В острозасушливые годы более рациональный расход влаги установлен на технологии прямого посева (интенсивный фон) – 1572 м3/т. Увеличение ГТК до 0,65–0,94 обеспечило существенное возрастание урожайности, по сравнению с засушливыми годами до 1,69– 2,40 т/га, которое способствовало значительному снижение коэффициента водопотребления до 1086–1539 м3/т при наилучших показателях на вариантах с применением удобрений и интегрированной защитой растений 1086–1205 м3/т. На основании исследований предлагается прямой посев яровой твёрдой пшеницы протравленными семенами, предпосевным внесением аммиачной селитры (N30), с обработкой гербицидом по вегетации культуры – Секатор турбо, и двукратным применением контактных инсектицидов.