Оптимизация севооборотов и основной обработки почвы в ресурсосберегающем земледелии на юге Западной Сибири (стр. 2 )

В севообороте с применением минеральных удобрений во все годы определения отмечаются самые высокие запасы нитратов. В среднем за три года на парах без применения удобрений несколько больше нитратов накапливалось в семипольных севооборотах (19,2 и 19,5 мг/100 г) по сравнению с зернопаровыми с короткой ротацией (18,8 и 14,7 мг/100 г).

Коэффициент варьирования (V) по запасам нитратов в слое почвы 0-40см в условиях 1977 года составил 17,9%, в 1978 году – 28,1, и в 1979 году – 37,6%.

Аналогичная закономерность в содержании нитратного азота по изучаемым вариантам опыта, но с некоторым уменьшением абсолютных величин, установлена и во время посева яровой пшеницы по парам (табл. 3).

Таблица 3 - Содержание нитратного азота перед посевом пшеницы по парам в различных севооборотах, мг на 1кг почвы

Севооборот	Слой, см	1977г.	1978г.	1979г.	Среднее за 3 года
7-польный зернопаротравяной	0-20 20-40 0-40	12,4 10,4 11,4	16,1 21,0 18,6	15,2 15,6 15,4	14,6 15,7 15,2
7-польный зернопаропропашной	0-20 20-40 0-40	10,2 11,8 11,0	17,5 21,5 19,0	19,4 17,0 18,2	15,7 16,8 16,3
То же на фоне удобрений	0-20 20-40 0-40	17,0 11,4 14,2	23,8 25,3 24,6	30,2 28,0 29,1	23,7 21,6 22,7
3-польный с занятым паром	0-20 20-40 0-40	12,2 10,8 11,5	10,1 10,9 10,5	16,0 12,0 14,0	12,8 11,2 12,0
3-польный зернопаровой	0-20 20-40 0-40	9,8 11,2 10,5	9,0 16,4 12,7	16,0 22,2 19,1	11,6 16,6 14,1
2-польный зернопаровой	0-20 20-40 0-40	7,4 6,0 6,7	10,8 13,5 12,2	11,4 14,4 12,9	9,9 11,3 10,6
V, %	0-40	22,0	33,7	13,4

Следовательно, чередование культур оказывает заметное влияние на содержание нитратного азота в паровых полях различных видов севооборотов. Больше нитратов накапливается в севооборотах с меньшим удельным весом чистого пара и применением минеральных удобрений. Снижение нитратов к весне, по-видимому, связано с перераспределением их по горизонтам почвогрунта при инфильтрации талой водой. По этой причине содержание нитратов в слое 20-40 см более высокое, чем в верхнем.

Более стабильным содержанием в почве характеризуется доступный растениям фосфор. Результаты исследований показывают на незначительное варьирование показателей в изучаемых вариантах перед посевом пшеницы по парам (8,8-13,9%). Более стабильное содержание по годам отмечается по чистым неудобренным парам (2,9-8,7%), внесение минеральных удобрений увеличило коэффициент варьирования до 29,6%, а по занятому пару он составил 17,5%.

3.3. Структура почвы

Рост и развитие растений обуславливается как химическими, так и физическими свойствами почвы, последние оказывают столько же сильное влияние на растение, как и первые (Костычев, 1940). В целом за три года в слое почвы 0-30 см отмечается тенденция к увеличению глыбистой фракции и уменьшению коэффициента структурности в севооборотах с короткой ротацией (рис. 2).

Рис. 2 - Структурное состояние почвы в слое 0-30 см в зависимости от севооборота

( гг.)

1 – 7-польный зернопаротравяной; 2 - 7-польный зернопаропропашной;

3 – то же на фоне удобрений; 4 – 3-польный с занятым паром;

5 – 3-польный зернопаровой; 6 – 2-польный зернопаровой

При содержании глыбистых агрегатов 19,3-20,0% в семипольных неудобренных севооборотах коэффициент структурности был равен 3,09-3,20, а в трех - и двухпольных с чистым паром при 24,5-23,8% агрегатов крупнее 10 мм в диаметре коэффициент структурности составил 2,68-2,64. В севообороте с занятым паром коэффициент равнялся 2,83, севообороте многолетними травами - 3,09 и с кукурузой – 3,20.

В процессе парования почвы происходит увеличение содержания глыбистых комков и снижение водопрочности агрегатов. Более высокими показателями по содержанию структурных отдельностей размером от 7 до 1 мм в диаметре и водопрочности агрегатов характеризуются семипольные севообороты Наилучшими показателями структурного состояния почвы обладают севообороты с занятым паром.

Водопрочность почвенных агрегатов к посеву яровой пшеницы по паровому предшественнику заметно снижается по сравнению с водопрочностью перед уходом полей под пар. В целом почвы опытного участка характеризуются невысокой водопрочностью агрегатов. Содержание водопрочных агрегатов размером крупнее 0,25 мм в слое 0-30 см во всех изучаемых севооборотах отмечалось в пределах 27,10-33,71%.

3.4. Динамика запасов влаги в паровых звеньях полевых севооборотов

Водные свойства почвы являются одним из основных показателей определяющих ее плодородие. По мнению Э. Рассела (1955) недостаток воды ограничивает общее производство пищи в мире больше, чем какая-либо другая причина.

Анализ запасов доступной влаги в метровом слое почвы показывает, что в конце ротации севооборотов после уборки замыкающей их яровой пшеницы остается неодинаковое количество влаги. Оно определяется не только погодными условиями во время вегетации растений, но и величиной урожая пшеницы.

Наиболее полное представление о влиянии урожайности культур на запасы влаги в почве после уборки дает коэффициент парной корреляции, который в среднем за годы в слое почвы 0-100 см был равен 0,823 ± 0,161.

Определение водопроницаемости почвы осенью 1977 и 1978 гг. в полях, уходящих под пар в различных севооборотах, показало, что она в значительной мере зависит от уже имеющихся запасов влаги. Чем выше запас в почве, тем меньше влаги поступает в нее (рис. 3).

Наибольшая интенсивность впитывания и фильтрации отмечается осенью на полях, уходящих под пар в удобренном зернопаропропашном севообороте и в севообороте с занятым паром (360,4 и 476,0 мм за 6 часов наблюдений). Самая низкая водопроницаемость наблюдается в зернопаровых севооборотах с чистым паром и короткой ротацией, которая ниже в 1,3-1,9 раза по сравнению с семипольными неудобренными севооборотами.

Определение водопроницаемости через год на этих делянках в конце парования показывает на снижение водопроницаемости в 2-3 раза вследствие влагонакопления в процессе парования и, видимо, распыленности почвы в процессе обработок по уходу за паровыми полями. Среди изучаемых севооборотов с чистыми парами наименьшие показатели водопроницаемости отмечаются в севооборотах с короткой ротацией, т. е. в двух и трехпольных.

В удобренном севообороте водопроницаемость в 1,5 раза выше, чем в аналогичном без применения удобрений. В данном случае это можно объяснить за счет более высокого содержания органических остатков на разной стадии разложения, которые формировались в течение ротации севооборота и иссушенностью почвы.

Рис. 3 - Водопроницаемость почвы в зависимости от севооборота, мм за 6 часов

За летний период паровые поля довольно интенсивно теряют влагу. Там, где выше запасы влаги весной, происходит более интенсивное их снижение за летний период (рис.4). При этом величина потерь в метровом слое чаще всего определяется потерями из верхнего полуметрового слоя. В среднем за 5 лет исследований в чистых парах накоплено 130,1-136,8 мм доступной влаги (58,7-61,5% от НВ), в занятом горохо-овсяной смесью на сено – 106,1 мм (47,7% от НВ).

Чистые пары в различных видах полевых севооборотов в среднем за годы по запасам доступной влаги в метровом слое почвы ко времени посева яровой пшеницы располагаются в следующей последовательности: 7-польный зернопаротравяной – 130,7 мм (58,7% от НВ), 7-польный зернопаропропашной без удобрений и на фоне полного минерального удобрения – 133,2мм (59,8% от НВ), 3-польный зернопаровой – 134,2мм (60,3% от НВ) и 2-польный зернопаровой – 136,8 мм (61,5% от НВ).

Зернопаротравяной севооборот уступает заметно по запасам доступной влаги перед посевом пшеницы по чистому пару другими севооборотами в те годы, когда за второй осенне-весенний период парования выпадает осадков менее 140 мм (с октября 1975 по апрель 1976 гг. – 117 мм, гг. – 136 мм). Количество влаги находится на уровне других севооборотов или несколько выше в годы с осадками более 180 мм ( гг. – 181 мм, – 188 мм, – 184 мм). В двухпольном севообороте, наоборот, чаще наблюдается преимущество перед другими севооборотами в более засушливые годы (1976 и 1980 гг.).

Рис. 4 - Динамика запасов доступной влаги в метровом слое почвы в зависимости от севооборота

От посева яровой пшеницы до фазы кущения содержание влаги в почве интенсивно снижается на транспирацию и физическое испарение с поверхности почвы. В среднем за 5 лет запасы доступной влаги в метровом слое почвы снизились в 1,5-1,8 раза. В фазу кущения яровой пшеницы больше влаги содержалось при посеве по чистому пару в двухпольном севообороте – 90,2 мм. В других севооборотах в это время по чистым парам было от 70,8 в зернопаротравяном до 77,1 мм в трехпольном зернопаровом. На удобренном фоне в зернопаропропашном севообороте содержалось 78,3 мм доступной влаги. Наибольший дефицит влаги отмечен в 1976, 1977 и 1980 годах.

Ко времени уборки яровой пшеницы происходит снижение запасов доступной влаги в слое 0-100 см в среднем за годы исследований до 67,6 мм в двухпольном зернопаровом и до 40,8 мм в удобренном зернопаропропашном севообороте.

Вместе с тем, развивая более мощную корневую систему, яровая пшеница при посеве по чистым парам сильнее иссушает почву, чем посевы по непаровым предшественникам. К уборке первой культуры после чистого пара запасы влаги в почве часто уступают другим полям севооборотов.

Учитывая количество и распределение осадков в течение года, характер поступления их в почву и расходование под культурами в зависимости от места в севообороте, значительный интерес представляет эффективность их использования как на создание единицы произведенной продукции, так и энергетическая оценка продуктивности этого фактора жизни растений. Эту оценку можно дать по отдельным культурам при посеве по разным предшественникам, по звеньям и по севооборотам в целом.

Период времени от уборки предшествующей чистому пару культуры до посева яровой пшеницы после него составляет около 20 месяцев, до посева по многолетним травам почти 10 месяцев, по занятому пару – 9 месяцев и по другим непаровым предшественникам – не более 8 месяцев. За период от уборки непаровых предшественников до посева яровых культур в Приобской зоне Алтая (октябрь-середина мая) выпадает в среднем 260 мм осадков, а за время от уборки предшествующей парованию культуры до посева яровых по чистому пару – 739 мм.

С учетом выпадающих осадков за период вегетации яровой пшеницы (202 мм) можно рассчитать эффективность их использования на создание единицы урожая, так как коэффициент водопотребления, обычно используемый в земледелии, не полностью учитывает характер поступления и расхода влаги из почвы за период от уборки предшествующей культуры до посева (Дробышев, 2010).

Предлагаемая методика расчетов показывает, что в среднем за период с 1971 по 1985 гг. на формирование одной тонны зерна яровой пшеницы по чистому пару, в том числе на испарение при паровании, расходуется 521 мм осадков, по занятому пару и непаровым предшественникам от 357 до 386 мм (табл. 4).

Таблица 4 - Продуктивность атмосферных осадков в зависимости от размещения яровой пшеницы по разным предшественникам

Предшест-венник	Урожайность пшеницы, т/га	Сумма накопленной энергии, МДж/га	Сумма осадков за период, мм*	Расход влаги осадков на 1 т зерна, мм	Эффективность осадков, МДж/мм
Без основного удобрения
Пар чистый Пар занятый Кукуруза Многолетние травы Пшеница	1,84 1,55 1,37 1,57 1,24	30351 25568 22103 25897 20454	958 562 479 594 479	521 362 350 378 386	32 41 46 44 43
На фоне N50P50K50
Пар чистый Кукуруза Пшеница	2,12 1,89 1,70	34970 31176 28042	958 479 479	452 253 282	36 65 58

* - сумма осадков за период от уборки предшествующей культуры до уборки пшеницы.

Дополнительное внесение N50P50K50 в почву перед посевом яровой пшеницы уменьшило расход влаги осадков на 69 мм по чистому пару и на 104 мм на каждую тонну зерна по непаровым предшественникам.

Эффективность использования атмосферных осадков можно оценить и через энергетическую оценку, если учесть количество накопленной энергии урожаем культур, звена или севооборота в целом и суммой выпавших осадков за соответствующий период. Такие расчеты показали, что 1 мм осадков при посеве горохо-овсяной смеси обеспечивает накопление энергии в урожае в количестве 56 МДж, кукурузы на силос – 160, а кукурузы на фоне удобрений – 212 МДж. Эффективность осадков в посевах яровой пшеницы первой культурой по чистому пару составляет 32, по кукурузе – 46, по остальным предшественникам 43-45 МДж на 1 мм осадков. Применение удобрений увеличивает выход энергии по чистому пару на 4, по непаровым предшественникам – на 12-13 МДж на 1 мм осадков.

Чистые пары не являются, как это обычно представляется, средством рационального использования атмосферных осадков, а освоение плодосменных севооборотов в ресурсосберегающем земледелии может обеспечить более эффективное их расходование на создание урожая сельскохозяйственных культур в зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения. Интенсификация земледелия существенно улучшает не только продукционный процесс культур, но и рачительное отношение к основному ограничивающему фактору жизни растений – влаги, главным источником которой служат атмосферные осадки (табл.5).

Таблица 5 - Продуктивность атмосферных осадков в полевых севооборотах

Севооборот	% зерновых	Получено продукции в к. ед., т/га	Сумма накопленной энергии, МДж/га	Коэффициент энергетической эффективности	Расход осадков на 1 т к. ед., мм	Энергетическая продуктивность осадков, МДж/мм
1. Зернопаротравяной 2. Зернопаротравяной 3. Зернопаропропашной 4. Зернопаропропашной 5. Зернопаропропашной на фоне NPK 6. Зернопаропропашной на фоне NPK 7. Зернотравянопропашной 8. Зернотравянопропашной 9. Зернопаровой с занятым паром 10. Зернопаровой с занятым паром 11. Зернопаровой 12. Зернопаровой 13. Пшеница бессменно 14. Пшеница бессменно на фоне NPK	57,1 50,0 71,4 60,0 71,4 60,0 57,1 40,0 66,7 50,0 66,7 50,0 100,0 100,0	1,43 1,48 1,65 1,83 2,14 2,29 1,69 1,79 1,65 1,75 1,40 1,24 1,25 1,68	23375 23669 27670 30424 35045 37880 32733 36721 28046 30964 18186 15917 17980 22763	3,24 3,65 2,86 3,49 3,02 3,62 4,10 5,71 2,78 3,55 2,16 2,54 1,53 1,64	335 324 290 262 224 209 283 268 290 274 342 386 383 285	48,8 49,4 57,8 63,5 73,2 79,1 68,3 76,7 58,6 64,6 38,0 33,2 37,5 47,5

Во всех вариантах севооборотов при увеличении нагрузки на основные предшественники яровой пшеницы с повторными её посевами возрастает расход влаги из осадков на формирование продукции в кормовых единицах, снижается коэффициент энергетической эффективности производства культур и энергетическая продуктивность атмосферных осадков в целом по севообороту.

Приемы интенсификации (в данном случае – удобрения) обеспечивают наиболее существенные прибавки по выходу продукции в энергетическом эквиваленте и способствуют эффективному использованию одного из главных природных ресурсов – атмосферных осадков, являющихся ограничивающим фактором урожайности сельскохозяйственных культур в условиях Приобской зоны Алтайского края. На фоне удобрений значительно снижается расход осадков на 1 тонну кормовых единиц: в севооборотах – на 53-66 мм и при бессменном посеве – на 98 мм.

Включение в севообороты чистых паров приводит к существенному снижению этих показателей до уровня бессменных посевов яровой пшеницы. Замена чистого пара на занятый значительно повышает как продуктивность пашни, так и эффективность выпавших осадков за период от уборки предшествующей культуры до уборки высеваемой после нее культуры. Энергетическая продуктивность осадков, как отношение энергии в полученной продукции к сумме осадков за всю ротацию севооборотов, в севооборотах в 1,3-1,8 раза выше по сравнению с бессменными посевами. Расход осадков на 1 тонну кормовых единиц особенно заметно снижается (на 48-121 мм) в севооборотах без повторных посевов пшеницы по непаровым предшественникам.

Таким образом, эффективность использования атмосферных осадков в значительной мере зависит от структуры посевных площадей севооборота и применения удобрения. Замена чистого пара на занятый, исключение повторных посевов яровой пшеницы, применение средств интенсификации, оптимизация других звеньев систем земледелия в условиях колочной степи Приобья Алтая обеспечивает не только повышение продуктивности пашни, но и энергетическую эффективность использования атмосферных осадков.

3.5. Агроэкономическая оценка продуктивности севооборотов

Самый высокий выход зерна с 1 га пашни за вычетом высеянных семян получен в трех - и четырехпольных зернопаровых севооборотах – 0,97 т/га. Минеральные удобрения увеличили выход зерна в севообороте и при бессменном посеве пшеницы на 0,29 т/га.

Наивысший выход кормовых единиц с 1 га пашни получен в севооборотах с кукурузой на силос и горохоовсяной смесью на сено. В трехпольном зернопропашном севообороте, где 33,3% пашни занято кукурузой, он был равен 1,93 т/га., в семипольном зернопаропропашном и зернотравянопропашном при 14,3% пашни под кукурузой – соответственно 1,65 и 1,69 т/га, в трехпольном с занятым паром – 1,65 т/га (табл. 6).

Более высокий выход перевариваемого протеина отмечается в севообороте с занятым паром (0,176 т/га) и в зернотравянопропашном севообороте (0,163 т/га).

Минеральные удобрения увеличили выход кормовых единиц в зернопропашном севообороте на 0,49 и в бессменных посевах пшеницы на 0,42 т/га, а перевариваемого протеина соответственно на 0,042 и 0,037 т/га.

Включение в севообороты кормовых культур увеличивает и выход сухого вещества с единицы площади пашни. В трехпольном зернопропашном севообороте его получено 2,49, в зернотравянопропашном – 2,28 и в севообороте с занятым паром – 2,20 т/га.

Применение минеральных удобрений позволило повысить выход сухого вещества на 0,60 т/га в зернопаропропашном севообороте и 0,50 т/га в бессменных посевах пшеницы.

Таким образом, узкой специализацией, ориентированной на производство только одного зерна, в условиях Западной Сибири объясняется широкое распространение зернопаровых севооборотов с короткой ротацией.

Таблица 6 - Продуктивность различных видов полевых севооборотов, т/га ( гг.)

Севооборот	Процент зерновых	Урожай-ность пшеницы	Выход с 1 га пашни
зерна	к. ед.	протеина	сухого вещества
7-польный зернопаротравяной	57,1	1,55	0,78	1,43	0,146	1,92
7-польный зернопаропропашной	71,4	1,42	0,88	1,65	0,139	2,11
То же на фоне удобрений	71,4	1,84	1,17	2,14	0,181	2,71
7-п. зернотравянопропашной	57,1	1,47	0,73	1,69	0,163	2,28
4-польный зернопаровой	75,0	1,50	0,97	1,41	0,125	1,80
4-польный зернотравяной	50,0	1,43	0,61	1,41	0,124	1,99
3-польный зернопропашной	66,7	1,30	0,74	1,93	0,121	2,49
3-польный с занятым паром	66,7	1,44	0,83	1,65	0,176	2,20
3-польный зернопаровой	66,7	1,65	0,97	1,40	0,124	1,78
2-польный зернопаровой	50,0	1,92	0,86	1,24	0,110	1,56
Пшеница бессменно	100,0	1,09	0,89	1,30	0,115	1,70
То же на фоне удобрений	100,0	1,38	1,18	1,72	0,152	2,20

Самые высокие затраты и выход продукции были в трехпольном зернопропашном севообороте (соответственно 7483,23 и 13021,45 руб./га). При включении в севообороты многолетних трав и чистого пара снижаются затраты на единицу севооборотной площади. Сравнительно высокий выход продукции в стоимостном выражении получен в семипольных зернотравянопропашном и зернопаропропашном севооборотах (соответственно 11457,62 и 11128,03 руб./га) с затратами 5480,97 и 5429,50 руб./га. В севообороте с занятым паром показатели выхода продукции занимали промежуточное положение (11160,86 руб./га), но при меньших затратах - 5031,15 руб./га. Вследствие низких затрат в семипольном зернопаротравяном севообороте (3927,48 руб./га) при сравнительно невысоком выходе продукции в стоимостном выражении (9773,29 руб./га) отмечен сравнительно высокий чистый доход – 5845,81 руб./га, уступающий только севооборотам с занятым паром и 7-польному зернотравянопропашному. В четырехпольном зернотравяном севообороте величина чистого дохода составила 5817,26 руб./га.