Агроэкологические и экономико-энергетические основы оптимизации полевых севооборотов в среднем Заволжье (стр. 2 )

Очень сильная весенне-летняя и сильные весенне-летняя и летняя засухи приводят к сбору зерна с 1 га яровой пшеницы от 6 до 8 ц.

Средние засухи разного типа менее опасны. Урожайность при них составляет 13-16 ц/га. В среднем за весь период наблюдений засухи разного типа в условиях Самарского НИИСХ снижали урожайность яровой мягкой пшеницы на 9 ц/га или 47 %.

Таким образом, прогрессирующий рост урожайности яровой пшеницы в условиях Среднего Заволжья связан с нарастанием количества осадков, понижением среднесуточной температуры воздуха и антропогенной деятельностью. На долю прироста количества выпадающих осадков и понижения температуры приходится 70 % прироста урожайности, а на долю антропогенной деятельности - 30 %.

Глава V. Агроэкологическая и экономико-энергетическая оценка

разных видов специализированных на производстве

зерна севооборотов

В пятой главе приведены результаты определения влияния разных видов севооборотов на засоренность посевов, водный и пищевой режимы почвы, баланс органического вещества, урожайность сельскохозяйственных культур, продуктивность севооборотов, устойчивость производства зерна и его качества, дана энергетическая и экономическая оценка севооборотов.

Результаты исследований по динамике засоренности посевов в разных видах севооборотов показали, что на уровень засоренности оказывают влияние наличие и удельный вес чистых и занятых паров, состав культур и предшественников в звеньях севооборотов, наличие повторных посевов одновидовых зерновых культур, удаленность полей севооборота от черного пара и погодные условия периода вегетации.

Наибольшую эффективность по снижению засоренности посевов обеспечивают зернопаровые звенья севооборотов: черный пар – озимые - яровые зерновые. В этих звеньях засоренность посевов поддерживается на низком уровне, позволяющем выращивать зерновые культуры без применения гербицидов. По среднемноголетним данным, этот уровень составляет 20-25 штук сорняков на 1 м2 посевов при незначительном количестве (1-2) наиболее вредоносных многолетних корнеотпрысковых сорных растений.

В четырехпольных зернопаровых звеньях севооборотов сороочищающее действие чистых паров распространяется до четвертой культуры после пара (табл. 3).

Таблица 3

Засоренность яровых зерновых культур в

севооборотах (средняя за гг.)

Культура	Звено севооборота с чистым паром	Звено севооборота с занятым паром
г/м2	%	г/м2	%
Яровая пшеница (3-я культура после пара)	59,4	100	117,0	100
Ячмень (4-я культура после пара)	58,6	99	141,2	121

В звеньях севооборотов с занятым паром засоренность посевов возрастает, в том числе по общей массе более чем в 2 раза. Особенно значительно увеличивается численность многолетних сорняков (в 5-7 и более раз).

Более высокой сороочищающей способностью обладают зернотравяные звенья. Здесь засоренность посевов яровой пшеницы после многолетних трав поддерживается на более низком уровне, чем в звеньях с занятым паром. При этом повторные посевы яровой пшеницы по обороту пласта увеличивают ее засоренность на 30%.

Наиболее слабоконкурентными по отношению к сорным растениям в изучаемых севооборотах оказались пропашные звенья. В посевах кукурузы накапливается до 40-50 и более ц/га зеленой массы сорняков, которые дают большую семенную продуктивность. В результате посевы последующей в севообороте яровой пшеницы оказываются сильно засоренными. Поэтому в большинстве лет при возделывании кукурузы появляется необходимость в использовании гербицидов.

В целом наиболее низкая засоренность полей и посевов поддерживается в зернопаропропашном севообороте с 22% чистого пара, где есть два зернопаровых звена. На втором месте по конкурентной способности к сорнякам стоит зернопаротравянопропашной севооборот с одним полем чистого пара и двумя полями многолетних трав. Несколько выше по уровню засоренности находится зернопаропропашной севооборот с 11% чистого пара и наиболее засорен зернопропашной севооборот, где нет паровых полей.

При формировании оптимальных схем севооборотов в засушливых степных районах важное внимание следует уделять максимальному накоплению и рациональному расходу почвенной влаги. Наибольший интерес представляет водный баланс чистых паров. Из 14 лет наблюдений отмечено только 3 года, когда увеличивались запасы влаги в метровом слое почвы за период парования. Это годы (1984, 1989, 1990) с низкими и средними запасами влаги весной и летними осадками выше нормы. Наибольшее количество общей влаги (32 мм или 12%) было накоплено в 1984 году при крайне низких весенних запасах влаги. В такие годы потери влаги компенсируются усвоением летних осадков и внутрипочвенным передвижением из глубинных слоев. В остальные годы, когда наблюдаются значительные весенние запасы, бывают большие потери влаги за период парования на испарение.

В тоже время данные исследований подтверждают, что в глубинных слоях почвы (100-150 см) в острозасушливые годы накапливаются резервы влаги, которые могут быть использованы озимыми культурами.

Основная гидрологическая роль черных паров состоит в создании достаточных запасов влаги для получения максимальных урожаев озимых культур. Особенно велика роль чистых паров в создании запасов влаги в период посева озимых культур. По среднемноголетним данным они составили в метровом слое по черному пару – 101,2 мм, а по занятому – 46,9 мм.

Особенно резко проявляется значение чистых паров в обеспечении влагой посевного слоя для получения полноценных всходов озимых. В большинстве лет исследований, из-за недостаточных осадков, запасы влаги в посевном слое в середине августа по занятому пару были на уровне или ниже критического значения для обеспечения всходов озимых (рис. 1).

В наших исследованиях подтвердилась высокая агрогидрологическая роль чистого пара в звене севооборота: пар-озимые. На посевах яровых культур в зернопаропропашном и зернопропашном севооборотах запасы доступной влаги весной не зависят от предшественника.

В среднем за годы исследований весенние запасы влаги в зависимости от предшественников существенно не различались. Так, в зернопаропашном севообороте они составляли 114,2-125,9 мм в метровом слое почвы, а в зернопропашном -120,2-125,3 мм. Перед посевом яровой пшеницы по озимым, размещенным по черным парам, накапливалось 122,5-123,9 мм; по кукурузе – 114,2-125,3 мм; по пласту многолетних трав – 116,1 мм и по обороту пласта – 124,2 мм.

Рис. 1. Запасы продуктивной влаги в слое почвы 0-30 см перед посевом озимых

Важное значение в водном балансе имеют расход влаги и использование ее на формирование урожая. В условиях степного Заволжья влага на черных парах используется озимыми культурами, особенно в засушливые годы, продуктивнее, чем на непаровых предшественниках. По нашим данным, расход воды на единицу урожая озимых культур за их вегетацию (с учетом запасов влаги в почве и осадков) был ниже на 9-9,5% при размещении их по чистому пару в сравнении с занятым паром (табл. 4).

Таблица 4

Водный баланс в звеньях севооборотов

(среднее за гг.)

Культуры	Запасы влаги в метровом слое почвы, мм	Осадки, мм	Расход влаги, мм	Расход воды на 1 т зерна, м3
начало парования, посев	конец парования, уборка
Зернопаровой
Пар чистый	128	99	117	146	-
Озимая рожь	109	40	447	516	1347

Зерновой
Горох	129	35	91	185	1504
Озимая рожь	47	36	447	458	1454

Из зерновых культур наименьший расход воды наблюдался у яровой пшеницы и ячменя, а наибольший – у озимых. Минимальное количество влаги у кормовых культур тратится на формирование урожая вико-овса на сено и кукурузы на зеленую массу и максимальное – у многолетних трав.

Правильно построенный севооборот, положительно влияющий на почвенные процессы и баланс питательных веществ, способен создавать условия для улучшения и стабилизации пищевого режима почвы. Установлено, что в период парования полей происходит значительное накопление нитратного азота. По черным парам к посеву озимых накапливается в среднем до 76-86 мг на 1 кг почвы, по занятым парам – 50-52 мг. В черных парах идет активная минерализация гумуса.

На озимых культурах после использования минерального азота растениями в период посева, осенней вегетации и весеннего возобновления, содержание нитратов в фазе трубкования-цветения по черному и занятому парам выравнивается.

Проведенные исследования показали, что способность к накоплению в почве нитратов увеличивается под посевами пропашных культур. Частая механическая обработка почвы способствует ускоренному разложению органического вещества и обогащению почвы легкодоступными элементами пищи для растений. Так, в июне под посевами кукурузы в севооборотах накапливалось в среднем до 75-86 мг NО3 на 1 кг почвы.

По нашим данным, накопление нитратного азота перед посевом яровой пшеницы по пласту и обороту пласта трав возрастает в 1,5-1,6 раза по сравнению с посевами ее в севооборотах без многолетних бобовых трав за счет фиксации атмосферного азота симбиотическими клубеньковыми бактериями.

Накопление нитратов в почве в посевах яровой пшеницы идет одинаково после кукурузы и озимой пшеницы, что связано с применением азотных удобрений, восполняющих расходную часть баланса азота в почве в зерновых звеньях севооборотов.

В условиях постоянного применения минеральных удобрений в севооборотах не отмечено существенных различий в накоплении подвижных форм фосфора и калия под разными культурами. Параметры содержания подвижного фосфора и обменного калия более стабильны и менее подвержены сезонным колебаниям.

Установлено, что длительное систематическое применение органических и минеральных удобрений в севооборотах вызывает накопление подвижных фосфатов (регрессионное уравнение тренда У = 16,2 + 0,323х) и обменного калия (регрессионное уравнение тренда У = 18,8 + 0,208х) в пахотном слое при возможных колебаниях их уровня в зависимости от метеорологических и агробиологических условий. Содержание подвижного фосфора в севооборотах возрастает за ротацию в среднем на 20-21 %, обменного калия - на 10 %.

Таким образом, баланс азота в севооборотах с чистыми парами необходимо регулируется с помощью включения в них многолетних бобовых трав и использования органических и минеральных удобрений, а баланс фосфора и калия - с помощью систем органических и минеральных удобрений.

Поддержание баланса органического вещества в севооборотах способствует реализации максимальных возможностей интенсивных специализированных севооборотов. Наш мониторинг с момента закладки длительного стационара в течение 30 лет в разных видах изучаемых севооборотах свидетельствует, что ежегодные потери гумуса при интенсивном использовании пашни и применении минеральных удобрений не покрываются гумуфикацией пожнивно-корневых остатков. Наибольшие потери гумуса (0,831 т/га ежегодно) наблюдались в зернопаропропашном севообороте с двумя полями чистого пара, а наименьшие - в севообороте с травопольными звеньями.

Ежегодное восстановление гумуса в севооборотах составило 0,619-0,643 т/га. При этом более высокий уровень процессов гумификации наблюдался в беспаровом и зернопаротравянопропашном севообороте за счет большего накопления пожнивно-корневых остатков.

Наибольшие некомпенсированные потери органического вещества (57 %) наблюдаются в зернопаропропашном севообороте с двумя полями чистого пара, 43 % потерь здесь компенсируется пожнивно-корневыми остатками, навозом и соломой. Наименьшие потери гумуса отмечены в зернопаротравянопропашном севообороте за счет большего накопления растительных и корневых остатков

Как показали результаты исследований и расчеты, компенсируются потери гумуса в условиях района исследований за счет пожнивно-корневых остатков, соломы озимых и сидератов на 50-70 %. Складывающийся ежегодный дефицит гумуса покрывается за счет внесения навоза в дозах от 3,0 до 7,2 т/га ежегодно. Особенно большие объемы навоза требуются для севооборотов с высоким удельным весом чистых паров.

По нашим данным, наибольшее количество гуминовых кислот, оказывающих положительное влияние на структуру образования гумуса и улучшение физико-химических свойств почвы, наблюдалось в зернопропашном севообороте с большим количеством органики, поступившей с пожнивно-корневыми остатками.

Наибольшее накопление фульвокислот в пахотном слое отмечено в зернопаропропашном севообороте с 22 % чистого пара. Причем это происходило в основном за счет наиболее подвижных фракций. Поступление органических веществ в почву с навозом увеличивало образование мобильных соединений и повышало их подвижность.

Таким образом, для увеличения содержания наиболее подвижных фракций гуминовых и фульвокислот, способствующих "омолаживанию" гумуса, необходимо внесение больших доз органических удобрений.

Наибольшее влияние в севооборотах на урожай оказывает наличие и удельный вес чистых и занятых паров. В севооборотах с чистыми парами (11 и 22 %) урожайность зерновых культур и кукурузы в среднем за годы исследований была выше, чем в зернопропашном севообороте.

Наиболее продуктивны в севооборотах озимые культуры. В среднем за годы исследований урожай зерна озимых культур (рожь, пшеница) по чистому пару в экспериментальных севооборотах составил 35,7 ц/га, а по занятому пару – 29,7 ц/га, что на 6 ц/га ниже (табл. 5).

Таблица 5

Урожайность зерновых культур в разных видах полевых

севооборотов в ц/га (в среднем за гг.)

Вид севооборота	Зерновые в среднем	В том числе
озимые	яровая пшеница	ячмень
Зернопаропропашной с 22% чистого пара	27,0	35,7	21,0	27,7
Зернопаропропашной с 11% чистого пара	25,5	32,7	20,4	26,6
Зернопропашной	24,1	29,7	19,8	25,8
Зернопаротравянопропашной	25,1	35,6	20,2	29,3

Наибольшие прибавки урожая зерна озимых культур по чистым парам наблюдаются в годы с острой весенней и раннелетней засухой. В такие годы урожай озимых по чистым парам увеличивается на 37,1 % по сравнению с размещением их по занятым парам за счёт накопления резервов почвенной влаги и потреблении ее растениями из глубинных слоев почвы.

Максимальный средний урожай зерновых культур (27 ц/га) получен в зернопаропропашном севообороте с двумя полями чистого пара. Здесь наблюдались наибольшие урожаи яровой пшеницы.

Влияние черного пара по снижению засорённости полей севооборотов распространялось до третьей и четвертой культуры. На яровых зерновых культурах были получены прибавки 1,2 - 1,5 ц/га в последействии по сравнению со звеньями севооборотов с занятыми парами.

По итогам многолетних исследований в севооборотах выявлено влияние разных предшественников на урожай яровой пшеницы. Наилучшим предшественником признаны озимые по черным парам, хорошими - озимые по гороху, кукуруза и пласт многолетних трав, а удовлетворительными - озимые по вико-овсу и обороту пласта многолетних трав. Основным значимым фактором, влияющим на урожай яровой пшеницы в изучаемых севооборотах, является засоренность посевов.

В среднем за годы исследований внесение навоза способствовало повышению общего сбора зерна в звеньях севооборотов с чистым паром, в тоже время сидерация не повышала урожай озимых по сравнению с занятым паром. Эффект от сидерации возможен только в длительном последействии.

Наибольший выход зерна отмечался в зернопаропропашном севообороте с 22% чистого пара (1800 ц со 100 га пашни), а наименьший - в зернопаротравянопропашном севообороте (1393 ц), где удельный вес зерновых составлял 55% (табл.6).

Таблица 6

Продуктивность опытных девятипольных севооборотов

(средняя за 1гг.)

Виды севооборотов	Выход продукции на 100 га пашни, ц
зерна, всего	в т. ч. продовольственного	кормовых единиц
Зернопаропропашной с 22 % чистого пара	1800	1492	2796
Зернопаропропашной с 11 % чистого пара	1701	1406	2939
Зернопропашной	1680	1319	3119
Зернопаротравяно-пропашной	1398	1068	2766

По кормовой продукции максимальную продуктивность показал зернопропашной севооборот с тремя полями кормовых культур.