Агроэкологические и экономико-энергетические основы оптимизации полевых севооборотов в среднем Заволжье (стр. 3 )

Анализ устойчивости, учитывающий спады, подъемы и экстремальные колебания урожайности, показал, что наиболее устойчивой из изучаемых культур оказалась озимая рожь по черному пару и яровая пшеница по озимым. Яровая пшеница по кукурузе также приближается к устойчивым стандартам, остальные культуры имеют неустойчивые показатели (коэффициент < 0,75).

В целом, наиболее устойчивыми по выходу зерна являются севообороты с чистыми парами и с удельным весом зерновых культур не ниже 66 %. В таких севооборотах есть набор зерновых культур с хорошими предшественниками, позволяющими сохранять устойчивость и стабильность урожаев. Со снижением выхода зерна в севооборотах, в которых уменьшается удельный вес чистых паров и хороших предшественников для озимой и яровой пшеницы, понижаются и показатели устойчивости (рис. 2).

Рис. 2 Зависимость коэффициента устойчивости производства зерна от

видов севооборотов

Анализы линий трендов показали, что обозначилась тенденция стабилизации и даже некоторого спада урожаев озимых культур, которые в меньшей степени зависят от метеорологических условий (уравнение регрессии У = 37,9 - 0,128 х). Проявляется тенденция исчерпывания потенциала технологий и сортов озимых культур. Урожайность яровых зерновых культур имеет тенденцию к росту, связанную с освоением севооборотов, совершенствованием технологий возделывания и улучшением агрометеорологических условий (уравнение регрессии У =18,8+ 0,170 х).

По мере освоения экспериментальных севооборотов (от 1-й ко 2-й ротации) отмечался значительный рост урожаев сельскохозяйственных культур, затем (от 2-й к 3-й ротации) произошла их стабилизация. Эффективное плодородие не падает даже в севооборотах с высоким удельным весом чистых паров, что свидетельствует о больших резервах потенциального плодородия черноземных почв.

Наиболее высокие показатели качества зерна яровой пшеницы по содержанию белка и сырой клейковины отмечены при размещении ее по пласту люцерны. В тоже время качественные технологические показатели не опускаются ниже оптимальных и при выращивании её по озимым и кукурузе, что позволяет получать качественное продовольственное зерно в севооборотах с высоким удельным весом чистых паров и пропашных культур.

Таким образом, наиболее эффективными севооборотами в условиях Среднего Заволжья с набором оптимальных предшественников для выращивания качественного продовольственного зерна, являются зернопаропропашные севообороты с чистыми парами.

Энергетическая оценка эффективности показала, что наибольшее количество энергии в основной продукции накапливается в севооборотах с большим удельным весом высокоэнергетических кормовых культур. В тоже время энергия побочной продукции выше в зернопаропропашных севооборотах с чистыми парами за счет увеличения выхода энергетически ценной соломы зерновых культур.

Комплексная энергетическая оценка севооборотов показала, что наивысшая производительность агроэкосистемы на единицу совокупного энергетического ресурса была в зернопропашном севообороте - 0,101 мДж-день/гДж (табл. 7). Этот показатель уменьшался практически вдвое при насыщении севооборотов чистыми парами до 22 %, прежде всего вследствие увеличения расхода энергии гумуса на производство продукции и снижения энергопотенциала почвы.

Наименьшие энергозатраты на производство основной продукции наблюдались в зернопаротравянопропашном севообороте, а общей продукции - в зернопаропропашном севообороте с 22 % чистого пара.

Эффективность соотношения биологической энергии продукции и антропогенной энергии была близкой по всем севооборотам.

Наилучшим соотношением накопленной биологической энергии к энергии ФАР и гумуса отличался зернопропашной севооборот.

Коэффициент, показывающий отношение всей накопленной энергии к затратам антропогенной энергии, снижался при увеличении удельного веса чистых паров, из-за уменьшения прихода почвенной энергии.

Таким образом, для повышения энергетической производительности севооборотов с высоким удельным весом чистых паров, необходимо добиваться уменьшения расхода энергии гумуса за счет увеличения внесения органического энергетического материала. В тоже время повышение выхода основной (зерно) и побочной (солома) продукции в таких севооборотах и уменьшение затрат на технологии способствует оптимизации соотношения биологической энергии продукции и антропогенной энергии.

Экономико-энергетическая оценка показала, что наибольшая энергетическая производительность агроэкосистемы на единицу денежных затрат отмечалась в севооборотах с наличием чистых паров. Она составляла от 0,32 мДж-день/руб. в зернопаротравянопропашном севообороте до 0,27-0,28 МДж-день/руб. в зернопаропропашных севооборотах. В зернопропашном севообороте экономико-энергетические показатели снижались на 17-39 % из-за увеличения денежных затрат на выращивание, уборку и транспортировку кормовых культур.

Наилучшую экономическую эффективность показал зернопаропропашной севооборот с 22% чистого пара. Здесь наибольшая стоимость продукции за счет значительного повышения сборов наиболее дорогостоящего зерна товарной пшеницы при оптимизации затрат на ее производство. В результате условно-чистый доход - максимальный из изучаемых севооборотов – 3,3 тыс. руб. на 1 га площади.

Таблица 7

Экономико-энергетическая оценка севооборотов

Показатели	Ед. измерения	Севообороты
зернопаро-пропашной с 22% чистого пара	зернопаро- пропашной с 11% чистого пара	зернопропашной	зернопаро- травяно- пропашной
К - производительность агроэкосистемы на единицу совокупного энергетического ресурса	МДж-день ГДж	0,057	0,079	0,101	0,066
П – производительность агроэкосистемы на единицу денежных затрат	МДж-день руб	0,28	0,27	0,23	0,32
Р - производительность агроэкосистемы на единицу трудовых затрат	МДж-день чел/час	90,1	86,5	74,0	102,7
J1- энергозатраты на 1 ц основной продукции	МДж ц	647,8	652,4	636,0	570,9
J2- энергозатраты на 1 ц общей продукции	МДж ц	328,0	347,4	361,6	341,8
і 1 - отношение биологической энергии основной продукции к затратам антропогенной энергии	-	2,18	2,20	2,2	2,72
і2 - отношение биологической энергии общей продукции к затратам антропогенной энергии	-	4,98	4,72	4,46	4,92
і 3 - отношение накопленной энергии к энергии ФАР	-	0,009	0,012	0,014	0,009
і4 - отношение накопленной энергии к энергии гумуса	-	0,019	0,022	,025	0,023
і5 - отношение накопленной энергии к затратам антропогенной энергии гумуса	-	4,98	5,31	5,54	6,07

Зернопропашной севооборот, несмотря на повышение общего сбора продукции в кормовых единицах, значительно уступает по экономической эффективности севооборотам с чистыми парами из-за повышения затрат на выращивание однолетних кормовых культур. Условно-чистый доход при этом снижается на 67 %, а уровень рентабельности - в 2,2 раза по сравнению с зернопаропропашным севооборотом с 22 % чистого пара.

Наименьшую себестоимость продукции при лучшем соотношении выхода продукции и затрат на ее выращивание имеет зернопаротравянопропашной севооборот из-за значительного снижения прямых затрат по сравнению с другими севооборотами.

В севооборотах с биологическими средствами воспроизводства почвенного плодородия условно-чистый доход и рентабельность значительно снижается из-за дороговизны технологий применения органики, несмотря на увеличение выхода и стоимости продукции при использовании навоза в парах.

При использовании сидерации и соломы экономическая эффективность севооборотов также снижается, несмотря на снижение затрат, так как происходит отчуждение ценной кормовой продукции.

Таким образом, наилучшие экономические показатели из изучаемых севооборотов имеет зернопаропропашной севооборот с 22 % чистого пара. Использование навоза в таких севооборотах для восполнения минерализованного гумуса требует в настоящее время значительных денежных затрат.

Глава VI. Агроэкологическая и экономико-энергетическая оценка

специализированных на производстве зерна севооборотов

при различных уровнях интенсификации пашни

В шестой главе приведены результаты определения влияния уровней и средств интенсификации в севооборотах на засоренность посевов, пищевой режим, агрохимические свойства почвы, показатели почвенного плодородия, урожайность сельскохозяйственных культур, продуктивность севооборотов, качество зерна, энергетическую экономическую эффективность.

Наши исследования показали, что наименьшая засоренность посевов яровой пшеницы (вторая культура после пара) наблюдалась при безотвальной обработке почвы. Здесь наиболее эффективна борьба с сорняками в пару (больше прорастает сорняков и уничтожается паровыми культивациями).

Применение гербицидов на яровой пшенице и ячмене (третья культура после пара) не привело к значительному эффекту вследствие общего низкого уровня засоренности.

Наши исследования подтвердили высокую эффективность гербицидов в пропашном звене севооборотов. Последовательное применение почвенных и послевсходовых гербицидов при возделывании кукурузы снизило засоренность ее посевов на 58-83 % по числу и на 40 % по массе сорняков. На яровых зерновых культурах после кукурузы засоренность посевов также снижалась при применении гербицидов. Использование плоскорезных обработок под яровые зерновые культуры значительно повысило уровень засоренности посевов. На посевах яровой пшеницы в фазе кущения при постоянной вспашке отмечалось 28,0 штук сорняков на 1 м2 , а без отвальной обработки - 117,7. Однако применение гербицидов на безотвальном фоне, в том числе при снижении глубины обработки, уменьшило степень засоренности посевов до приемлемых низких уровней.

Уровень засоренности полей в звене просо-яровая пшеница-ячмень оказался высоким даже на фоне постоянной разноглубинной вспашки. Применение гербицидов снижает засоренность по массе сорняков на просе – в 2,9 раза, на яровой пшенице - в 4,6 раза. на ячмене – в 1,4 раза и позволяет поддерживать относительно низкий уровень засоренности посевов в зерновом звене севооборота на фоне безотвальной обработки почвы и различных вариантов комбинированных обработок.

Таким образом, в паровом звене севооборота применение гербицидов неэффективно, а в пропашном и зерновом звеньях дает значительный эффект по снижению степени засоренности полей. Использование паровых полей и эффективных гербицидов позволяет внедрять ресурсосберегающие системы обработки почвы взамен ежегодной энергоемкой вспашки.

Наши исследования показали, что применение различных систем обработки почвы и внесение удобрений в паровом звене севооборота оказывают значительное влияние на содержание и динамику азота в почве под культурами севооборота. Применение удобрений приводило к повышению содержания нитратного азота, вследствие поступления минерального азота с удобрениями и усиления нитрифицирующей способности почвы, и выравнивало уровень содержания азота по всем вариантам обработок почвы.

Различные системы обработки практически не оказывали никакого влияния на фосфорный и калийный режимы почвы на посевах озимых и яровой пшеницы. В тоже время постоянные безотвальные и минимальные способы обработки способствовали увеличению содержания подвижного фосфора и обменного калия при возделывании ячменя. Активность минерализации микрофлорой, которая богаче при постоянном оставлении органики в верхнем слое почвы, была здесь выше. Подвижные формы фосфора и азота высвобождались из органических соединений более активно.

Применение удобрений в паровом звене позволило увеличить общее содержание подвижного фосфора и обменного калия в пахотном слое почвы. Систематическое внесение органических и минеральных удобрений повышало подвижность фосфора и калия в почве.

Комбинированные обработки почвы в пропашном севообороте позволяют в меньшей степени, чем постоянная безотвальная, снижать нитрифицирующую способность почвы, а также усиливать тенденцию оптимизации фосфорного и калийного режима почвы.

Применение органических и минеральных удобрений в пропашном звене севооборота способствовало повышению содержания нитратов и подвижных форм фосфора и калия. Весной на посевах кукурузы нитрифицирующая способность почвы увеличилась в 2,3-3,6 раза.

По наблюдениям за пищевым режимом почвы в зерновом звене севооборота: просо-яровая пшеница-ячмень установлено, что постоянные безотвальные и минимальные системы снижали нитрифицирующую способность почвы в начале вегетации растений. Весной на посевах яровой пшеницы по просу при постоянной вспашке накапливалось 25,6 мг на 1 кг почвы, а при безотвальной, комбинированной и минимальной обработкам - 12,6-14 мг; на ячмене соответственно - 20,1 и 18,3-19,8 мг на 1 кг. При этом наблюдалась тенденция улучшения фосфорного и калийного режима почвы при ресурсосберегающих системах обработки почвы, а применение удобрений значительно улучшало пищевой режим почвы.

Таким образом, постоянное применение безотвальных и минимальных способов обработки почвы в звеньях севооборотов способствует ухудшению азотного питания растений весной. Применение удобрений во всех звеньях севооборотов повышает общее содержание подвижных форм азота, фосфора и калия в пахотном слое почвы. Существует тенденция улучшения пищевого режима по накоплению подвижных форм фосфора и калия при минимализации обработки почвы, связанная с активизацией минерализации в обогащенном органикой верхнем слое почвы.

Систематическое применение органических и минеральных удобрений в севооборотах приводит к последовательному увеличению подвижных форм питательных веществ и соответственно эффективного и потенциального плодородия почвы (рис. 3).

Применение органических и минеральных удобрений позволило решить задачу положительного баланса органического вещества в зернопаропропашном севообороте. Использование комбинированной обработки почвы взамен ежегодной вспашки в зернопаропропашном севообороте снизило темпы минерализации гумуса на 40 % (табл. 8).

I – без удобрений; II – 30 т/га навоз, N320P230K150; III – 30 т/га навоз, N335P245K255

Рис. 3 Динамика подвижного фосфора за ротацию 7-польного

зернопаропропашного севооборота (слой почвы 0-30 см)

Таблица 8

Изменение содержания гумуса в пахотном слое почвы

за ротацию зернопаропропашного севооборота:

черный пар-озимая рожь-яровая пшеница-ячмень-кукуруза-

яровая пшеница-ячмень

Варианты опыта	Содержание гумуса, %	Потери (прибыль) гумуса, ±
в начале ротации (1987 г.)	в конце ротации (1993)	% от почвы	% от исходного содержания	всего за 7 лет, т/га	ежегодно, т/га
	Удобрения
Без удобрений	4,59	4,29	- 0,30	- 6,5	- 7,02	- 1,003
50 т/га навоза N350Р170К60	4,50	4,56	+ 0,06	+ 1,3	+ 1,40	+0,201
50 т/га навоза N355Р210К145	4,79	4,86	+ 0,07	+ 1,5	+ 1,64	+0,234
	Обработка почвы
Постоянная вспашка	4,52	4,45	- 0,07	-1,5	- 1,64	-0,234
Комбинированная обработка	4,70	4,65	- 0,05	-1,1	- 1,17	-0,167

Таким образом, для обеспечения баланса восстановления и минерализации гумуса в многопольных севооборотах с чистыми парами необходимо вносить не менее 7 т/га навоза на 1 га пашни в сочетании со средними дозами минеральных удобрений. Минимализация обработки почвы способствует снижению потерь гумуса под культурами севооборотов.