«Назначение настоящей книги не в том, чтобы силком тянуть к знанию, а привлечь внимание к данной области, показать, что здесь действительно интересно, только читатель об этом не догадывается»
Академик П.Л. Капица
Выпуск №2 (82) 2020 г.
Известия Оренбургского Государственного Аграрного Университета 2020 № 2 (82)
Агрономия
УДК 633.1:633.2:631.582:631.445.4(470.56)
Выход зерновой и кормовой продукции четырёхпольных севооборотов в зависимости от погодных факторов, продуктивной влаги, нитратов и фона минерального питания на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья*
Освоение научно обоснованных севооборотов с экономически целесообразным чередованием культур для хозяйств с ограниченной площадью землепользования обусловливает необходимость разработки оптимальной системы земледелия на основе короткоротационных севооборотов [1 – 3]. Севообороты с меньшим набором культур при производстве растениеводческой продукции экономически аргументированы [4]. В засушливых условиях наиболее экономически оправданным является использование короткоротационных зернопаровых севооборотов [5].
Главным принципом построения севооборотов в современном земледелии является плодосмена, где немаловажное значение отводится посеву бобовых культур [6]. Значение зернобобовых культур в сельском хозяйстве переоценить невозможно благодаря высокому содержанию полноценного белка, лучшему качеству и его усвояемости в сравнении с зерновыми культурами. Введение в севообороты бобовых культур, в том числе гороха, увеличивает долю зерновых культур и способствует сохранению плодородия почвы. Не случайно он признан одним из лучших предшественников в большинстве почвенно-климатических зон России и СНГ [7, 8].
В последние годы значительное снижение удельного веса зернобобовых культур привело к снижению валовых сборов зерна бобовых, а также к существенным потерям гумуса в почве. В современных условиях земледелия засушливых регионов становится актуальным вопрос об агроэкономическом значении четырёхпольных зернобобовых севооборотов. В связи с разными формами собственности и типами хозяйств возникает необходимость дальнейшего изучения короткоротационных севооборотов применительно к условиям Оренбуржья для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур [9].
В степной зоне Южного Урала наиболее устойчивыми по производству зерна являются четырёхпольные зернопаровые севообороты. Включение гороха в севообороты имеет существенное значение для получения высоких и стабильных урожаев [10]. В засушливых условиях Оренбуржья велись исследования по изучению продуктивности и питательной ценности зелёной массы гороха в зависимости от влияния различных погодных факторов, запасов почвенной влаги, макроэлементов питания, нормы высева и сроков уборки [11 – 13].
Повышение выхода зерновой и кормовой продукции севооборотов с короткой ротацией является основной задачей современного земледелия для сельскохозяйственного производства Оренбургской области. Полевые исследования по данному вопросу проводили на длительном стационарном опытном поле Федерального научного центра биологических систем и агротехнологий РАН.
Целью выполненного эксперимента являлось определение наиболее продуктивного четырёхпольного севооборота по выходу зерна и зелёного корма в зависимости от влияющих основных факторов на основании длительного исследования на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья.
Материал и методы исследования. Исследование по выходу зерновой и кормовой продукции четырёхпольных севооборотов проводили с 2007 по 2019 г. на чернозёмах южных в длительном стационаре, который был заложен на территории бывшего ОПХ им. Куйбышева Оренбургского района в 1988 г. В эксперименте рассматривались такие объекты, как три четырёхпольных севооборота с различными парами и с посевами твёрдой, мягкой пшеницы и гороха.
В схему опыта входило три варианта севооборота с короткой ротацией.
Полевой опыт двухфакторный: A × 3B, где A – минеральные удобрения (аммофос, нитроаммофос), B – три четырёхпольных севооборота: I – севооборот с чистым паром (чистый пар, твёрдая пшеница, мягкая пшеница, горох) – контроль; II – севооборот с занятым паром (занятый пар суданской травой, твёрдая пшеница, мягкая пшеница, горох); III – севооборот с занятым паром (занятый пар овсом и горохом, твёрдая пшеница, мягкая пшеница, горох).
Опыт полевого исследования вёлся на двух (удобренный и неудобренный) фонах питания. На делянках осенью под вспашку вносили минеральные удобрения в дозе 40 кг действующего вещества азота и фосфора на 1 га. Длина делянки составляла 90 м, а ширина – 14,4 м. Площадь удобренного фона минерального питания равнялась 432 м2 и неудобренного – 864 м2. Полевой опыт изучался на четырёх повторениях. Урожайный учёт с площади 180 м2 проводился с помощью специального селекционного комбайна для уборки сельскохозяйственных культур на изучаемых делянках. Учёт зелёного корма вёлся ручным и весовым методом, отбирались площадки с 1 м2 в десятикратной повторности на удобренном и неудобренном фонах питания. Содержание кормовых и кормопротеиновых единиц по культурам рассчитывали на основании рекомендаций А.П. Калашникова «Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных».
В опыте высевали сорта, прошедшие испытания для центральной зоны Оренбургской области, такие как Оренбургская 10 – твёрдая пшеница, Учитель – мягкая пшеница, Усач неосыпающийся – горох, Бродская 2 – суданская трава, Победа – овёс. Применялась агротехника возделывания зерновых культур в четырёхпольных севооборотах, рекомендуемая для данной зоны Оренбуржья.
Результаты исследования. В результате тринадцатилетнего (2007 – 2019 гг.) исследования за вегетационные периоды изучаемых сельскохозяйственных культур в севооборотах, по данным Оренбургского гидрометцентра, выпало 123 мм осадков, и отклонение от среднемноголетнего значения (155 мм) составило 32 мм, или 79,3 % (табл. 1).
1. Показатели основных погодных факторов, влияющих на период вегетации сельскохозяйственных культур, в среднем
за 13 лет (2007 – 2019 гг.)
Показатель
Погодный фактор
Индекс
засушливости (ГТК)
атмосферные осадки, мм
среднемесячная t воздуха, °С
суховейные дни
Среднемноголетние
155
19,1
56
0,66
Среднее за 13 лет
123
20,7
71
0,52
Отклонение от среднемноголетней
–32
+1,6
+15
–0,14
Примечание: средние показатели представлены по данным Оренбургского гидрометцентра.
Среднемесячная температура воздуха за годы эксперимента была практически одинаковой и составляла 20,7 °С, превышая оптимальную норму 19,1 °С лишь на 1,6 °С. Количество суховейных дней за период исследования составило 71 и было больше на 15 дн. по сравнению с многолетним показателем.
Индекс Г.Т. Селянинова для оценки степени засушливости в среднем за 13 лет равнялся 0,52, и ГТК составлял 0,66, разница между ними была в 0,14 ед. Таким образом, период исследования по выходу зерновой и кормовой продукции четырёхпольных севооборотов был, по данным гидротермического коэффициента, очень засушливым.
По различным вариантам опыта определяли запасы продуктивной влаги, которые заметно влияли на выход зерна и зелёного корма в севооборотах, во всём полутораметровом слое почвы за временной период. В среднем за годы исследования количество влаги весной после посева по всем паровым полям было практически одинаковым и составляло от 38,3 до 199,3 мм (табл. 2).
2. Запасы продуктивной влаги по парам и культурам в зависимости от временного периода определения влажности почвы (среднее за 2007 – 2019 гг.)
Вариант
Слой почвы, см
Временной период определения влажности почвы
май
август
пар
твёрдая пшеница
мягкая пшеница
горох
пар
твёрдая пшеница
мягкая пшеница
горох
I (контроль)
0 – 30
0 – 100
0 – 150
38,3
131,9
188,3
34,9
132,0
200,0
41,3
130,0
187,0
39,8
130,2
184,1
29,1
105,9
159,0
14,0
46,2
–
11,9
38,8
–
9,9
42,3
–
II
0 – 30
0 – 100
0 – 150
41,4
135,5
198,1
40,9
124,4
180,9
35,5
122,2
176,2
37,0
125,0
179,0
18,2
60,8
98,0
10,9
35,7
–
12,6
39,6
–
8,3
34,9
–
III
0 – 30
0 – 100
0 – 150
41,4
135,0
199,3
42,5
138,1
206,9
36,3
122,4
185,0
37,7
130,2
182,7
10,2
41,2
76,2
12,0
39,5
–
11,1
41,2
–
7,9
33,4
–
Примечание: вариант I – севооборот, в котором чистый пар обрабатывался с начала летне-осеннего периода, предшествующего парованию года; II – севооборот с паром, занятым посевом суданской травы; III – севооборот с паром, занятым посевом овса и гороха.
За 13 лет чистый пар за весенне-летний период (май – август) терял не только все осадки (123 мм) за период испарения при среднемесячной температуре воздуха 20,7°С и за 71 суховейных дней, но и часть почвенной весенней продуктивной влаги. В связи с этим к осени только он сохранял её, в отличие от занятых паров, что составлял в слое почвы 0 – 30 см 29,1 мм, 0 – 100 см – 105,9 мм и 0 – 150 см – 159,0 мм.
В пару, занятом летним посевом суданской травы, после уборки запасы влаги по всем слоям почвы резко снижались в связи с использованием её на получение урожая: в слое 0 – 30 см – на 23,2 мм, 0 – 100 см – на 74,7 мм, 0 – 150 см – 100,1 мм в сравнении с их весенними запасами.
Похожая картина наблюдалась и в занятом пару овсом и горохом. За период парования почвенная влага и выпавшие осадки усваивались злакобобовыми культурами для роста и развития, в результате чего происходило снижение их в слое 0 – 30 см на 31,2 мм, в слое 0 – 100 см – на 93,8, 0 – 150 см – на 123,1 мм.
В мае после посева зерновых культур по всем севооборотам запасы продуктивной влаги в среднем за 13 лет были различными и уровень их варьировал в пределах от 34,9 до 206,9 мм.
В августе после уборки твёрдой, мягкой пшеницы и гороха по всем вариантам опыта запасы продуктивной влаги уменьшались в результате потребления её на рост, развитие и формирование зерна. За период вегетации всех зерновых культур в слое почвы 0 – 30 см разница влаги между маем и августом составляла от 20,9 до 30,5 мм и в слое 0 – 100 см – от 81,2 до 98,6 мм. В основном мягкая пшеница на контроле и остальные культуры севооборотов III варианта опыта на получение урожая потребляли наибольшее количество продуктивной влаги в метровом слое почвы. В результате достигнута средняя урожайность на удобренном фоне питания мягкой пшеницы – 10,5 ц, твёрдой – 9,1 ц и гороха – 9,5 ц с 1 га.
В результате исследования наблюдалось изменение количества нитратов в слое почвы 0 – 30 см по парам и зерновым культурам в зависимости от срока определения и внесения минеральных удобрений.
На основании полученных результатов видно, что содержание нитратного азота по парам на I и II вариантах опыта было ниже после посева, чем после уборки. В чистом и занятом суданской травой парах происходило накопление нитратного азота и составляло в пахотном слое почвы от 12,9 до 19,5 мг на 100 г почвы на обоих фонах питания по сравнению с III вариантом (табл. 3).
3. Содержание нитратов в слое почвы 0 – 30 см по парам и сельскохозяйственным
культурам севооборотов в зависимости от срока определения и фона минерального
питания, мг на 100 г почвы (среднее за 2007 – 2019 гг.)
Вариант
Фон
питания
Срок определения нитратного азота (NO3-) в почве
после посева
после уборки
пар
твёрдая пшеница
мягкая пшеница
горох
пар
твёрдая пшеница
мягкая пшеница
горох
I (контроль)
А
7,5
7,1
8,0
7,8
19,5
8,1
9,5
8,3
В
6,1
6,7
6,3
6,2
17,8
7,4
7,3
7,2
II
А
7,6
7,2
7,2
6,2
14,3
9,4
8,3
8,1
В
6,2
6,5
5,7
5,8
12,9
7,5
7,2
7,3
III
А
8,8
8,9
9,5
7,0
8,1
8,2
8,5
5,4
В
6,7
8,5
8,1
6,8
6,0
7,3
7,5
4,6
Примечание: А – внесение минеральных удобрений (аммофос, нитроаммофос) в дозе 40 кг действующего вещества азота и фосфора; В – без применения удобрений.
Это наблюдение объясняется тем, что в период парования происходил наиболее интенсивный процесс нитрификации (окисление аммиака в почве до нитритов и нитратов) за счёт почвенных микроорганизмов. Многочисленные культивации и формирование суданской травы в парах вели к наименьшим потерям нитратного азота, в отличие от злакобобовых культур, которые использовали его более эффективно в своём росте и развитии. Таким образом, в результате денитрификации и вымывания осенними и весенними осадками на этих парах происходили большие потери нитратов в слое 0 – 30 см до посева яровой твёрдой пшеницы, т.е. они уходили в нижние слои почвы.
Применение минеральных удобрений под пары и сельскохозяйственные культуры приводило к увеличению нитратного азота на удобренном фоне питания. После посева твёрдой, мягкой пшеницы и гороха содержание нитратов было меньше, чем после уборки, на контроле и II варианте эксперимента. Причиной небольшого увеличения нитратов в пахотном слое почвы в этих культурах за период вегетации стало их накопление в предшествующих парах севооборотов. В связи с этим было достаточно количества нитратов для формирования культурных растений за счёт наибольших их запасов в метровом слое почвы.
В III варианте твёрдая и мягкая пшеница за вегетационный период расходовала нитратного азота меньше, чем горох, из-за своих биологических особенностей. После посева количество нитратного азота составило на удобренном фоне питания 8,9; 9,5 мг, неудобренном – 8,5; 8,1 мг, после уборки – соответственно 8,2; 8,5 мг и 7,3; 7,5 мг на 100 г почвы. На III варианте опыта в посевах гороха отмечалось заметное потребление нитратов для роста и развития по сравнению с другими культурами севооборотов. В этом четырёхпольном севообороте после посева гороха и уборки содержание нитратного азота (NO3-) на удобренном и неудобренном фонах питания соответственно составляло 7,0; 6,8 мг и 5,4; 4,6 мг на 100 г почвы. В опыте на делянке с горохом наблюдалось снижение количества NO3 после уборки при внесении минеральных удобрений на 1,6 мг и без их применения на 2,2 мг на 100 г почвы по сравнению с другими вариантами. Этот факт объясняется биологическими особенностями гороха.
Многолетние наблюдения по выходу зерновой продукции показали, что I вариант севооборота с чистым паром превосходил остальные и составил на удобренном фоне 11,6 ц и неудобренном – 8,3 ц зерна с 1 га (табл. 4). По количеству кормовых и кормопротеиновых единиц I вариант уступал обоим и находился в пределах содержания от 7,5 до 12,2 на двух фонах питания.
4. Выход зерновой и кормовой продукции четырёхпольных севооборотов в зависимости
от применения минеральных удобрений, ц с 1 га (среднее за 13 лет)
9. Занятый пар овсом и горохом
10. Твёрдая пшеница
11. Мягкая пшеница
12. Горох
6,4
5,7
122,3
94,8
19,1
15,7
16,1
14,7
Во II варианте севооборота с суданской травой выход зерна составил на удобренном фоне 7,5 ц и неудобренном – 6,2 ц с 1 га по сравнению с другими. По выходу кормовой продукции II вариант севооборота с занятым паром имел преимущество перед I и III за счёт наибольшей урожайности суданской травы на удобренном фоне 151,1 ц и на неудобренном – 132,0 ц зелёного корма. Дополнительное содержание корма, выраженное в единицах по севообороту, составило на удобренном и неудобренном фонах питания соответственно 14,6; 10,7 ц и 12,5; 9,9 ц с 1 га.
Наименьшее количество зерна получено по III варианту севооборота с занятым паром овсом и горохом, в отличие от других изучаемых четырёхпольев, и на удобренном фоне составило 6,4 ц, неудобренном – 5,7 ц с 1 га. Выход зелёного корма с севооборота при применении минеральных удобрений составил 122,3 ц и без них – 94,8 ц с 1 га. По сбору кормовых и кормопротеиновых единиц севооборот с посевами злакобобовых культур (овёс и горох) занимал первое место и имел наилучшую кормовую ценность, в отличие от других. Наибольшее их содержание составило по севообороту на удобренном фоне 19,1; 16,1 ц, неудобренном – 15,7; 14,7 ц с 1 га.
В результате исследования по трём севооборотам значительная прибавка по выходу зерновой продукции от внесения минеральных удобрений отмечалась в I варианте опыта, составив 3,3 ц с 1 га. Применения удобрений во II и в III вариантах севооборотов привело к небольшому увеличению зерна на 1,3 и 0,7 ц с 1 га. По выходу кормовой продукции наибольшая прибавка от удобрений наблюдалась в III севообороте с занятым паром овсом и горохом и составила 27,5 ц с 1 га. Прибавка зелёного корма от удобрений во втором севообороте составила 19,1 ц с 1 га.
По кормовым единицам лучшая прибавка 3,4 ц показана по четырёхпольному севообороту с посевами овса и гороха, а по остальным вариантам была одинаковой. Наибольшая прибавка по кормопротеиновым единицам 2,1 ц с 1 га отмечена по первому севообороту с чистым паром по сравнению с другими. В связи с этим минеральные удобрения оказывали значительное влияние на выход зерновой и кормовой продукции.
В засушливых условиях Оренбургской области для получения наибольшего выхода зерна, зелёного корма и высокой питательной ценности кормов в хозяйствах зерноживотноводческого направления рекомендуется применять четырёхпольные севообороты с посевами гороха на удобренном фоне минерального питания.
Выводы. В результате исследования установлено, что основными факторами, влияющими на выход зерновой и кормовой продукции четырёхпольных севооборотов, являются выпавшие атмосферные осадки, среднемесячная температура воздуха, суховейные дни, продуктивная влага, нитраты и фон минерального питания.
За период исследования в сильно засушливых условиях Оренбуржья по результам оценки выхода зерна самым продуктивным являлся севооборот с чистым паром за счёт полученной наибольшей урожайности мягкой пшеницы при лучшем усвоении продуктивной влаги в метровом слое почвы. Наблюдения по выходу зелёного корма в этих погодных условиях показали, что самым приоритетным четырёхпольем является севооборот с занятым паром суданской травой в результате своей засухоустойчивости и высокой урожайности. По содержанию кормовых и кормопротеиновых единиц севооборот с занятым паром овсом и горохом имел самую наилучшую кормовую ценность в связи с наибольшим накоплением нитратов, особенно в посевах гороха.
Внесение минеральных удобрений на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья во всех четырёхпольных севооборотах в течение 13 лет обеспечило прибавку выхода зерновой и кормовой продукции.
Литература
1. Кафтан Ю.В. Продуктивность короткоротационных севооборотов с посевами кукурузы на силос в Оренбургском Предуралье // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 4 (18). С. 61 – 65.
2. Сравнительная оценка питательности зерна гороха и нута в условиях засухи / А.Г. Мещеряков, В.А. Шахов, В.Л. Королёв [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2014. № 5 (49). С. 180 – 183.
3. Скороходов В.Ю. Эффективность короткоротационных севооборотов на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья: автореф. дис. … канд. с.-х. наук. Оренбург: Оренбургский науч.-исслед. ин-т с.-х., 2005. 26 с.
4. Кислов А.В. Севообороты и их роль в воспроизводстве почвенного плодородия // Сохранение и повышение плодородия почв в адаптивно-ландшафтном земледелии Оренбургской области. Оренбург, 2002. С. 39 – 67.
5. Ульченко В.Я. Минимализация обработки почвы в зернопаровых севооборотах // Земледелие. 1992. № 3. С. 23 – 24.
6. Ламаков В.Г. Севооборот и биологизация земледелия // Вестник сельскохозяйственной науки. 1992. № 2. С. 19 – 25.
7. Малеева М.Ф. Формирование урожайности гороха в зависимости от основной обработки почвы в севооборотах лесостепи Среднего Поволжья: дис. ... канд. с.-х. наук. Ульяновск, 2014. 58 с.
8. Эффективность севооборотов и направления их совершенствования / В.М. Дудин, А.С. Акименко, А.Г. Дудкина [и др.] //Агроэкологические принципы земледелия / РАСХН. М.: Колос. 1993. С. 80 – 106.
9. Максютов Н.А., Жданов В.М., Абдрашитов Р.Р. Повышение плодородия почвы, урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур в полевых севооборотах степной зоны Южного Урала. Оренбург, 2012. 332 с.
10. Вражнов А.В. Адаптивная система земледелия – основа повышения плодородия продуктивности южно-уральских чернозёмов // Проблемы уральских чернозёмов: сб. науч. труд/ по матер. науч.-практич. конф. РАСХН – ЧНИИСХ. Челябинск, 1999. С. 14 – 23.
11. Митрофанов Д.В. Влияние элементов погоды и запасов почвенной влаги на урожайность гороха в севооборотах на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 3 (77). С. 98 – 102.
12. Митрофанов Д.В. Влияние макроэлементов питания на продуктивность зерна гороха в различных севооборотах на территории степной зоны Южного Урала // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 4 (78). С. 80 – 84.
13. Воскобулова Н.И., Верещагина А.С., Ураскулов Р.Ш. Влияние нормы высева и сроков уборки на питательную ценность зелёной массы гороха // Животноводство и кормопроизводство. Оренбург, 2018. № 3. С. 126 – 132.
№ 2 (82)
