Известия Оренбургского Государственного Аграрного Университета 2020 № 4 (84)

УДК 574.42 : 631/635 : 502/504

Адаптация сроков посева озимой пшеницы к современным климатическим условиям Оренбургского Предуралья

Ю.А. Гулянов ¹ , д-р с.-х. наук, профессор; Г.Ф. Ярцев ² , д-р с.-х наук, профессор; И.В. Васильев ² , канд. с.-х. наук; Р.К. Байкасенов ² , канд. с.-х. наук; Н.А. Николаев ² , ст. науч. сотрудник

¹ Институт степи УрО РАН

² ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ

Наиболее благоприятные условия для формирования высокопродуктивных агроценозов озимых культур в ландшафтно-адаптивных системах земледелия создаются при оптимальных сроках посева. По сравнению с другими приёмами зональной агротехники они оказывают на рост и развитие растений самое существенное влияние [1 – 3].

Адаптация сроков посева озимой пшеницы к современным климатическим условиям Оренбургского Предуралья имеет большое значение для стабилизации производства зерна в указанном регионе. Связано это с отмечаемой в последние десятилетия тенденцией потепления климата и необходимостью корректировки сроков проведения основных агротехнических приёмов, в том числе сроков посева. По убеждению многих учёных-аграриев и земледельцев-практиков, посев озимой пшеницы в рекомендованные 30 – 40 лет назад сроки в современных климатических условиях проводить рано. При возросшем температурном режиме и усилившейся засушливости августа это может привести к получению недружных, изреженных всходов, прежде всего при традиционных подходах к обработке почвы в севооборотах. В дополнение к этому ранние посевы озимой пшеницы сильнее поражаются вредителями [4]. При перерастании в благоприятных условиях увлажнения посевы становятся менее устойчивыми к зимним невзгодам, поражаются болезнями различной этиологии, выходят из зимы слабыми и значительно теряют в продуктивности. Более успешно зимуют хорошо раскустившиеся, но не перешедшие к трубкованию растения, образовавшие ко времени прекращения осенней вегетации 3 – 4 крепких побега кущения и успешно прошедшие 1-ю и 2-ю фазы закаливания [1, 5 – 7]. Запаздывание с посевом также вносит не менее ощутимые коррективы в продукционный процесс озимой пшеницы. При слишком поздних сроках посева растения дольше всходят, не успевают осенью раскуститься, развить достаточную корневую систему и надземную массу. Это также чаще всего приводит к снижению устойчивости и ощутимому недобору урожая [8].

Следовательно, выбор оптимального срока посева и степень осеннего развития растений являются очень важными для получения устойчивых агроценозов озимой пшеницы. В дополнение к этому уже на осеннем этапе вегетации закладываются основы будущей структуры урожая, т.е. формируется его итоговая продуктивность [2, 5 – 7, 9].

Таким образом, в степной зоне Оренбургского Предуралья при заметной динамике климатических факторов, оказывающих существенное влияние на условия вегетации озимых культур, установление оптимальных сроков посева озимой пшеницы имеет высокую актуальность. Их подбор и научное обоснование будут способствовать стабилизации урожаев и валовых сборов продовольственного зерна в современных климатических условиях, создадут условия для оптимизации структуры сельскохозяйственного землепользования и рационального использования природных ресурсов [10, 11].

Цель исследования заключалась в анализе современных климатических ресурсов, их оценке, а также в определении и экспериментальной проверке в Центральной зоне Оренбургской области оптимальных сроков посева озимой пшеницы, направленных на формирование устойчивых высокопродуктивных агроценозов.

Для выполнения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

– изучить современные ресурсы эффективных температур воздуха (выше 5°С) в Центральной зоне Оренбургской области за наиболее вероятный период осенней вегетации озимой пшеницы;

– определить оптимальные расчётные даты посева озимой пшеницы для современных климатических условий;

– оценить состояние агроценозов озимой пшеницы разных сроков посева в различные периоды вегетации и их фитометрические параметры по вегетационному индексу (NDVI);

– провести анализ полученных результатов и обозначить наиболее приемлемые сроки посева для их последующей проверки в производственных условиях.

Материал и методы исследования. В качестве источника архивных метеорологических сведений о температурном режиме воздуха за 1999 – 2019 гг. были использованы специализированные массивы для климатических исследований Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации – Мирового центра данных (ВНИИГМИ–МЦД) [12]. Экспериментальные данные получены в полевом опыте, заложенном на чернозёме южном учебно-опытного поля Оренбургского ГАУ в 2019/20 с.-х. году. Почва опытного участка характеризуется содержанием гумуса на уровне 4,2 – 4,4 %, обеспеченность подвижным фосфором и обменным калием составляет 4,5 и 27 мг на 100 г почвы соответственно. Изучались два сорта озимой мягкой пшеницы селекции Оренбургского ГАУ – Колос Оренбуржья, входящий в перечень сортов сельскохозяйственных культур, включённых в Государственный реестр РФ и допущенных к использованию в Оренбургской области с 2013 г., и новый сорт Рифей, в 2019 г. переданный на госсортоиспытание. Осеннюю обработку парового поля осуществили культиватором «Смарагд» на глубину 10 – 12 см. В течение лета для очистки пара от сорняков были проведены четыре послойно-поверхностные культивации орудием КПС-4, последняя–на глубину заделки семян. Посев нормой 4,5 млн всхожих семян на 1 га в два срока–26 августа и 13 сентября, проводили сеялкой АУП-18.05, внутрипочвенно разбросным способом.

Для оперативного мониторинга фитометрических параметров экспериментальных делянок озимой пшеницы проводили определение вегетационного индекса (NDVI) посевов портативным устройством (ручным сенсором) Green Seeker Handheld Crop Sensor, Model HCS-100 (Trimble, USA).

При обработке цифрового материала использовались общепринятые методы статистического анализа.

Результаты исследования. В период активного внедрения в аграрное производство РФ интенсивных технологий (1985 –1990), направленных на максимальную реализацию потенциальных возможностей адаптивных сортов, оптимальным сроком посева озимых культур в Центральной зоне Оренбургской области считалась вторая декада августа (11 – 20 августа). При посеве в указанный период тогда создавались наиболее благоприятные условия для формирования высокоурожайных агроценозов.

На основе проведённых в последующий период (1993 – 1998) исследований, при уже обозначившейся тенденции потепления климата, для формирования устойчивых, оптимально раскустившихся всходов мы рекомендовали сеять озимую пшеницу в указанной зоне на 8 – 12 дней позже, т.е. в период с 23 по 28 августа. Было установлено, что оптимальной продолжительностью осенней вегетации следует считать 50 – 55 дней, а суммой среднесуточных температур воздуха от всходов до устойчивого перехода через 5°С – 471-574°С. Полученные нами экспериментальные данные позволили также заключить, что лучшие сроки посева озимой пшеницы обычно совпадают с установлением среднесуточной температуры воздуха на уровне 17 – 15°С. При более ранних посевах происходит осеннее перерастание растений, сопровождающееся переходом к весенним этапам органогенеза, что чревато для благоприятной перезимовки. Поздние посевы не успевают достаточно раскуститься, имеют низкую продуктивную кустистость, меньшую ассимиляционную поверхность, отстают в развитии и оказываются не способными реализовывать климатически обеспеченную урожайность [9, 13].

Общеизвестно, что минимальной температурой для ассимиляции считается температура 4 – 5°С, при понижении до которой физиологические процессы в растениях ещё активны и продолжается их рост и развитие. В позднеосенний период вегетации озимых культур при среднесуточной температуре ниже указанного порога наблюдается слабая ассимиляция, и то только в дневные часы при кратковременных всплесках тепла. При этом заметных изменений в степени развития растений уже не отмечается [14].

Проведённое нами изучение современных ресурсов эффективных температур воздуха (выше 5°С) в Центральной зоне Оренбургской области (2009–2019) за наиболее вероятный период осенней вегетации озимой пшеницы (15.08 – 25.10) выявило наиболее заметную положительную динамику их сумм в августе и октябре. Сумма сентябрьских эффективных температур воздуха за анализируемый двадцатилетний период оказалась наиболее стабильной (с коэффициентом вариации 9,4 %) и составила в среднем 418°С (рис. 1).

Рис. 1 – Динамика сумм эффективных температур воздуха (выше 5°С) в Центральной зоне Оренбургской области за наиболее вероятный период вегетации озимой пшеницы (15.08 – 25.10), 1999 – 2019 гг.

Следует отметить, что наиболее активно за предшествующие 20 лет прирост августовского и октябрьского тепла отмечался с 1999 по 2009 г., о чём свидетельствуют приведённые на рисунке линии тренда. В последующее десятилетие (2010 – 2019) динамика сумм эффективных температур воздуха в указанные месяцы оказалась менее выраженной, и прирост составил только 20 – 30°С. Примечательно, что положительная динамика указанного параметра в августе связана с ростом среднесуточных температур воздуха. Так, за 1999 – 2009 г. в период с 15 по 31 августа она в среднем равнялась 19,8°С, за 2010 – 2019 гг. – 20,4°С, а за 1990 – 1998 гг. составляла только 18,6°С. Октябрьский прирост эффективных температур был больше связан с удлинением периода со среднесуточной температурой воздуха выше +5°С, т.е с увеличением продолжительности поздней осенней вегетации (рис. 2).

Рис. 2 – Динамика дат перехода среднесуточной температуры воздуха (осенью) через +5°С в Центральной зоне Оренбургской области, 1999 – 2019 гг.

Что касается среднесуточной температуры октября, то она в среднем за месяц в последнее десятилетие (2010 – 2019) понизилась на 0,3°С и составила 6,1°С.

По результатам анализа современных ресурсов эффективных температур воздуха и дат перехода средней суточной температуры через +5°С нами рассчитаны предпочтительные сроки появления всходов. В среднем за двадцатилетний период (1999 – 2019) они укладываются в календарный промежуток с 31 августа по 6 сентября. Примечательно, что нами не выявлено их существенной динамики. Так, для десятилетия с 2000 по 2009 г. наиболее предпочтительным периодом появления всходов оказался период с 1 по 6 сентября, а для текущего (2010 – 2019 гг.) – с 31 августа по 5 сентября. При более существенном по годам варьировании даты перехода средней суточной температуры через +5°С от 8 октября в 2015 г. до 29 октября в 2019 г. (22 дня) расчётные оптимальные даты появления всходов оказались более стабильными. Их варьирование составило только 9 дней – с 28.08 – 03.09 в 2015, 2016 и 2019 гг. по 05.09 – 10.09 в 2009 и 2018 гг.

Исходя из средней длительности появления всходов (на 6 – 7-й день после посева) для современных климатических условий Центральной зоны Оренбургской области нами определены оптимальные даты посева озимой пшеницы, которые соответствуют периоду 25 – 30 августа (рис. 3).

Рис. 3 – Оптимальные расчётные даты посева озимой пшеницы для современных климатических условий в Центральной зоне Оренбургской области

Убедительным подтверждением обозначенных дат посева стали результаты проведённого в 2019/20 с.-х. году полевого эксперимента, показавшего, что более поздний посев ввиду недобора эффективного тепла может привести к формированию недостаточно развитых, практически не раскустившихся, изреженных всходов, даже при отсутствии дефицита влаги (рис. 4).

Рис. 4 – Состояние агроценозов озимой пшеницы различных сроков посева перед завершением осенней вегетации, Центральная зона Оренбургской области:

А–26 августа; Б–13 сентября 2019 г.

При посеве 13 сентября и появлении всходов 19 – 20 сентября, даже при продолжительном периоде осенней вегетации (до 29.10) сумма эффективных температур оказалась равной только 282°С, что ниже оптимальных значений на 189°С (40,1 %) – 292°С (50,8 %). Дефицита увлажнения в предпосевной и послепосевной периоды отмечено не было. Так, за август и первую половину сентября было зафиксировано 37 мм осадков, ещё 35 мм выпало в октябре.

На наш взгляд, причиной слабого осеннего развития растений оказался недобор тепла, ставший следствием частых и длительных периодов понижения среднесуточных температур воздуха в послепосевной период. Самое значительное снижение отмечено в период с 18 сентября по 1 октября, когда в отдельные дни среднесуточная температура воздуха опускалась даже ниже +5°С, а 24 сентября составила только +3,6°С.

В весенние месяцы, после возобновления начавшейся 23 марта активной вегетации, повышенная температура воздуха способствовала ускоренному прохождению этапов органогенеза и не способствовала дополнительному кущению.

Посев к вступлению в фазу выхода в трубку оказался представлен в основном одностебельными растениями, частично сформировавшими укоренившийся узел кущения, не давший дополнительных побегов. По два–три побега кущения имели только раскустившиеся с осени растения, хотя их общее число в посеве не превышало 25 – 30 %.

Как известно, продуктивность полевых культур в значительной степени определяется фотосинтетической деятельностью посевов и находится в тесной связи с их фитометрическими параметрами–площадью ассимиляционной поверхности и фотосинтетическим потенциалом [9], в свою очередь тесно коррелирующими с вегетационным индексом посева (NDVI).

Результаты наших оценок состояния агроценозов озимой пшеницы разных сроков посева в различные периоды вегетации и контроль их фитометрических параметров по вегетационному индексу (NDVI) выявили его значительное варьирование между сравниваемыми сроками посева (табл. 1).

1. Фитометрические параметры агроценозов озимой пшеницы при разных сроках посева в Центральной зоне Оренбургской области, 2019 г.

В агроценозах оптимального срока посева (26 августа) вегетационный индекс (NDVI) приближался к показателям высокопродуктивных посевов и превышал аналогичный показатель более поздних посевов (13 сентября) на протяжении всей вегетации. Это свидетельствует о высокой продуктивности фитомассы, выражающейся в оптимальной плотности стеблестоя и его лучшей облиственности.

В целом результаты провёденного нами анализа современных метеорологических данных (1999 – 2019) позволяют заключить, что при общей тенденции к потеплению климата Оренбургского Предуралья существенного повышения суммы эффективных температур за период осенней вегетации озимой пшеницы не наблюдается. Отмечается тенденция постепенного роста среднесуточных температур в августе, что при их высоких абсолютных величинах и обосновывает необходимость некоторого переноса сроков посева на более поздние даты. Результаты полевого эксперимента подтвердили обоснованность высказанных предложений, что можно рассматривать в качестве основания для их более широкой проверки и включения в зональные рекомендации производству.

Выводы. В современных климатических условиях Центральной зоны Оренбургской области наиболее приемлемым сроком посева озимой пшеницы является период с 25 по 30 августа. Посев в указанные сроки при наметившейся тенденции прироста августовского тепла и продолжении длительности позднеосенней вегетации позволит избежать перерастания и высокой гибели растений во время перезимовки. При увлечении более поздними сроками посева возрастает риск недобора эффективных температур, получения недружных, изреженных всходов, недостаточно раскустившихся растений с низкими фитометрическими параметрами и, как следствие, низкой реализации климатически обеспеченной урожайности.

_________________

* Статья подготовлена по теме НИР Института степи УрО РАН: «Степи России: ландшафтно-экологические основы устойчивого развития, обоснование природоподобных технологий в условиях природных и антропогенных изменений окружающей среды»; № ГР АААА-А17-117012610022-5

DOI 10.37670/2073-0853-2020-84-4-42-48

Опубликовано Известия Оренбургского Государственного Аграрного Университета 2020 № 4 (84), стр. 42-48

Аннотации