Russian Federation
Russian Federation
The purpose of the study is to increase the productivity of arable land by improving the technology of cultivating spring wheat. Objectives: to evaluate the effect of plowing, minimum tillage with a disc implement and direct sowing with a stubble seeder on soil moisture dynamics, nutritional regime and spring wheat yield; to substantiate the effectiveness of energy-saving soil cultivation technology using a new vertical pin cultivator. The object of study is soil cultivation techniques in the forest-steppe zone of the temperate climatic zone of the Russian Federation in the Yemelyano District of the Krasnoyarsk Region. Geographical coordinates of the field station: 56°03' N, and 92°42' E. The method is field experience. A new technology for the cultivation of spring wheat is proposed. In the open part of the Krasnoyarsk forest-steppe on ordinary chernozem, an assessment of the effectiveness of the influence of traditional, minimal tillage and direct sowing on the level of spring wheat yield was made. It was revealed that the minimization of tillage and direct sowing contribute to the preservation of available moisture for sowing and the increased content of mobile phosphorus and exchangeable potassium in the soil in the middle of the growing season. It is noted that the use of resource-saving processing technologies significantly reduces production costs based on the assessment of the impact of traditional, minimal tillage and direct sowing on the agrophysical state of the soil and wheat productivity in the grain-fallow crop rotation. A vertical pin ripper was developed for tillage in autumn or spring before sowing a crop. Surface treatment with a completely new rotary unit after the application of mineral and organic fertilizers will help improve the efficiency of agricultural production. Two patents have been obtained for the technology of vertical pin tillage, concerning the method of processing and the device of the unit, which have significant differences from traditional loosening tools both in approaches to the loosening method and in design solutions.
: agrocenosis, tillage, humus, soil hardness, agricultural technology, nutrients, humidity, minimization, spring wheat, productivity, costs
Введение. Одним из основных регионов возделывания яровой пшеницы в России является Восточная Сибирь. На Красноярский край приходится более 30 % производимого товарного зерна сильных и ценных сортов яровой пшеницы. На долю зерновых и зернобобовых культур в крае приходится 63,2 % от общей площади посева, в т. ч. яровая пшеница занимает 40,1 %, ячмень – 10,6 %. Широкое распространение яровой пшеницы и ячменя обусловлено прежде всего их пластичностью, стабильной урожайностью, высокими потребительскими свойствами продуктов переработанного зерна. Особое положение занимает мягкая яровая пшеница, которая служит основой питания более чем половины населения земного шара [1–3]. Поэтому изучение научно обоснованного эколого-географического размещения и более эффективного производства яровой пшеницы в условиях лесостепи края для объяснения возможностей повышения урожайности до 56 ц/га является весьма актуальным. В настоящее время при производстве продукции растениеводства преимущественно используют традиционные энергозатратные (классические) приемы обработки почвы – вспашка, дискование, культивирование. Наряду с традиционными приемами все большее внимание уделяется почвозащитным и энергосберегающим технологиям. Одному из таких направлений посвящены наши исследования.
Ранее проведенные исследования в Красноярском центральном природно-климатическом округе свидетельствуют о том, что главное направление в увеличении продуктивности в растениеводстве – это правильное, научно обоснованное размещение сельскохозяйственных культур на различных территориях. Для существенного увеличения урожайности растений при максимальном уровне использования возобновляемой природно-экологической энергии важным является правильный выбор технологии обработки почвы.
Предлагаемая минимально-нулевая усовершенствованная технология возделывания зерновых, в т. ч. яровой пшеницы, существенно отличается от традиционной. При традиционной обработке почвы урожайность яровой пшеницы Красноярская 12 составила 3,2 т/га, при минимальной обработке дисковым орудием БДМ-6 «Рубин» урожайность снизилась до 2,9 т/га, а при прямом посеве стерневой сеялкой СЗС-2,1 – до 2,6 т/га. При минимальной обработке дисковым орудием трудозатраты сокращаются на 35,5 %, расход ГСМ – на 40,3 %, при использовании технологии прямого посева трудозатраты сократились на 49,1 %, ГСМ – на 64,2 % по сравнению с традиционной технологией, основанной на зяблевой вспашке [4–6].
Цель исследования – усовершенствование технологии возделывания зерновых, в т. ч. яровой пшеницы, для повышения продуктивности пашни за счет совершенствования обработки почвы.
Задачи: оценить влияние вспашки, минимальной обработки почвы дисковым орудием и прямого посева стерневой сеялкой на потенциальное плодородие (водный и пищевой режим почвы) и урожайность яровой пшеницы; на примере минимальной обработки почвы дисковым орудием и прямого посева дать научное обоснование эффективности новой, энергосберегающей технологии обработки почвы с применением штыревой техники для рыхления.
Объекты и методы. Объектом изучения являются приемы обработки почвы в умеренном климатическом поясе Российской Федерации, в Емельяновском районе Красноярского края, в непосредственной близости от города Красноярска. Географические координаты стационара: 56°03' СШ, 92°42' ВД.
Территория хозяйства представляет равнинную, открытую, достаточно теплую часть Красноярской лесостепи, с выраженными остепненными участками, удобными для пашни, и находится в Красноярском природном округе. Почва – чернозем обыкновенный, маломощный, среднесуглинистый. Содержание гумуса в слое 0–20 см – 8,64–8,72 %, слабощелочная реакция среды (рНн2о 7,1–7,8), высокая сумма обменных оснований (40,0–45,5 м-экв/100 г). В пахотном слое содержится Р2О5 – 50,4–67,4 мг/кг; К2О – 214,0–269,0 мг/кг (по Б.П. Мачигину). Влагоемкость метрового слоя составляет 323 мм [9, 10].
Элементы погоды в районе стационара оцениваются по данным метеостанции «Минино» [11]. Годовая температура воздуха: минимальная – 1,1 °С; средняя +0,5 °С; максимальная +1,8 °С. Сумма температур выше +5 °С – 2215 °С, выше +10 °С – 1750 °С. Годовое количество осадков: среднее – 362 мм, за период май – сентябрь выпадает 230 мм. Устойчивое завядание растений наступает при влажности метрового слоя почвы, равной 11,7 %.
В полевом опыте использованы классические и современные методики: Б.А Доспехов, Б.П. Мачигин, Н.А. Качинский, Snedekor; современные технические средства (трактор МТЗ-82, БДН-3, БДМ-6 «Рубин», сеялка СЗС-2,1), приборы и лабораторное оборудование: мельница для размола почвенных образцов, термометры почвенные, твердомер Willi, ручной пенетрометр Eikelkamp 06.01.SA и др. [12–15].
Результаты и их обсуждение. В годы исследования в течение вегетации за июнь – август выпадало 230 мм осадков при средней многолетней сумме 191 мм. Температура воздуха колебалась в пределах 17,5 °С, близко к норме, что является достаточно низким показателем в сравнении с субтропическим климатом Краснодарского края или США с осадками в 800 мм. При таком малом количестве осадков увеличивается плотность почвы, и получить высокую урожайность зерновых культур крайне затруднительно.
Первоочередной задачей, которая решается в системе основной обработки почвы, является создание благоприятного строения пахотного слоя. Прежде всего это необходимо для проведения качественного посева, для оптимизации условий роста и хорошего развития растений в течение вегетации. Измерение твердости почвы твердомером Willi после уборки культур и весной перед посевом показало, что величина твердости в горизонте 0–40 см не превышает 21 кг на 1 см2, находится в зеленом (нормальная для растений) или желтом (допустимая) секторе шкалы. Определение твердости почвы с помощью ручного пенетрометра Eikelkamp 06.01.SA в горизонте 0–50 см с шагом 5 см (n = 10) показало наличие плужной подошвы в слое 10–20 см на варианте вспашки под третью культуру после пара.
Плотность почвы в горизонтах 0–10 и до 80 см находилась на нормальном для растений или допустимом уровне. Перед посевом объемная масса слоя 0–10 см после вспашки составляла 0,87 г/см3, на вариантах дискования и прямого посева – в пределах 0,99 г/см3.
Содержание гумуса в пахотном слое чернозема обыкновенного после 6-летней залежи такое же, как в целинном аналоге – 10,55–10,47 %. Интенсивное использование почвы в зернопаровом севообороте обусловило снижение содержания гумуса: до 8,72 % – на участках отвальной обработки, до 8,64–9,03 % – на участках минимальной обработки дисковым орудием и прямого посева.
Структура пахотного слоя после нескольких лет воздействия различными орудиями сохранила удовлетворительное состояние (табл. 1). При полевых испытаниях агрегата в 2021 г. была высказана гипотеза, что с помощью такого рабочего органа удобрения, как минеральные, так и органические, тщательно перемешиваются с почвой в поверхностном слое, становятся более доступными для корневой системы растений и защищены от воздействия прямого солнечного света и воздуха. Стала очевидной целесообразность использования в паровом поле при заделке удобрений и лучшего перемешивания с почвой минеральных и органических удобрений, внесенных поверхностно разбросным методом агрегатом РУМ.
Также становится возможным применение такого агрегата для заделки в почву на нужную глубину мелких семян кормовых культур, не требующих глубокой заделки в почву. Вскоре, через 2 сут после проведения обработки почвы парового поля взрыхленная иглами почва оседает и четко проявляются ряды обработанных и нетронутых зубьями мест (в виде лент), весьма похожих на следы после обработки поля дисковым орудием.
Таблица 1
Характеристика почвенных горизонтов под пшеницей
|
Горизонт, см |
Температура, °С |
Влажность, % |
Твердость (малая шкала) |
|||
|
1-я культ. |
2-я культ. |
1-я культ. |
2-я культ. |
1-я культ. |
2-я культ. |
|
|
0–10 |
21 |
18 |
27,1 |
26,9 |
200 |
200 |
|
10–20 |
20 |
19 |
27,4 |
23,3 |
200 |
250 |
|
20–30 |
19 |
18 |
21,3 |
24,8 |
200 |
250 |
|
30–40 |
19 |
17 |
21,1 |
30,1 |
200 |
260 |
|
40–50 |
18 |
17 |
27,3 |
29,7 |
200 |
230 |
|
50–60 |
18 |
16 |
40,3 |
36,6 |
200 |
220 |
|
60–70 |
17 |
15 |
38,4 |
36,9 |
200 |
220 |
|
70–80 |
16 |
15 |
40,8 |
37,5 |
200 |
220 |
Такой агрегат для вертикально-штыревой обработки был разработан, и его опытный образец прошел предварительные испытания на полевом стационаре в Минино Емельяновского района.
Потребность культур в элементах питания, прежде всего в азоте (следовательно, в азотных удобрениях) высокая, так как обеспеченность нитратным азотом пшеницы без удобрений низкая и очень низкая, в пределах 2,8–5,4 мг/кг почвы. На варианте с внесением 1 ц/га аммиачной селитры содержание нитратов в середине вегетации также невысокое, около 3,1–5,9 мг/кг.
Наоборот, засоренность в посевах культур отмечена высокая, особенно на варианте без обработки почвы, где наблюдается быстрое расширение очагов пырея ползучего. Защита растений от сорняков состояла в обработке посевов в фазу кущения пшеницы баковой смесью гербицидов «Пума Супер» (0,4–0,6 л/га) + «Магнум» (8 г/га). Применение гербицидов существенно (на 80 %) снизило засоренность и позволило сформировать высокую урожайность пшеницы (табл. 2). Снижению засоренности посевов будет способствовать включение в схему севооборота смеси яровой и озимой культур – озимой ржи и овса.
Таблица 2
Влияние технологии обработки почвы на продуктивность пшеницы (Минино, 2018–2021 гг.)
|
Вид обработки |
Фон удобрений |
Средняя урожайность пшеницы, т/га |
|
Максимальная |
Без удобрений |
3,0 |
|
Аммиачная селитра |
3,2 |
|
|
Минимальная |
Без удобрений |
2,6 |
|
Аммиачная селитра |
3,0 |
|
|
Посев по стерне |
Без удобрений |
2,5 |
|
Аммиачная селитра |
2,6 |
|
|
НСР05 |
А – без удобрения |
0,2 |
|
Б – аммиачная селитра |
0,2 |
Эффективность технологии возделывания пшеницы по минимальной обработке в паровом поле по продуктивности культуры не уступает варианту вспашки. Аммиачная селитра с содержанием азота 34,4 % более эффективна на минимальной обработке, обеспечивая прибавку урожая в 0,3 т/га. Прямой посев пшеницы по продуктивности уступает варианту вспашки на 0,4 т/га, а варианту с минимальной обработкой – на 0,3 т/га (НСР05 = 0,3 т/га).
Продуктивность второй пшеницы после пара существенно ниже по всем вариантам опыта. При этом минимальная обработка по уровню урожайности превышает прямой посев по стерне на 0,23 т/га при НСР05 = 0,2 т/га, что убедительно свидетельствует о преимуществе минимальной обработки по сравнению с прямым посевом. Невысокая прибавка урожайности пшеницы от применения селитры объясняется внесением азотных удобрений в предыдущие годы и их постоянным и длительным накоплением в почве и, конечно, требует уточнения экономического обоснования норм внесения для повышения их эффективности.
Основные затраты на возделывание культур при максимальном насыщении почвы минеральными удобрениями значительно снижаются при переходе на прямой посев и дискование по сравнению с традиционной глубокой обработкой почвы при незначительном снижении урожайности.
Затраты на подготовку почвы дискаторами осенью составляют 87,2 %, а расход топлива – 56,7 % от затрат на вспашку. При технологии прямого посева (No-till) затраты снижаются до 41,4 %, а расход топлива на 1 га составляет 20 % от уровня при традиционной обработке почвы плугами.
Работа выполнялась посевным комплексом, совмещающим культивацию с одновременным посевом. Такая технология позволяет в весенний период с меньшими затратами производить прямой посев сельскохозяйственных культур в севообороте. Перед посевом объемная масса слоя 0–10 см после вспашки составила 0,87 г/см3, на вариантах дискования и прямого посева – в пределах 0,99 г/см3, что соответствует рыхлому состоянию горизонта. Определение твердости почвы в горизонте 10–40 см (n = 10) показало наличие плотноватого слоя на глубине 10–20 см варианта вспашки под вторую культуру после пара. Это обстоятельство обусловливает увеличение нагрузки на почвообрабатывающие агрегаты. Схема севооборота кроме пшеницы предусматривает позднелетний посев смеси семян овса и озимой ржи. Оценка урожайности показала, что тенденция реакции культуры на изменение технологии возделывания сохраняется во всех полях севооборота.
При этом при снижении механической нагрузки на почву ее влажность сохранялась на более высоком уровне. По горизонтам влажность колебалась незначительно, прежде всего способ обработки повлиял на содержание влаги к моменту посева. На вариантах вспашки и после дискования влажность слоя 0–10 см, глубина размещения семян были ниже, чем при прямом посеве. Это, в свою очередь, явилось оправданием проведения испытаний нового агрегата. К моменту уборки культур, наоборот, влажность верхнего слоя варианта с прямым посевом была ниже, чем на вариантах вспашки и дискования (табл. 3). На наш взгляд, это явилось следствием высокой засоренности варианта. Позднелетний посев смеси ярового овса и озимой ржи позволит получить в год посева качественный урожай зеленой массы на кормовые цели. Стерня овса послужит условием для снегонакопления и хорошей перезимовке озимой ржи, и в августе возможно получение зерна. На контроле ее урожайность составила 20,3 ц/га, повышаясь на варианте дискования почвы на 3,4 ц/га, а на вспашке урожайность была выше на 32 %.
Таблица 3
Влажность почвы на разных стадиях полевого опыта (Минино, 2018–2021 гг.), %
|
Горизонт почвы, см |
Посев – всходы |
Уборка |
||||
|
Прямой посев |
Вспашка 22 см |
Дискование 10–12 см |
Прямой посев |
Вспашка 22 см |
Дискование 10–12 см |
|
|
0–10 |
27,0 |
26,0 |
26,2 |
30,1 |
32,4 |
31,4 |
|
10–20 |
26,2 |
26,4 |
27,3 |
26,3 |
29,8 |
27,3 |
|
0–20 |
26,1 |
26,2 |
26,7 |
28,2 |
31,1 |
29,3 |
|
20–30 |
27,4 |
28,2 |
26,9 |
25,9 |
27,3 |
26,9 |
|
30–40 |
28,3 |
27,0 |
26,3 |
24,3 |
24,9 |
27,1 |
|
40–50 |
29,2 |
29,5 |
28,2 |
26,1 |
25,7 |
28,2 |
|
0–50 |
27,6 |
27,4 |
27,0 |
26,5 |
28,5 |
28,2 |
Необходимость химической защиты культуры от болезней обусловлена невысокой урожайностью пшеницы в опыте (табл. 4). В годы исследования уровень урожайности обусловлен напряженным предшественником (пшеница после пара) и активным распространением листовых болезней (септориоз, ржавчина), поражение составило 60–70 %.
Таблица 4
Урожайность яровой пшеницы, т/га
|
Вариант обработки почвы |
Фон удобрений |
Предшественник |
Средняя урожайность |
|
|
По пару |
После пшеницы |
|||
|
Вспашка |
Без удобрений |
3,2 |
2,6 |
3,0 |
|
Аммиачная селитра |
3,4 |
3,0 |
3,2 |
|
|
Дискование |
Без удобрений |
2,9 |
2,5 |
2,7 |
|
Аммиачная селитра |
3,2 |
2,9 |
3,0 |
|
|
Прямой посев |
Без удобрений |
2,6 |
2,0 |
2,3 |
|
Аммиачная селитра |
2,9 |
2,4 |
2,6 |
|
|
Среднее |
Без удобрений |
2,9 |
2,4 |
2,7 |
|
Аммиачная селитра |
3,2 |
2,8 |
2,9 |
|
|
НСР05, т/га |
Обработка |
– |
– |
0,15 |
|
Удобрение |
– |
– |
0,16 |
|
|
Взаимодействие |
– |
– |
0,13 |
|
Таким образом, зернопаровой севооборот с адаптированной технологией возделывания в адаптивно-ландшафтном земледелии Красноярской лесостепи позволяет поддерживать урожайность зерна пшеницы, ячменя и овса на уровне 1,7–3,4 т/га.
Это подтверждается производственными опытами, проводимыми в различных районах Красноярского края. Такие опыты в 2013–2015 гг. позволили дать экономическую оценку по себестоимости и денежным затратам применения минимальной технологии возделывания яровой пшеницы (табл. 5).
Экономическая оценка показала, что минимализация обработки почвы и нетронутая стерня способствуют сохранению доступной влаги в почве к посеву яровых культур и повышению содержания в почве подвижного фосфора и обменного калия к середине вегетации растений.
Таблица 5
Экономическая оценка технологий обработки почвы в паровом поле
при производстве зерновых (2018–2020 гг.)
|
Технология возделывания |
Урожайность, т/га |
Затраты, руб/га |
Себестоимость, руб/т |
Выручка, руб/ц |
Затраты труда, чел.-дн. |
|
Традиционная |
3,5 |
9175 |
2620 |
8000 |
42,6 |
|
Минимальная |
3,2 |
7730 |
2420 |
8000 |
28,6 |
|
Нулевая |
3,0 |
6497 |
2170 |
8000 |
20,2 |
Совершенствование технологий обработки почвы показало, что при минимализации обработки финансовые затраты снижаются, и даже при снижении урожайности себестоимость продукции ниже на 21 %, чем при традиционной технологии возделывания. Минимальная обработка почвы снижает себестоимость зерна на 7,6 %.
Заключение. Результаты исследования подтвердили данные средней эколого-географической урожайности разных сортов пшеницы в Красноярском крае 3,5–3,0 т/га.
Абсолютный минимум в опыте, представленный прямым посевом пшеницы семенами без протравителя и удобрений, обеспечил урожайность зерна на уровне 17,8 ц/га.
Постепенное повышение затрат на возделывание культуры приводит к постепенному росту урожайности зерна на 4–35 % за счет улучшения обеспеченности азотом аммиачной селитры и доступной влагой верхних горизонтов весной. Оценка технологий возделывания пшеницы после пара в условиях открытой лесостепи показала эффективность вспашки. Урожайность составила 3,2 т/га. На варианте с минимальной обработкой почвы (дискование) урожайность составила 2,9 т/га, при прямом посеве – 2,6 т/га.
1. Kiryushin V.I. Principy formirovaniya adaptivno-landshaftnyh sistem zemledeliya // Agrarnaya nauka. 1993. № 3. S. 7–11.
2. Chekaev N.P., Kuznecov A.Yu. Tehnologiya No-till – put' k real'nym rezul'tatam // Prodovol'stvennaya politika i bezopasnost'. 2015. T. 2, № 1. S. 7–18.
3. Vlasenko A.N., Vlasenko N.G., Korotkih N.A. Problemy i perspektivy razrabotki i osvoeniya tehnologii No-till na chernozemah lesostepi Zapadnoy Sibiri // Dostizheniya nauki i tehniki APK. 2013. № 9. S. 16–19.
4. Sistema zemledeliya Krasnoyarskogo kraya na landshaftnoy osnove: nauch.-prakt. rekomendacii / pod red. S.V. Bryleva. Krasnoyarsk, 2015. S. 27–32.
5. Romanov V.N., Litau V.M. Produktivnost' zernovyh kul'tur v zernoparovom sevooborote v usloviyah Krasnoyarskoy lesostepi // Dostizheniya nauki i tehniki APK. 2014. № 6. S. 43.
6. Kozhevnikov N.V. Vliyanie priemov osnovnoy obrabotki pochvy na soderzhanie i zapasy gumusa chernozema obyknovennogo Krasnoyarskoy lesostepi // Otrazhenie bio-, geo-, antroposfernyh vzaimodeystviy v pochvah i pochvennom pokrove: mat-ly VI Vseros. nauch.-prakt. konf. Tomsk, 2016. S. 288–291.
7. Pat. 2671480 S2. Sposob i ustroystvo osnovnoy glubokoy vertikal'no-shtyrevoy obrabotki pochvy / Cuglenok N.V.; patentoobladatel' Krasnoyarskiy GAU. № 2014121579, zayavl. 27.05.2014, opubl. 31.10.2018, Byul. № 31.
8. Pat. 2732021. Sposob i ustroystvo osnovnoy glubokoy vertikal'no-shtyrevoy obrabotki pochvy / Cuglenok N.V., Kacer I.I.; patentoobladatel' Cuglenok N.V. № 2019117628, zayavl. 05.06.2019, opubl. 10.09.2020, Byul. № 25.
9. Vliyanie obrabotki pochvy na elementy plodorodiya i urozhaynost' pshenicy v lesostepnoy zone Krasnoyarskogo kraya / N.V. Petrovskiy [i dr.] // Dostizheniya nauki i tehniki APK. 2016. T. 30, № 6. S. 77–79.
10. Ocenka i izmenenie plotnosti slozheniya chernozema v polyah sevooborota / N.L. Kurachenko [i dr.] // Zemledelie. 2010. № 1. S. 9–11.
11. Krasnoyarsk-meteo. 2018–2021 gg. // URL: www.meteo.krasnoyarsk.ru.
12. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta. M.: Agropromizdat, 1985. 352 s.
13. Rukovodstvo po provedeniyu registracionnyh ispytaniy agrohimikatov v sel'skom hozyaystve. M., 2018. 217 s.
14. Kachinskiy N.A. Fizika pochv. M.: Vyssh. shk., 1970. 360 s.
15. Sorokin O.D. Prikladnaya statistika na komp'yutere. Novosibirsk, 2004. 162 s.
