ВАК 06.01.01 Общее земледелие, растениеводство
УДК 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
ГРНТИ 68.01 Общие вопросы сельского хозяйства
ГРНТИ 68.35 Растениеводство
Исследования проводили с целью изучения эффективности различных ресурсосберегающих моделей возделывания яровой пшеницы, позволяющих формировать стабильные урожаи с наименьшими затратами. Работу выполняли в Ульяновской области в стационарном полевом опыте в 2017–2019 гг. Почва опытного участка – чернозем выщелоченный, среднемощный с содержанием гумуса 6,35 %, подвижных P2O5 и К2О (по Чирикову) – соответственно 225 и 119 мг/кг, рНсол – 6,8, сумма поглощенных оснований − 48,6 мг.-экв./100 г. Схема опыта предусматривала изучение вариантов технологий под яровую пшеницу, различающихся основной обработкой почвы и количеством операций в технологическом процессе на фоне применения минеральных удобрений и средств защиты растений: традиционная технология − вспашка на глубину 23...25 см (контроль); ресурсосберегающая технология − безотвальная обработка на 23...25 см; минимальная технология − без осенней основной обработки, посев проводили по обработанной стерне весной. Урожайность яровой пшеницы во влажный 2017 г. по традиционной технологии составляла 4,21 т/га, по ресурсосберегающей она была ниже на 0,06 т/га, по минимальной – на 0,09 т/га. В засушливом 2018 г. сбор зерна с единицы площади по ресурсосберегающей технологии составляла – 2,72 т/га, а по традиционной был меньше на 0,64, по минимальной – на 0,69 т/га. В умеренно засушливом 2019 г. по традиционной и ресурсосберегающей технологиям урожайность пшеницы была одинаковой – 3,39 и 3,40 т/га, а по минимальной – на 0,14…0,15 т/га ниже. Разработанные модели ресурсосберегающих и минимальных агротехнологий позволяют сохранить почвенное плодородие, сократить затраты на 3,0…5,5 %, снизить себестоимость зерна яровой пшеницы на 2,5…8,4 %, повысить эффективность и рентабельность его производства на 65…75 %
традиционная, ресурсосберегающая, минимальная агротехнология, урожайность, эффективность
Введение. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что высокая эффективность земледелия, определяется прежде всего, степенью интенсификации его отраслей и правильным применением природных и антропогенных ресурсов. Освоение эффективных и малозатратных технологий на агроландшафтной основе дает возможность формировать расширенное воспроизводство плодородия почв и повышать рентабельность производства [1, 2, 3].
Энергоемкие приемы возделывания зерновых культур в недостаточной мере соответствуют современным требованиям в плане накопления и сохранения влаги, а также снижения затрат и экологичности [4, 5]. В силу этого исследования по изучение более новых моделей ресурсосберегающих технологий возделывания яровой пшеницы, обеспечивающих формирование стабильных урожаев в условиях лесостепи Среднего Поволжья, имеют важное теоретическое и практическое значение.
Цель исследований – выявить эффективность различных ресурсосберегающих моделей возделывания яровой пшеницы, позволяющих формировать стабильные урожаи с наименьшими затратами.
Условия, материалы и методы. Работу проводили в 2017–2019 гг. на опытном поле Ульяновского НИИСХ – филиала СамНЦ РАН. Объектом исследований был сорт яровой пшеницы Экада-70, которую высевали с нормой высева 5,5 млн шт./га. Предшественник − озимая пшеница. Опыт развернут во времени и в пространстве тремя закладками. В технологиях возделывания яровой пшеницы использовали системы машин производства ООО «Сельмаш».
Площадь участка – 8,0 га. Учетная площадь делянок 150 м2. Расположение делянок – систематическое. Повторность трехкратная.
Почва опытного участка – чернозем выщелоченный, среднемощный, среднесуглинистый со следующей агрохимической характеристикой пахотного (0…30 см) слоя: рНсол − 6,8; сумма поглощенных оснований − 48,6 мг-экв./100 г, содержание гумуса (по Тюрину) − 6,35 %; подвижных (по Чирикову) P2O5 – 225 мг/кг, K2O – 119 мг/кг. Мощность генетических горизонтов: Ап – 27 см, А1 – 27…60, А2 – 60…81, В1 – 91…97 см.
Схема опыта предполагала изучение следующих вариантов агротехнологий:
традиционная, включавшая 8 технологических операций – лущение стерни ЛДГ-10 на глубину 10...12 см, вспашка на 23…25 см, весеннее боронование БЗТС-1,0, предпосевная культивация КПС-4,0 на 5...6 см, посев сеялкой СЗ-5,4, прикатывание посевов ЗККШ-6, обработка посевов гербицидом ОП-2000, уборка прямым комбайнированием САМПО-500;
ресурсосберегающая, предусматривающая 6 технологических операций – лущение стерни ЛДГ-10 на 10...12 см, безотвальная обработка орудием со стойками СибИМЭ на 23...25 см, весеннее боронование БЗТС-1,0, посев сеялкой АУП-18,07, обработка посевов гербицидом ОП-2000, уборка прямым комбайнированием САМПО-500;
минимальная, включающая 4 технологических операции − весеннее боронование БМ-4,5, посев сеялкой АУП-18,07, обработка посевов гербицидом ОП-2000, уборка прямым комбайнированием САМПО-500.
Борона модульная БМ-4,5 производства Сызранского завода «Сельмаш» предназначена для обработки верхнего слоя почвы с осуществлением крошения, создания более плотной прослойки на глубине обработки, выравнивания поверхности поля и удаления сорняков.
Посев проводили в начале первой декады мая. При посеве вносили сложные удобрения в дозе N16P16K16. Борьбу с сорняками осуществляли в фазе кущения гербицидом Аметил, ВРК в дозе 0,7...1,5 л/га. Урожайность приводили на 100 %-ную чистоту и 14 %-ную влажность (ГОСТ 27548-97). Статистическую обработку данных осуществляли по Б. А. Доспехову [6].
Для оценки активности почвенной микрофлоры использовали метод разложения льняных полотен (метод аппликаций). На его основании можно судить об активности бактерий, под действием которых протекает разложение в почве органической массы.
При расчете экономической эффективности прямые затраты (заработная плата с начислениями для трактористов, стоимость горючего, текущий ремонт, амортизационные отчисления, гербициды, удобрения) приняты по нормативам Ульяновского НИИСХ. Урожайность взята в среднем за 2017–2019 гг. Расчеты выполнены на основе технологических карт.
Агрометеорологические условия вегетационных периодов в 2017–2019 гг. складывались следующим образом. Сумма эффективных температур выше +5 °С за вегетационный период (апрель–сентябрь) в 2017 г. составила 1532 °С при климатической норме 1762 °С, сумма осадков – соответственно 396 и 307 мм, ГТК − 1,4 при норме – 1,0. В 2018 г. сумма эффективных температур за вегетацию достигала 2783 °С, осадков – находилась на уровне 129 мм при ГТК 0,5. В 2019 г. величины этих показателей составляли 2277 °С, 276 мм и 0,8 ед. В целом климатические условия Среднего Поволжья позволяют ежегодно собирать высокие урожаи зерновых культур, но обеспечение их стабильности сдерживается недостатком влаги в почве, повышенной температурой воздуха в отдельные годы и высокой засоренностью полей.
Результаты и обсуждение. В условиях недостаточного увлажнения большое значение имеет сложение почвы. Если почва сильно уплотнена, то складываются неблагоприятные условия для развития растений. Если почва имеет рыхлое сложение, то происходит потеря влаги вследствие испарения [7, 8].
В наших исследованиях в среднем за 2017−2019 гг. плотность почвы в пахотном слое составляла 1,05…1,16 г/см3 (табл. 1). Самое рыхлое сложение почвы в опыте в годы исследований зафиксировано по традиционной технологии, как по слоям, так и по всему пахотному горизонту − 1,03…1,08 г/см3. На фоне с минимальной технологией без осенней обработки с применением модульной бороны весной и посевом сеялкой АУП-18,07 почва находилась в наиболее уплотненном состоянии, плотность ее составляла 1,12...1,19 г/см3 и была достоверно выше, чем при традиционной технологии. При ресурсосберегающей технологии величина этого показателя находилась в промежуточном положении (1,04…1,10 г/см3) при отсутствии существенной разницы с традиционной технологией.
Ведущим фактором формирования высоких и качественных урожаев в условиях Поволжья выступает влага. Одна из главных задач применяемых технологий − накопление и сохранение как можно большего ее количества [9, 10].
В среднем за годы исследований по минимальной и ресурсосберегающей технологиям влаги в почве накапливалось и сохранялось существенно больше, чем по традиционной. Так, в период кущения пшеницы в пахотном слое ее продуктивные запасы составляли соответственно 20,0…23,8 и 17,0 мм, а в метровом − 69,7…73,7 и 54,7 мм (табл. 2).
При традиционной технологии влага испарялась интенсивнее, чем по ресурсосберегающей и минимальной, по-видимому это происходило вследствие более рыхлого сложения почвы и дополнительного приема − предпосевной культивации. В фазе полной спелости пшеницы запасы влаги пополнялись благодаря атмосферным осадкам. Так, в 2017 г. за июль–август выпало 185,2 мм при норме 59 мм, в 2018 г. – 66,0 мм, в 2019 г. – 173,8 мм. Поэтому запасы продуктивной влаги в пахотном слое были достаточными и находились практически на одном уровне 44,0…48,2 мм, при этом достоверной разности между вариантами не отмечено. В метровом слое запасы влаги по минимальной (203,2 мм) и ресурсосберегающей (192,8 мм) технологиям были достоверно выше, чем по традиционной (176,1 мм).
Обеспеченность растений доступными питательными веществами служит одним из основных признаков, характеризующих эффективное плодородие почвы, а процесс их образования и накопления также выступает одним из основных условий получения высоких урожаев [11, 12].
Содержание нитратного азота в пахотном слое почвы в фазе полных всходов по разным технологиям составляло 28,9…41,9 мг/кг при максимальных в опыте величинах на фоне ресурсосберегающей технологии (табл. 3). Количество подвижного фосфора в почве в этот период было высоким и варьировало от 190 до 219 мг/кг почвы при наибольших величинах по ресурсосберегающей и минимальной технологиям возделывания пшеницы. Содержание подвижного калия в пахотном слое почвы в фазе всходов пшеницы во всех вариантах опыта классифицировалось как среднее (117...121 мг/кг) и практически не изменялось по фонам обработки почвы.
В конце вегетации яровой пшеницы содержание нитратного азота, подвижного фосфора и подвижного калия в пахотном слое почвы снижалось. Так, на фоне традиционной технологии оно уменьшилось, по сравнению с весенними запасами, соответственно на 10,4, 14,7 и 2,5 %, по ресурсосберегающей и минимальной технологиям − на 9,3, 34,0, 4,3 % и 6,6, 28,8 и 7,4 %. Наибольшее содержание нитратного азота к уборке пшеницы отмечали на фоне ресурсосберегающей технологии – 38,0 мг/кг почвы, что было достоверно выше, в сравнении с традиционной и минимальной.
Важным показателем эффективности технологий и положительного влияния их на урожайность сельскохозяйственных культур выступает биологическая активность почвы [13, 14, 15]. Наибольшая в опыте степень разложения льняного полотна в 30-сантиметровом слое почвы отмечена при возделывании яровой пшеницы по ресурсосберегающей и минимальной технологиям − 43,9 и 40,1 % соответственно (табл. 4).
Наилучшие условия для целлюлозоразлагающих микроорганизмов в слое 10...20 см складывались по ресурсосберегающей технологии, где степень разложения полотен составила в среднем 56,5 %, а в слое 20...30 см − по минимальной (48,7 %). В верхнем (0...10 см) слое биологическая активность почвы изменялась от слабой (28,2 %) по традиционной технологии до средней (34,4 %) по минимальной, что было достоверно выше традиционной на 6,2 %.
Сорняки оказывают негативное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур и приводят к снижению экономических показателей. В связи с этим необходимо применять гербициды, чтобы количество сорных растений оставалось на экономически безопасном уровне [16, 17].
Засоренность посевов яровой пшеницы малолетними и многолетними сорняками до обработки гербицидами изменялась в зависимости от технологии от 35,7 до 48,1 шт./м2 (табл. 5). Количество малолетних и многолетних сорняков в изучаемых вариантах было высоким и превосходило порог вредоносности в 1,7...2,3 и 4,5...6,6 раз соответственно. После обработки посевов гербицидом Аметил, ВРК в дозе 0,7 л/га численность малолетних и многолетних сорняков при возделывании пшеницы по традиционной технологии снизилась на 74,5 %, по ресурсосберегающей − на 63,8 %, по минимальной – на 52,8 %.
Применение гербицидов позволяет быстро и эффективно бороться с сорняками и, следовательно, предотвращать потери урожая. Через 30 дней после обработки посевов гербицидом сорняки приостановили свое развитие и находились в угнетенном состоянии, но последующее выпадение обильных осадков (за исследуемые годы выше нормы в 1,1…3,1 раза) в июле и августе, ослабило действие защитных препаратов и способствовало быстрому развитию новых волн сорняков и отрицательному их влиянию на развитие культуры до ее уборки, особенно по минимальной технологии.
Многочисленными исследованиями установлено, что технологии возделывания влияют на рост и развитие сельскохозяйственных растений, изменяя водный и питательный режимы, что в конечном счете сказывается на урожайности. Это воздействие в зависимости от почвенно-климатических условий может проявляться по-разному [18, 19].
По результатам наших исследований, во влажном 2017 г. по традиционной технологи урожайность яровой пшеницы составляла 4,21 т/га, по ресурсосберегающей она была ниже на 0,06 т/га, по минимальной – на 0,09 т/га (табл. 6). В засушливом 2018 г. картина поменялась. Наибольшую урожайность сформировали посевы яровой пшеницы по ресурсосберегающей технологии – 2,72 т/га, что было существенна выше, чем по традиционной, на 2,08 т/га, по минимальной – на 2,03 т/га. В умеренно засушливом 2019 г. наибольшая урожайность культуры отмечали по традиционной и ресурсосберегающей технологиям – 3,39 и 3,40 т/га соответственно против 3,25 т/га по минимальной. В среднем за три года сбор зерна пшеницы по ресурсосберегающей технологии составила 3,42 т/га, что было на 0,19 т/га выше, чем по традиционной, на 0,29 т/га, по сравнению с минимальной. То есть ресурсосберегающая технология возделывания позволяет обеспечить во влажные и умерено-засушливые годы практически такую же урожайность яровой пшеницы, как и традиционная, а в засушливые годы − даже выше.
Важными показателями, влияющие на экономическую эффективность исследуемых технологий возделывания сельскохозяйственных культур служат выход продукции с единицы площади, затраты на производство, чистый доход, себестоимость продукции и уровень рентабельности [20]. Выращивание яровой пшеницы по ресурсосберегающей технологии позволило получить наибольшие в опыте чистую прибыль (11727 руб./га) и рентабельность (75 %) при минимальной себестоимости зерна (4571 руб./т) (табл. 7). В этом варианте производственные затраты и себестоимость зерна были ниже, по сравнению с традиционной технологией, соответственно на 3,0 и 8,4 %, а чистая прибыль − выше на 20,5 %.
Наименьшие производственные затраты при возделывании яровой пшеницы отмечены по минимальной технологии – 15221 руб./га, что было на 5,5 и 2,6 % ниже, чем по традиционной и ресурсосберегающей. Уровень рентабельности при этом составлял 65 %, чистая прибыль − 9819 руб./га, а себестоимость зерна − 4863 руб./т.
Выводы. Наиболее рыхлое сложение почвы формировалось по традиционной технологии (1,03…1,08 г/см3), самое плотное − по минимальной (1,12…1,19 г/см3), при этом она оставалась в пределах оптимальных значений для пшеницы.
Запасы продуктивной влаги в фазе кущения, как в пахотном, так и метровом слоях почвы были существенно выше по минимальной и ресурсосберегающей технологии. В фазе полной спелости в пахотном слое по всем технологиям они были одинаковыми (44,0…48,2 мм), а в метровом слое – существенно выше по минимальной (203,2 мм) и ресурсосберегающей (192,8 мм) технологиям, в сравнении с традиционной (176,1 мм).
Содержание нитратного азота в пахотном слое почвы весной было существенно выше по ресурсосберегающей технологии, подвижного фосфора – по ресурсосберегающей и минимальной технологиям, в сравнении с традиционной, по подвижному калию они были одинаковыми во всех вариантах.
Биологическая активность почвы (разложение льняного полотна) по ресурсосберегающей и минимальной технологиям была на 10,2…14,0 % выше, чем по традиционной.
Количество малолетних и многолетних сорняков в посевах яровой пшеницы во всех вариантах технологий превышало порог вредоносности в 1,7…6,6 раза. После обработки гербицидом Аметил, ВРК в дозе 0,7 л/га их численность снижалась по традиционной технологии на 74,5 %, по ресурсосберегающей – на 63,8 %, по минимальной – на 52,8 %.
Наибольшая в опыте урожайность яровой пшеницы во влажный и умеренно влажный годы (2017 и 2019 гг.) отмечена по традиционной (4,21 и 3,39 т/га) и ресурсосберегающей технологиям (4,15 и 3,40 т/га), что выше, чем по минимальной, соответственно на
0,09…0,14 и 0,03…0,15 т/га. В засушливом 2018 г. урожайность пшеницы по ресурсосберегающей технологии (2,72 т/га) превышала величину этого показателя по традиционной и минимальной технологиям на 0,64…0,69 т/га.
Затраты при возделывании яровой пшеницы по ресурсосберегающей и минимальной технологиям уменьшались, по сравнению с традиционной, соответственно на 3,0 и 5,5 %. Себестоимость зерна снизилась на 2,5…8,4 %, а уровень рентабельности составил 65…75 %.
1. Формирование урожая озимой пшеницы в зависимости от системы удобрений при минимизации основной обработки почвы / М. М. Ильясов, А. Х. Яппаров, Ф. Ш. Шайхутдинов и др. // Вестник Казанского ГАУ. 2014. № 1 (31). С. 117–121.
2. Wainaina P., Qaim M., Tongruksawattana S. Tradeoffs and complementarities in the adoption of improved seeds, fertilizer, and natural resource management technologies in Kenya // Agricultural Economics. 2016. Vol. 47. No. 3. P. 351–362.
3. О целесообразности освоения системы прямого посева на черноземах России / А.Л. Иванов, В.В. Кулинцев, В.К. Дридигер и др. // Достижения науки и техники АПК. 2021. Т. 35. № 4. С. 8–16.
4. Ивенин В. В. Минимизация обработки почвы и урожайность яровой пшеницы // Земледелие. 2010. № 5. С. 13–14.
5. Кирюшин В.И. Состояние и проблемы развития адаптивно-ландшафтного земледелия // Земледелие. 2021. № 2. С. 3–7.
6. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Книга по Требованию, 2012. 352 с.
7. Сабитов М. М., Никитин С. Н. Обработка почвы – важный элемент адаптивно-ландшафтной системы земледелия // АгроXXI. 2012. № 1-3. С. 27–30.
8. Кирюшин В. И. Проблема минимизации обработки почвы: перспективы развития и задачи исследований // Земледелие. 2013. № 7. С. 3–6.
9. Mueller V., Vallury S., Masias I. Labor-saving technologies and structural transformation in northern Ghana // Agricultural Economics. 2019. Vol. 50. No. 5. P. 581–594.
10. Влияние ресурсосберегающих обработок на агрофизические свойства обыкновенного чернозема и урожайность яровой пшеницы в предгорной степи Южного Урала / Я. З. Каипов, Р. Л. Акчурин, З. Р. Султангазин и др. // Земледелие. 2020. № 1. С. 40–43.
11. Динамика показателей почвенного плодородия при возделывании сельскохозяйственных культур по технологии No-Till в условиях Ставропольского края / А. Н. Есаулко, С. А. Коростылев, М. С. Сигида и др. // Агрохимический вестник, 2018, № 4. – С. 58-61.
12. Наумченко Е.Т., Банецкая Е.В. Потребление азота яровой пшеницей на разных уровнях обеспеченности почвы подвижным фосфором // Достижения науки и техники АПК. 2020. Т. 34. № 6. С. 23–27.
13. Оленин О. А., Зудилин С. Н. Оптимальная модель плодородия чернозема обыкновенного для яровой пшеницы в лесостепи Поволжья // Плодородие. 2020. № 1 (112). С. 28-33. doi: 10.25680/s19948603.2020.112.09.
14. Assessing synergistic effects of no-tillage and cover crops on soil carbon dynamics in a long-term maize cropping system under climate change / Y. Huang, W. Ren, J. Grove, et al. // Agricultural and Forest Meteorology. 2020. Vol. 291. Article 108090. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168192320301921 (дата обращения 01.03.2021).
15. Зинченко М.К. Мониторинг численности бактериальной микрофлоры в агроэкосистемах серой лесной почвы // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 12. С. 10–14.
16. Сабитов М. М., Науметов Р. В., Шарипова Р. Б. Влияние комплексного применения средств химизации на основные заболевания и засоренность яровой пшеницы // Пермский аграрный вестник. 2015. № 3 (11). С. 25−32.
17. Биологическое обоснование возможности применения гербицидов в разные фазы развития зерновых культур / А.С. Голубев, Т.А. Маханькова, В.И. Долженко и др. // Российская сельскохозяйственная наука. 2020. № 1. С. 20–24.
18. Матюк Н. С., Шевченко В. А. Действие различных систем удобрения и приемов обработки дерново-подзолистой почвы на содержание гумуса, элементов питания и урожайность культур севооборота // Плодородие. 2017. № 1 (94). С. 26−29.
19. Влияние удобрений на продуктивность культур севооборота и вынос элементов питания в Вологодской области / О. В. Чухина, Р. А. Глазов, Д. Е. Смирнов и др. // Плодородие. 2019. № 1 (106). С. 22−25.
20. Сабитов М. М. Экономическая эффективность технологий возделывания культур в зернопаровом севообороте // Достижения науки и техники АПК. 2021. Т. 35. № 2. С. 13−18.
