Влияние метеоусловий и технологических приемов на формирование структурной основы урожая яровой пшеницы

Полный текст

Продуктивность зерновых культур – результат сложного взаимодействия и участия в формировании урожая множества факторов. [6, 11, 12] Их посевы – биологические саморегулирующиеся системы с определенными параметрами развития, которые могут быть представлены в виде структурных моделей. Процесс формирования высокопродуктивных посевов зерновых культур заключается в оптимизации параметров урожая, установлении наиболее благоприятного сочетания основных природных факторов и приемов целенаправленного технологического воздействия на посев, при которых в конкретных агроэкологических, почвенно-климатических условиях обеспечивается максимальная, экономически целесообразная продуктивность. [2, 8, 15] Наличие структурных моделей формирования посевов позволяет контролировать и корректировать продукционный процесс, эффективно использовать имеющиеся ресурсы, значительно снизить затраты на возделывание зерновых культур.

Уровень урожая зерновых культур зависит от трех основных параметров, составляющих структуру урожая: количества продуктивных стеблей на 1 м², колосков и зерен в колосе, массы 1000 зерен. На них могут влиять почвенно-мелиоративные и погодные условия, технологические факторы (предшественники, обработка почвы, сроки и способы посева, глубина заделки семян, удобрения), биологические и сортовые особенности культур, болезни и вредители растений и другое. [2, 5, 7, 8, 14]

Цель работы – установить особенности влияния агроэкологических и технологических факторов на формирование структурных параметров продуктивности яровой пшеницы на осушаемых землях.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследования проводили в 2011–2023 годах на агрополигоне Губино ВНИИМЗ (Тверская обл.). В основном опыте продуктивность и структуру урожая яровой пшеницы изучали на осушаемом и переувлажняемом (не дренированном) участках с тремя вариантами технологий: 1 – без удобрений (экстенсивная), 2 – N₄₅Р₁₅K₄₅ (среднеинтенсивная – нормальная), 3 – N₉₀Р₃₀K₉₀ (интенсивная). В дополнительных опытах оценивали эффективность приемов обработки почвы и способов посева яровой пшеницы. Почва – дерново-подзолистая легкосуглинистая глееватая, хорошо окультуренная средне- и слабокислая с высоким содержанием подвижного фосфора, повышенным – калия, количеством гумуса – 2,23…2,70%. Осушение осуществлено закрытым дренажом (междренное расстояние – 20…22 м, глубина заложения дрен – 0,9…1,2 м) в 1984 году. В основном опыте яровую пшеницу размещали после картофеля в плодосменном севообороте с чередованием культур: клеверный пар – озимая рожь (озимая тритикале) – картофель – яровая пшеница с подсевом клевера. Минеральные удобрения по вариантам включали согласно схемы опыта в виде азофоски, аммиачной селитры и хлористого калия. В технологических опытах с обработкой и способами посева предшественниками яровой пшеницы были озимая рожь и картофель, минеральные удобрения (N₅₀Р₅₀К₅₀) вносили перед посевом.

Выращивали районированные сорта яровой пшеницы Иргина (2011–2019 годы) и Злата (2020–2023). Способ посева в основном опыте – сеялкой СЗ-3,6, в технологических – гребне-катковой СЗГК-3,6. Норма высева семян – 6,0 млн/га всх. зерен, повторность трех-четырехкратная. Общая площадь делянок – 100…430 м², учетная – 40…50 м². Анализы и наблюдения проводили по общепринятым в земледелии методикам, статистическую обработку – по Б.А. Доспехову. Метеоусловия во время вегетации в годы исследований различались, прежде всего, по количеству осадков. Согласно ГТК Селянинова 2011, 2015–2019 и 2022 годы – влажные (1,24…1,79), 2012 и 2020 – избыточно влажные (2,10…2,22), 2013, 2014 и 2021 – засушливые (0,91…0,99).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Из технологических приемов основная роль в интенсификации земледелия в Нечерноземной зоне РФ и повышении урожайности зерновых культур принадлежит удобрениям. В основном опыте при осушении и удобрении урожайность яровой пшеницы на временно переувлажняемой глееватой почве увеличилась в 2,31 раза (рис. 1). Под влиянием только дренирования, без удобрений, ее урожайность повысилась на 17,9%, под действием удобрений (на осушаемом фоне) – на 53,3% при средних нормах и 84,9% – высоких. При нормальной технологии возделывания яровой пшеницы с помощью минеральных удобрений сформировалось 79,1% суммарного прироста урожая, с осушением – 20,9%, при интенсивной технологии – 84,9 и 15,1% соответственно. Осушение повышает эффективность удобрений, прирост урожая яровой пшеницы – 15,8…22,4%, в зависимости от норм их внесения.

 

Рис. 1. Влияние осушения и удобрений на продуктивность яровой пшеницы при выращивании на дерново-подзолистой глееватой почве, среднее за 2011–2021 годы.

 

Дренирование переувлажняемых почв и применение удобрений, как показали исследования, не решают в полном объеме проблему устойчивости земледелия на осушаемых землях. В условиях интенсивного земледелия продуктивность растений связана, чаще всего, с погодным фактором, определяющим агроэкологическое состояние почвенной среды, обеспеченность растений в период вегетации гидротермическими ресурсами. Вариабельность урожаев яровой пшеницы по годам в опыте составила 28,4%. Сумма температур за май – июль (основные месяцы вегетации пшеницы) выше 10^оС по годам колебалась от 1052 до 1606°С, осадков – 124…353 мм, ГТК – 0,87…2,78. Наиболее тесно урожайность яровой пшеницы коррелировала с гидротермическими ресурсами мая. При интенсивной технологии коэффициент корреляции ее урожайности с погодными условиями (по ГТК Селянинова) в мае составил 0,60, мае-июне – 0,43, июле – 0,28. В годы проведения исследований ГТК в мае 0,22…3,90, мае-июне – 0,76…3,44, июле – 0,87…3,08. В отдельные годы почвенными факторами, действующими на формирование продуктивности пшеницы, были как избыточное увлажнение и нарушение воздушного режима в корнеобитаемом слое в период вегетации, так и дефицит продуктивной влаги. Погодные условия существенно влияли на продолжительность вегетационного периода яровой пшеницы (от появления всходов до созревания), по годам она изменялась от 70 (2018 год) до 97 дн. (2017). Установлено, что между продолжительностью вегетационного периода и биологической урожайностью пшеницы существует прямая связь. Коэффициент корреляции составил 0,93. В годы с более длительным вегетационным периодом урожайность яровой пшеницы была выше (рис. 2).

 

Рис. 2. Продолжительность вегетационного периода и урожайность яровой пшеницы.

 

В среднем за 13 лет в варианте с интенсивной технологией биологическая урожайность зерна составила 5,63 т/га, в зависимости от погодного фактора она изменялась от 3,57 до 7,47 т/га.

Для проведения сравнительного структурного анализа урожая разных лет за контроль были приняты средние пятилетние данные (ГТК – 1,65) с продуктивностью и параметрами структуры урожая близкими к многолетним значениям (см. таблицу). Урожайность яровой пшеницы по годам тесно связана с ее структурными показателями. Количество продуктивных стеблей на 1 м² колебалось от 355 до 645 шт. (средний показатель за 13 лет – 501 шт./ м²), число зерен в колосе – 25,6…36,8 шт. (31,3 шт.), масса 1000 зерен – 25,0…37,6 г (35,9 г), масса зерна в колосе – 0,81…1,38 г (1,12 г).

 

Структура урожая яровой пшеницы (осушаемая почва, интенсивная технология, 2011–2019 годы – сорт Иргина, 2020–2023 – Злата)

Биологическая урожайность, т/га	Количество стеблей с колосом, шт./м2	Коэффициент продуктивной кустистости	Число зерен в колосе, шт.	Масса, г		Годы
				1000 зерен	зерна в колосе
3,57	355	1,00	31,6	31,8	1,00	2016
3,86	475	1,01	32,3	25,0	0,81	2018
4,29	492	1,19	25,7	34,2	0,88	2011, 2021
5,47 (среднее за 5 лет – контроль)	479	1,19	31,4	36,9	1,15	2012, 2013, 2019, 2020, 2023
7,00	506	1,13	36,8	37,6	1,38	2015
7,47	645	1,50	30,9	37,5	1,16	2017
5,63 (среднее за 13 лет)	501	1,17	31,3	35,9	1,12	2011–2023

 

Установлено, что долевое участие отдельных структурных элементов в формировании урожая изменяется от погодных условий. Хорошие, практически равные урожаи яровой пшеницы могут быть в посевах с разными моделями их продуктивности. В 2017 году высокая биологическая урожайность зерна (7,47 т/га) была получена при увеличенном на 34,6%, по сравнению с контролем, количестве стеблей с колосом (645 шт./м²).

Оно связано с гидротермическими особенностями первой части (всходы – колошение) вегетационного периода, когда формируются основные параметры стеблестоя. Развитие растений проходило при пониженных температурах воздуха и повышенной обеспеченности осадками. Средняя температура воздуха с 20 мая по 10 июля была ниже среднемноголетней на 2,2 ^оС, осадков выпало 156% нормы, ГТК – 2,87. В этих условиях продолжительность первой части вегетации растений, по сравнению с контрольным вариантом, увеличилась на 30,4% из-за продления фазы стеблевания. Погодные условия были благоприятными для процессов кущения – стеблевания и хорошей сохранности стеблестоя. Коэффициент продуктивной кустистости составил 1,50, при среднем – 1,17. Влажность почвы в основные фазы развития растений находилась в пределах 67,8…92,8%.

В 2015 году, в отличие от 2017, такой же уровень урожайности (7,0 т/га) был получен при средней плотности продуктивного стеблестоя – 506 шт./м². Общий прирост урожая в этом году на 1,53 т/га (75,8%) сформировался из-за увеличения продуктивности колоса, участие продуктивных стеблей в приросте урожая – 24,2%. Масса зерна в колосе (1,38 г), по сравнению с контролем, увеличилась на 0,23 г, основной прирост произошел из-за роста числа зерен в колосе с 31,4 до 36,9 шт. (17,5%). Погодные условия в 2015 году характеризовались периодической сменой засушливых периодов (ГТК – 0,25…0,84) с влажными или избыточно влажными (2,20…3,73). Такой гидротермический режим оказался благоприятным для формирования всех элементов структуры урожая, особенно числа зерен в колосе. Влажность почвы в основные фазы развития растений – 43…74% (среднее – 53,0%).

Существенное снижение биологической продуктивности посевов яровой пшеницы в отдельные годы также связано с критическим воздействием метеоусловий на отдельные элементы структуры урожая и значительным отклонением их параметров от оптимальных. В 2016 году причиной относительно невысокой биологической урожайности пшеницы – 3,57 т/га (65,3% к контролю) стала пониженная плотность продуктивного стеблестоя. Количество стеблей с колосом в структуре урожая составляло 355 шт./м² (74,1% к контролю). В общем снижении урожайности потери из-за недостаточной плотности продуктивного стеблестоя – 75,3%, уменьшения массы 1000 зерен – 24,7%. Снижение количества стеблей с колосом на единице площади стало следствием негативного влияния метеоусловий на развитие растений в период прохождения ими фаз, ответственных за формирование продуктивного стеблестоя (прорастание семян, кущение растений, стеблевание и колошение). Развитие посевов проходило с задержкой во времени в условиях повышенных температур и дефицита осадков, что стало причиной снижения полевой всхожести семян, интенсивности кущения растений и изреживания стеблестоя (рис. 3).

 

Рис. 3. Метеоусловия в годы с критическим отклонением структурных элементов урожая от оптимальных значений.

 

В 2011 и 2021 годах снижение урожая яровой пшеницы произошло из-за низких значений числа зерен в колосе. При среднем количестве – 31,3 шт., в эти годы их число уменьшилось до 25,7 шт. (17,9%). В основном из-за этого, масса зерна в колосе уменьшилась до 0,88 г (76,5%), а урожайность на 1,18 т/га, по отношению к контрольному варианту. Долевое участие числа зерен в снижении продуктивности колоса составило 75,0%, массы 1000 зерен – 25,0%. Показатели количества стеблей с колосом на единице площади практически соответствовали контрольным параметрам. Снижение количества зерен в колосе стало следствием негативного воздействия на растения погодных условий (высокие температуры воздуха, засушливость IV декады мая и I июня, избыточное увлажнение в конце июня – начале июля) в период прохождения ими фаз развития, участвующих в формировании параметров озерненности колоса (кущение, стеблевание, цветение). Гидротермические ресурсы 2011 года показаны на рисунке 3. Влажность почвы в основные фазы развития растений – 27,4…74,8% (среднее – 59,7%).

В 2018 году причиной снижения биологической продуктивности яровой пшеницы стали плохие погодные условия на заключительных этапах вегетации – дефицит осадков и высокая температура воздуха, которая начиная со II декады июля и до конца августа, превышала среднемноголетнюю норму на 2,2…3,0°С. Количество осадков – 24…94% нормы, ГТК – 0,87. Высокая температура воздуха в период вегетации существенно ускорила процесс развития растений, его продолжительность сократилась на 33,2%. В результате масса 1000 зерен снизилась на 30,4% – 25,0 г (средняя за 13 лет – 35,9 г), урожайность – на 1,61 т/га (29,5%). Влажность почвы в основные фазы развития растений – 53,5…70,6%.

Сформированные в условиях конкретных лет параметры структурных критериев продуктивности растений и агроценозов – результат сложного взаимодействия агроэкологических, почвенных и технологических факторов. Их влияние на формирование посевов и продуктивность растений зависит от состояния питательного и водно-воздушного режимов пахотного слоя почвы.

Применение удобрений – один из основных технологических приемов успешного действия на формирование всех структурных элементов урожая. [3, 13] В среднем за 10 лет на осушаемом участке количество продуктивных стеблей у яровой пшеницы под влиянием удобрений увеличилось на 66 шт./м² (18,6%), количество зерен в колосе – 9,3 шт. (40,6%), масса 1000 зерен – 2,7 г (8,5%). Повышение биологической урожайности на фоне удобрений (2,09 т/ га) произошло, прежде всего, из-за увеличения массы зерна в колосе – долевое участие этого показателя в приросте урожая составило 65,0% (37,4…86,3%). Доля продуктивных стеблей в увеличении урожая была также высокой – 35,0% (13,8…62,6%). Наибольшая масса зерна в колосе на фоне удобрений сформировалась за счет числа зерен – их долевое участие в среднем 84,2% (74,1…100,0%), от повышения массы 1000 зерен – 15,8% (0…25,7%). Таким образом, рост урожайности яровой пшеницы (54,6%) под влиянием удобрений связан, в первую очередь, с числом зерен в колосе. Затем, в порядке значимости, в повышении урожайности участвовали показатели количества продуктивных стеблей и массы 1000 зерен. Наиболее устойчивое воздействие удобрений на улучшение параметров структуры урожая наблюдали во влажные годы.

На переувлажняемых почвах важная роль в формировании зерновых агроценозов с устойчивыми структурными параметрами их продуктивности принадлежит приемам агромелирации, действие которых направлено на улучшение водно-воздушного режима почвы. [1, 4, 10] Это объемное щелевание, гребневание в системе зяблевой обработки почвы и ленточно-разбросной способ посева ее на профилированной поверхности.

Технология объемного щелевания почвы предусматривает формирование широких щелей (16 см) на глубине 45…50 см с заполнением подпахотной части (30…50 см) измельченной соломой, растительными остатками в смеси с гумусовым слоем. [10] На яровой пшенице действие щелевания отмечали в течение первых четырех лет после его проведения, эффективными оказались оба способа (поперек и вдоль расположения дренажных линий). В среднем за четыре года прибавка урожая составила 18,6% и была образована с участием всех основных элементов продуктивности. Количество продуктивных стеблей в среднем увеличилось на 14,9%, число зерен в колосе – 7,3, масса 1000 зерен – 5,1, масса зерна в колосе – 12,7, прирост урожая составил 56,8, 29,8%, 13,4 и 43,2% соответственно.

Гребневание в системе зяблевой обработки почвы проводят для устранения переувлажнения пахотного слоя в осенний и ранневесенний периоды вегетации, более равномерного просыхания почвы весной, ускорения сроков наступления мягкопластичного состояния и физической спелости, повышения качества сева, улучшения водно-воздушного режима, повышения урожайности и экономической эффективности выращивания ранних яровых культур. Урожайность яровой пшеницы, в среднем за три года, при гребнистой вспашке была выше на 0,40 т/га (14,4%), по сравнению с обычной. Наиболее высокие относительные прибавки урожая были получены в годы с избыточно-влажными условиями в первой половине вегетации яровой пшеницы (май и июнь). Весь прирост урожая в варианте с гребнистой вспашкой, по сравнению с гладкой, получен благодаря увеличению количества стеблей с колосом. Близкие результаты по структурным изменениям в урожае наблюдали при замене обычного способа посева зерновых культур на гребнистый ленточно-разбросной, выполняющий важную функцию в технологической и биологической адаптации технологии возделывания яровой пшеницы к агроэкологическим условиям осушаемых земель. Его технологическая схема предусматривает рассев семян на выровненную поверхность, вдавливание их катками в почву и закрытие загортачами нагребанием почвы на ленту с формированием гребней высотой 40…80 мм. Установлено, что в условиях Центральной части Нечерноземной зоны применение гребнистого ленточно-разбросного способа посева повышает полевую всхожесть семян, выживаемость, сохранность, фотосинтетическую активность растений и урожайность зерновых культур. [9] Урожайность зерна яровой пшеницы повышалась на 0,45 т/га (13,7%) в среднем четыре года. В структурном отношении увеличение урожая произошло, в основном, из-за большего количества продуктивных стеблей на единице площади при практически равной продуктивности колоса. В общей прибавке урожая долевое участие количества стеблей с колосом составило 89,2%, дополнительного числа зерен в колосе – 10,8%. Увеличение числа продуктивных стеблей при гребнистом посеве связано с улучшением агрофизических условий в зоне расположения узла кущения, положительным влиянием на полевую всхожесть семян, продуктивную кустистость растений, сохранность стеблей.

Выводы. Структурная модель продуктивности яровой пшеницы с уровнем урожайности 5,0 т/ га представляет собой, в обобщенном виде, посев с плотностью продуктивного стеблестоя 500 и более колосьев/ м² и массой зерна в колосе более 1,0 г (число зерен в колосе – не менее 30 шт., масса 1000 зерен – от 35,0 г). Дальнейший рост урожайности возможен как при увеличении плотности продуктивного стеблестоя, так и массы зерна в колосе. В годы с пониженной биологической продуктивностью существенное снижение урожая яровой пшеницы связано с сокращением продолжительности вегетационного периода (на 7,2…15,7% к среднемноголетнему значению) и со значительными отклонениями параметров отдельных элементов структуры урожая от оптимальных значений под воздействием метеоусловий. По количеству стеблей с колосом отклонение от среднемноголетних значений составило 25,9%, числу зерен в колосе – 17,9, массе 1000 зерен – 30,4%. Технологическое воздействие на структурные элементы урожая возможно с помощью улучшения питательного и водно-воздушного режимов почвы. Применение удобрений приводит, в первую очередь, к увеличению числа зерен в колосе, из-за которого формировалось более половины общей прибавки урожая (54,6%). Структурные изменения под влиянием приемов, направленных на улучшение физических условий и состояния водно-воздушного режима почвы, проявляются, прежде всего, в увеличении количества продуктивных стеблей на единице площади и их долевого участия в приросте урожая. Включение агромелиоративных технологий и приемов обработки, направленных на улучшение агрофизического состояния почвы, в технологические регистры возделывания яровой пшеницы следует рассматривать в качестве важного элемента их адаптации к агроэкологическим условиям осушаемых земель.

Об авторах

Юрий Иванович Митрофанов

ФИЦ «Почвенный институт им. В.В. Докучаева»

Автор, ответственный за переписку.
Email: vniimz@list.ru

Кандидат сельскохозяйственных наук

Россия, г. Москва

Юлия Дмитриевна Смирнова

ФИЦ «Почвенный институт им. В.В. Докучаева»

Email: vniimz@list.ru

Кандидат биологических наук

Россия, г. Москва

Ольга Николаевна Анциферова

ФИЦ «Почвенный институт им. В.В. Докучаева»

Email: vniimz@list.ru

Кандидат сельскохозяйственных наук

Россия, г. Москва

Наталья Константиновна Первушина

ФИЦ «Почвенный институт им. В.В. Докучаева»

Email: vniimz@list.ru
Россия, г. Москва

Список литературы

Дополнительные файлы