The influence of precursors and technology elements on the efficiency of winter wheat cultivation in the arid conditions of the Volga region

Толық мәтін

Мягкая пшеница ‒ востребованная культура. Многочисленные опыты доказывают, что возделывание озимой пшеницы в европейской части России в связи с улучшившимися погодными условиями гораздо эффективнее яровой [1, 2]. В засушливых условиях, где погода оказывает существенное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур, основным предшественником озимых культур служат чистые черные и ранние пары [3, 4], поскольку этот предшественник к посеву озимой пшеницы способствует улучшению водного, питательного и фитосанитарного режима почвы, по сравнению с посевами, которые размещали по непаровому предшественнику, что обеспечивает устойчивое производство. Однако чистые пары имеют и ряд недостатков. Они способствуют высокой минерализации гумуса и на этих полях сельхозпроизводитель не получает продукции [5, 6]. Поэтому для повышения эффективности выращивания озимой пшеницы необходим поиск других предшественников и приёмов возделывания.

Доказано, что для решения вопроса повышения эффективности возделывания полевых культур необходимо ориентироваться на ресурсосбережение. При возделывании озимой пшеницы это оправдано практически во всех исследованиях [7, 8].

Многочисленными исследованиями установлено, что при применении ресурсосберегающих технологий возделывания зерновых культур выявлена более высокая отзывчивость на средства интенсификации, по сравнению с традиционной технологией [9, 10].

Цель исследований – выявить перспективные звенья севооборота и элементы технологии возделывания озимой мягкой пшеницы в засушливых условиях Поволжья.

В задачи исследований входило установить влияние элементов технологии возделывания озимой пшеницы на урожайность зерна и их энергетическую эффективность.

Методика. Исследование элементов технологий возделывания озимой пшеницы Базис проводили в двух шестипольных севооборотах на опытном поле отдела земледелия Самарского НИИСХ – филиала СамНЦ РАН в 2021‒2023 гг.

В зернопаропропашном севообороте было следующее чередование культур: чистый пар – озимая пшеница – соя – яровая твёрдая пшеница – подсолнечник – яровой ячмень, в зернопропашном: горох – озимая пшеница – соя – яровая твёрдая пшеница – подсолнечник – яровой ячмень. Предшественник культуры в зернопаропропашном севообороте – чёрный и ранний чистый пар. В зернопропашном севообороте пшеницу возделывали по гороху (занятый пар). Основная обработка под пар и горох на традиционной технологии была проведена в сентябре, применяли плуг ПЛН-5-35. При уходе за парами во всех вариантах опыта проводили пять культиваций комбинированным почвообрабатывающим орудием (ОПО-4,25).

После уборки ячменя проводили лущение. При посеве гороха и озимой пшеницы во всех вариантах опыта применяли посевной агрегат (Т-150 + АУП-18.05). При учёте урожая озимой пшеницы и гороха использовали комбайн «Сампо-130».

Схема опыта предполагала изучение следующих факторов и вариантов:

предшественник (фактор А) – чистый пар, горох;

элементы технологии (фактор В) – вспашка + гербициды, вспашка + удобрения (озимая пшеница – N₄₀; горох – последействие N₁₅P₁₅K₁₅); без осенней обработки (фон); фон + биопрепарат; фон (под все культуры севооборота) + удобрения (озимая пшеница – N₄₀; горох – последействие N₁₅P₁₅K₁₅), фон + удобрения (озимая пшеница – N₄₀; горох – последействие N₁₅P₁₅K₁₅), фон + удобрения (озимая пшеница – N₄₀; горох – последействие N₁₅P₁₅K₁₅) + биопрепарат.

Почва в опыте – чернозем обыкновенный, среднемощный, среднесуглинистый с содержанием гумуса 4,0…4,5 %, гидролизуемого азота – 60…70 мг/кг, подвижных фосфатов – 170…200 мг/кг, калия – 180…200 мг/кг почвы (по Чирикову).

Повторность опыта 3-х кратная, размер делянок 550 м², учетная площадь делянок 200 м². Учет урожая выполняли комбайном «Сампо-130». Урожайность зерна приводили к 100 %-ной чистоте и 14 %-ной влажности.

За анализируемые годы лучшие условия для роста и развития озимой пшеницы отмечены в 2022 г. ГТК за вегетационный период пшеницы и температура воздуха составили 1,40 и 15,8 ℃ соответственно. В 2023 г. при раннем начале вегетации (на 13 дней раньше обычного), ГТК 0,57 и пониженном температурном режиме за вегетацию (15,0 ℃) сложились хорошие условия для озимой пшеницы. В 2021 г. отмечены самые неблагоприятные условия для выращивания культуры (ГТК за вегетационный период ‒ 0,79, температура воздуха – 19,1 ℃). При возделывании гороха условия роста и развития определялись в большей степени температурой воздуха за вегетационный период. В 2020 и 2022 гг. она составила 16,8 и 17,8 ℃, в 2021 г. – 21,8 ℃.

Результаты учёта урожая обрабатывали методом дисперсионного анализа на компьютере (программа AGROS ver. 2.09).

Энергетическую эффективность рассчитывали согласно действующей методике [11]. Для определения коэффициента энергетической эффективности использовали соотношение энергии, накопленной хозяйственно-ценной частью урожая, к совокупной энергии, израсходованной на возделывание сельскохозяйственных культур.

Результаты и обсуждение. В неблагоприятных условиях 2021 г. получена наименьшая в опыте урожайность озимой пшеницы, которая по чистому пару составила 1,80…2,09 т/га и была в 1,6…2,7 раза больше, чем по занятому (0,78…1,15 т/га ) (табл. 1).

 

Табл. 1. Влияние элементов технологии и предшественников на урожайность зерна озимой пшеницы Базис, т/га

Предшественник (фактор А)	Элементы технологии (фактор В)	Урожайность, т/га
		2021	2022	2023	среднее
Пар	вспашка	2,03	7,13	4,14	4,43
	вспашка + удобрения	2,09	7,75	4,74	4,86
	без обработки (фон)	1,80	6,59	3,96	4,12
	фон + биопрепарат	1,87	7,19	4,18	4,41
	фон + удобрения	1,97	7,39	4,51	4,62
	фон + удобрения	1,94	7,22	4,50	4,55
	фон + удобрения + биопрепарат	2,09	7,46	4,70	4,75
	среднее	1,97	7,25	4,39	4,53
Горох	вспашка	0,82	4,95	3,59	3,12
	вспашка + удобрения	1,02	5,73	4,04	3,60
	без обработки (фон)	0,78	4,54	3,12	2,81
	фон + биопрепарат	0,82	4,72	3,26	2,93
	фон + удобрения	1,06	5,56	3,71	3,44
	фон + удобрения	1,10	5,70	3,77	3,52
	фон + удобрения + биопрепарат	1,15	5,86	3,91	3,64
	среднее	0,96	5,29	3,63	3,29
Среднее	вспашка	1,43	6,04	3,87	3,78
	вспашка + удобрения	1,56	6,74	4,39	4,23
	без обработки (фон)	1,29	5,57	3,54	3,47
	фон + биопрепарат	1,32	5,96	3,72	3,67
	фон + удобрения	1,52	6,48	4,11	4,04
	фон + удобрения	1,52	6,46	4,14	4,04
	фон + удобрения + биопрепарат	1,62	6,66	4,31	4,20
	среднее	1,47	6,27	4,01	3,92
НСР05 для факторов:	А	0,11	0,17	0,15	0,14
	В	0,06	0,09	0,08	0,08
	АВ	0,15	0,24	Fф<Fт	Fф<Fт
	частных различий	0,15	0,24	0,22	0,20

 

При возделывании пшеницы по чистому пару без применения минеральных удобрений в этом году выявлено преимущество вспашки на 0,16…0,23 т/га (8,6…12,8 %), по сравнению с вариантами без осенней обработки почвы. При выращивании по занятому пару в 2021 г. не установлено изменений в урожайности культуры в зависимости от способов основной обработки почвы.

Внесение аммиачной селитры при возделывании по чистому пару на варианте со вспашкой не обеспечивало увеличения урожайности, по сравнению с контролем. На фоне без осенней обработки улучшение минерального питания растений способствовало увеличению урожайности зерна на 0,14…0,17 т/га (7,8…9,4 %).

При возделывании пшеницы по занятому пару, в отличие от чистого, в 2021 г. выявлено существенное увеличение урожайности от весенней подкормки азотными удобрениями. В варианте с ежегодной вспашкой в севообороте прибавка от этого агроприёма составила 0,20 т/га (24,4 %), а в варианте без осенней обработки она возросла до 0,28…0,37 т/га (35,9…47,4 %).

В благоприятных условиях для роста и развития пшеницы 2022 г. получена максимальная урожайность озимой пшеницы за анализируемые годы: по чистому пару – 6,59…7,75 т/га , занятому – 4,54…5,86 т/га. При этом выявлены существенные изменения величины показателя в зависимости от изучаемых элементов технологии.

При анализе способов основной обработки почвы установлено преимущество вариантов с ежегодной вспашкой в севообороте. На естественном по плодородию фоне прибавка урожайности зерна в пользу интенсивной обработки почвы по чистому пару была на уровне 0,54 т/га (8,2 %), занятому – 0,41 т/га (9,0 %). При применении удобрений по чистому пару преимущество варианта со вспашкой снижалось до 0,36…0,53 т/га. При выращивании культуры по занятому пару в условиях 2022 г. в удобренных вариантах не выявлено изменения урожайности зерна в зависимости от способов основной обработки почвы.

Внесение азотных удобрений в благоприятных условиях 2022 г. значительно увеличивало урожайность зерна. В вариантах со вспашкой по чистому пару прибавка от этого агроприёма составила 0,62 т/га (8,7 %), занятому – 0,78 т/га (15,8 %). В вариантах без осенней обработки почвы возрастание урожайности зерна пшеницы от подкормки аммиачной селитрой по чистому пару составило 0,63…0,80 т/га (9,6…12,1 %), по занятому ‒ 1,02…1,16 т/га (22,5…25,6 %).

В условиях 2022 г. выявлена существенная прибавка урожайности не только от применения минеральных удобрений, но и от обработки посевов в конце кущения биопрепаратом. В варианте без осенней обработки по чистому пару она находилась на уровне 0,60 т/га (9,1 %), по занятому – 0,18 т/га (4,0 %).

Комплексное применение азотного удобрения и биопрепарата в варианте без осенней обработки способствовало увеличению урожайности по чистому пару на 0,87 т/га (13,2 %), по занятому – 1,32 т/га (29,1 %).

В засушливых условиях 2023 г. (ГТК за вегетацию – 0,57) получена высокая урожайность озимой пшеницы по чистому пару – 3,96…4,74 т/га, по занятому – 3,12…4,04 т/га. В исследованиях не установлено изменения урожайности озимой пшеницы в зависимости от способов основной обработки почвы при возделывании по чистому пару. При выращивании культуры по занятому пару выявлено преимущество вариантов со вспашкой, по сравнению с вариантами, где не проводилась основная обработка почвы, которое на неудобренном фоне составило 0,47 т/га (15,1 %), на удобренном – 0,13…0,31 т/га (3,3…8,9 %).

Возделывание пшеницы по чистому пару, вследствие увеличения продуктивного стеблестоя, обеспечивало возрастание урожайности, по сравнению с пшеницей по занятому пару, при вспашке на 0,55…0,70 т/га (15,3…17,3 %), в вариантах без осенней обработки преимущество в пользу чистого пара увеличилось до 0,73…0,92 т/га (19,4…28,2 %).

Внесение азотных удобрений, как и в 2022 г., существенно увеличивало урожайность зерна. В варианте со вспашкой по чистому пару прибавка составила 0,60 т/га (14,5 %), по занятому – 0,45 т/га (12,5 %).

В вариантах, где основную обработку почвы не проводили, отзывчивость от удобрений в 2022 году была на уровне с вспашкой. Применение биопрепарата увеличивало урожайность по чистому пару на 0,22 т/га (5,6 %), по занятому – 0,14 т/га (4,5 %). Прибавка урожайности от азотных удобрений, главным образом благодаря увеличению густоты продуктивного стеблестоя, по чистому пару возрастала до 0,54…0,55 т/га (13,6…13,9 %), совместного действия удобрений и биопрепарата до 0,74 т/га (18,7 %). По занятому пару преимущество удобренных вариантов было выше и составило 0,59…0,65 т/га (18,9…20,8 %), при комплексном применении удобрений прибавка увеличилась до 0,79 т/га (25,3 %).

В среднем за 2021‒2023 гг., благодаря значениям 2022 г., выявлена высокая для региона урожайность зерна озимой пшеницы, которая по чистому пару составила 4,12…4,86 т/га, по занятому – 2,81…3,64 т/га.

Как в 2021 и 2022 гг., на естественном по плодородию фоне выявлено увеличение урожайности в варианте со вспашкой на 0,31 т/га (11,0 %), по сравнению с вариантом без осенней обработки почвы. Применение аммиачной селитры снижало разницу по урожайности в зависимости от способов основной обработки до несущественных значений.

Внесение азотных удобрений способствовало значительному увеличению урожайности. В варианте со вспашкой прибавка при возделывании по чистому пару, по сравнению с контролем, составила 0,43 т/га (9,7 %), по занятому – 0,48 т/га (15,4 %).

В вариантах без осенней обработки почвы подкормка аммиачной селитрой, улучшая элементы структуры урожая, обеспечивала увеличение урожайности зерна по чистому пару на 0,43…0,50 т/га (10,4…12,1 %), по занятому она возросла до 0,53…0,71 т/га (22,4…25,3 %).

Применение биопрепарата в среднем за три года способствовало достоверному увеличению урожайности пшеницы по чистому пару на 0,29 т/га (7,0 %), по занятому разница между вариантами была несущественной – 0,12 т/га (4,3 %).

При возделывании гороха в среднем за 2020‒2022 гг. урожайность зерна составила 1,97…2,44 т/га. В исследованиях установлено увеличение урожайности от последействия сложных удобрений. В варианте со вспашкой прибавка была на уровне 0,19 т/га (8,5 %), в вариантах без осенней обработки ‒ 0,28…0,37 т/га (14,2…18,8 %), при НСР₀₅ – 0,14 т/га. Прибавка от последействия удобрений и внесения биопрепарата составила 0,47 т/га (23,9 %).

В условиях нестабильной экономики основным показателем оценки эффективности сельскохозяйственного производства выступает расчёт энергетической эффективности.

При расчете энергии, накопленной хозяйственно-ценной частью урожая, как и стоимости продукции, установлено, что наибольшие в опыте значения показателя при возделывании пшеницы по чистому пару получены в 2022 г., которые существенно изменялись в зависимости от элементов технологии и составили в вариантах со вспашкой 94,90…103,15 ГДж/га, в вариантах без осенней обработки почвы ‒ 87,71…99,29 ГДж/га. При возделывании пшеницы по занятому пару энергия, накопленная урожаем из-за низкой продуктивности гороха в 2021 г., по сравнению со звеном чистый пар – озимая пшеница, в вариантах со вспашкой снижалась на 7,35…11,01 ГДж/га, в вариантах без осенней обработки ‒ на 5,85…16,17 ГДж/га. В вариантах без осенней обработки и внесением удобрений разница по энергии, накопленной урожаем, в зависимости от звеньев севооборота не выявлена.

Наименьшая за годы исследований энергия, накопленная урожаем, установлена в 2021 г. При возделывании по чистому пару она составила 27,02…27,82 ГДж/га (варианты вспашки) и 23,96…27,82 ГДж/га (варианты без осенней обработки почвы). При возделывании по занятому пару накопленная энергия увеличивалась до 40,58…47,42 ГДж/га (вспашка) и 37,26…48,02 ГДж/га (варианты без обработки).

В среднем за годы исследований, накопленная энергия при возделывании пшеницы по чистому пару составила 58,96…64,69 ГДж/га (вспашка) и 54,84…63,22 ГДж/га (варианты без обработки). В звене севооборота с занятым паром, за счёт значений, полученных в 2021 и 2023 гг., установлено увеличение накопленной энергии, по сравнению с паровым звеном на 10,84…13,91 ГДж/га (вспашка), 7,54…16,17 ГДж/га (варианты без осенней обработки) (см. табл. 2).

 

Табл. 2. Энергетическая эффективность элементов технологии возделывания озимой пшеницы, ГДж/га (среднее за 2021–2023 гг.)

Предшественник (фактор А)	Элементы технологии (фактор В)	Энергия, накопленная хозяйственно-ценной частью урожая	Энергия, израсходованная на возделывание сельско-хозяйственных культур	Коэффициент энергетической эффективности
Пар	вспашка	58,96	9,50	6,21
	вспашка + удобрения	64,69	13,16	4,92
	без обработки (фон)	54,84	7,97	6,88
	фон + биопрепарат	58,70	8,22	7,14
	фон + удобрения	61,49	11,64	5,28
	фон + удобрения	60,56	11,64	5,20
	фон + удобрения + биопрепарат	63,22	11,88	5,32
	среднее	60,43	10,57	5,72
Горох	вспашка	69,80	15,47	4,51
	вспашка + удобрения	78,60	19,18	4,10
	без обработки (фон)	62,38	14,02	4,45
	фон + биопрепарат	64,87	14,34	4,52
	фон + удобрения	74,32	17,77	4,18
	фон + удобрения	76,57	17,78	4,31
	фон + удобрения + биопрепарат	79,39	18,10	4,39
	среднее	72,19	16,67	4,33
Среднее	вспашка	64,38	12,49	5,15
	вспашка + удобрения	71,65	16,17	4,43
	без обработки (фон)	58,61	11,00	5,33
	фон + биопрепарат	61,79	11,28	5,48
	фон + удобрения	67,91	14,71	4,62
	фон + удобрения	68,57	14,71	4,66
	фон + удобрения + биопрепарат	71,31	14,99	4,76
	среднее	66,32	13,62	4,87

 

При оценке совокупной энергии, израсходованной на возделывание озимой пшеницы, установлены существенные колебания в зависимости от изучаемых вариантов и предшественников. При возделывании пшеницы по чистому пару совокупная энергия составила 7,97…13,16 ГДж/га, при выращивании по гороху ‒ увеличивались на 5,97…6,22 ГДж/га.

Увеличение израсходованной энергии в вариантах с внесением удобрений связано с существенным увеличением затрат на производство минеральных удобрений. На эту статью расходов в среднем по паровому звену севооборота приходилось 26,4 % (вариант со вспашкой) от общей совокупной израсходованной энергии, в вариантах без осенней обработки доля затрат по этой статье возрастала до 29,2…29,8 %.

Увеличение совокупной энергии на возделывание культур не окупилось прибавкой энергии, накопленной в урожае, в результате наибольшая эффективность энергозатрат в среднем по паровому звену установлена в вариантах без осенней обработки (без удобрений) и с применением биопрепарата – 6,88…7,14, что на 0,67…2,22 ед. больше контроля и остальных изучаемых вариантов. При более высоких затратах совокупной энергии в звене горох – озимая пшеница, по сравнению с паровым звеном, эффективность энергозатрат снижалась на 0,82…2,62 ед. При этом наибольшие значения эффективности установлены в варианте без осенней обработки с применением биопрепарата и в контроле – 4,51…4,52, что на 0,06…0,42 ед. больше остальных изучаемых вариантов.

Выводы. Перспективный вариант возделывания озимой пшеницы предусматривает отказ от осенней обработки с применением удобрений и внесением биопрепарата в зернопаропропашном и зернопропашном севооборотах. Урожайность зерна при этом, в среднем за три года, не снижалась, по сравнению со вспашкой в сочетании с внесением удобрений, и увеличивалась, по сравнению с другими вариантами по чистому пару на 0,13…0,63 т/га (2,8…15,3 %), по занятому ‒ на 0,12…0,83 т/га (3,4…29,5 %).

Наибольшая в опыте эффективность энергозатрат в среднем в паровом звене установлена в вариантах без осенней обработки (без удобрений) с применением биопрепарата – 6,88…7,14, что на 0,67…2,22 ед. больше, чем в контроле и вариантах с внесением минеральных удобрений. В зерновом звене, по сравнению с паровым, эффективность энергозатрат снижалась на 0,82…2,62 ед. Наибольшие величины этого показателя установлены в контроле и вариантах без осенней обработки (фон) с применением биопрепарата – 4,45…4,52. Дополнительные затраты энергии на производство минеральных удобрений не окупались прибавкой урожая, в результате коэффициент энергетической эффективности при их использовании снижался, по сравнению с лучшими вариантами, на 0,16…0,42 ед. В среднем по двум звеньям севооборота наибольшая эффективность энергозатрат отмечена в варианте без осенней обработки с применением биопрепарата – 5,48 ед., что на 0,15…0,33 ед. больше, чем без удобрений, и на 0,72…1,05 ед., по сравнению с интенсивными по внесению удобрений вариантами.

Возделывание озимой пшеницы целесообразно по гороху и чистому раннему пару. При ресурсосберегающей технологии рекомендуется применять вариант без осенней обработки почвы с внесением аммиачной селитры при возобновлении весенней вегетации (N₄₀) и биопрепарата Бионекс Кеми в конце кущения. Для повышения эффективности энергозатрат можно возделывать озимую пшеницу без осенней обработки с применением биопрепарата в фазе кущения.

Финансирование работы.

Работа финансировалась за счет средств бюджета Самарского Федерального исследовательского центра РАН, Самарского научно-исследовательского института сельского хозяйства им. Н. М. Тулайкова. Никаких дополнительных грантов на проведение или руководство этим конкретным исследованием получено не было.

Соблюдение этических стандартов.

В работе отсутствуют исследования человека или животных.

Конфликт интересов.

Авторы работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Авторлар туралы

O. Goryanin

Samara Federal research center of the Russian Academy of Sciences, Tulajkov Samara research Institute of agriculture

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: gorjanin.oleg@mail.ru

доктор сельскохозяйственных наук

Ресей, 446254, Samarskaya obl., Bezenchukskii r-n, pos. Bezenchuk, ul. K. Marksa, 41

B. Dzhangabaev

Samara Federal research center of the Russian Academy of Sciences, Tulajkov Samara research Institute of agriculture

Email: gorjanin.oleg@mail.ru
Ресей, 446254, Samarskaya obl., Bezenchukskii r-n, pos. Bezenchuk, ul. K. Marksa, 41

E. Shcherbinina

Samara Federal research center of the Russian Academy of Sciences, Tulajkov Samara research Institute of agriculture

Email: gorjanin.oleg@mail.ru
Ресей, 446254, Samarskaya obl., Bezenchukskii r-n, pos. Bezenchuk, ul. K. Marksa, 41

Әдебиет тізімі

Қосымша файлдар