Резервы увеличения урожайности полевых культур на каштановых почвах сухой степи Западной Сибири

Полный текст

Одним из следствий либерализации экономики сельскохозяйственного производства страны в постперестроечный период стало повсеместное нарушение севооборотов и агротехнологий, злоупотребление монокультурой в угоду рыночному спросу и др. [1]. В результате существенно изменилась структура посевных площадей, что привело к разбалансированности севооборотов [2, 3]. В частности, в Алтайском крае при сохраняющейся на примерно одном уровне общей посевной площади (5,3…5,5 млн га) и занятой зерновыми культурами (3,1…3,5 млн га) за последние 30…35 лет резко сократились посевы кормовых (с 1,7 до 0,6 млн га) и возросли технических культур (с 0,2 до 1,6 млн га), в том числе подсолнечника на маслосемена ‒ до 0,9 млн га. В степных районах края площади под подсолнечником по отношению к зерновым культурам достигают 50…60 и даже 80…96 % при средней величине этого показателя по Алтайскому краю около 29 % [4].

Эти изменения обусловливают необходимость переосмысления роли севооборотов, предшественников и средств интенсификации в формировании урожаев основных культур и продуктивности пашни в целом [4, 5], особенно в условиях недостаточного увлажнения и при переходе на минимальные и нулевые технологии [6]. Наибольшую остроту эта проблема приобретает для сухой степи Алтайского края с активно проявляющимися процессами деградации почв и опустынивания территории, где наряду с агролесомелиоративным обустройством территории в повышении продуктивности пашни большое значение отводится агротехническим мероприятиям [7, 8]. Известно, что при реализации всех элементов систем земледелия, включая научно обоснованные севообороты, системы обработки почвы и средства интенсификации, обеспечивается не только сохранение и повышение плодородия почв, но и устойчивое увеличение урожайности сельскохозяйственных культур [9].

Цель исследований – изучение особенностей формирования урожайности яровой мягкой пшеницы, овса и подсолнечника в зависимости от предшественника и удобрений и их влияния на продуктивность севооборотов на каштановых почвах сухой степи Западной Сибири.

Методика. Работу выполняли в 2016–2023 гг. в длительном (с 1968 г.) стационарном полевом опыте Кулундинской СХОС Федерального Алтайского научного центра агробиотехнологий (пос. Целинный, Ключевский район, Алтайский край).

Схема опыта предполагала изучение следующих вариантов:

севооборот (фактор А) – зернопаровой 4-польный без подсолнечника (пар – пшеница – пшеница – овес), зернопаропропашной 6-польный с долей подсолнечника 16,7 % (пар – пшеница – пшеница – овес – пшеница – подсолнечник), зернопаропропашной 4-польный с долей подсолнечника 25,0 % (пар – пшеница – пшеница – подсолнечник), зернопаропропашной 7-польный с долей подсолнечника 28,6 % (пар – пшеница – пшеница – овес – пар – подсолнечник – подсолнечник), зернопропашной 4-польный с долей подсолнечника 50,0 % (пшеница – подсолнечник – овес – подсолнечник), бессменная пшеница;

азотные удобрения (фактор В) – без удобрений (0), N₃₀.

Севообороты развернуты во времени и в пространстве. Повторность опыта трехкратная. Площадь опытной делянки общая – 1000 м², учетная – 500 м² для зерновых культур и 30 м² для подсолнечника.

Почва опытного участка ‒ каштановая супесчаная, с низким (1,7…2,0 %) содержанием гумуса и нитратного азота, средним (по Мачигину) ‒ подвижного фосфора и высоким ‒ калия, нейтральной реакцией среды в пахотном слое (0…20 см). Агротехника в опыте общепринятая в зоне. Осенью после уборки предшественников проводили плоскорезное рыхление на 14…16 см. Подготовка чистого пара в летний период включала 4-кратную культивацию на глубину 10…12 см. В конце апреля – начале первой декады мая вносили вразброс азотные удобрения (N₃₀) в виде сульфата аммония согласно схеме, проводили ранневесеннее выравнивание почвы. Посев подсолнечника (сорт Кулундинский-1) выполняли в начале второй декады мая сеялкой Гаспардо при норме высева 40 тыс. шт. всхожих семян на 1 га на глубину 5…6 см, посев пшеницы (сорт Степная волна) и овса (сорт Пегас) – в конце второй – начале третей декады мая сеялкой СЗС-2,1 с нормой высева 3,0 млн всхожих семян на 1 га на глубину 5…6 см. Перед посевом подсолнечника применяли почвенные гербициды, в период вегетации культуры проводили две междурядных культивации. В посевах зерновых после подсолнечника в фазе кущения проводили обработку гербицидами для уничтожения падалицы. Учет урожая маслосемян подсолнечника осуществляли комбайном Сидмастер, пшеницы и овса – комбайном Енисей-1200 [4].

Территория опытного участка расположена в Западно-Кулундинской сухостепной подзоне со среднемноголетней суммой осадков за сельскохозяйственный год 297 мм, в том числе за осень (сентябрь-октябрь) ‒ 45 мм, за зиму (ноябрь-март) ‒ 80 мм, за весну (апрель-май) ‒ 41 мм, за лето (июнь-август) ‒ 131 мм. Сумма осадков за летние месяцы изменялась от 76…119 мм (58…91 % от климатической нормы) в 2018‒2022 гг. до 141…158 мм (108…121 %) в 2016, 2017 и 2023 гг., а гидротермический коэффициент (ГТК) в эти годы ‒ соответственно от 0,41…0,65 до 0,77…0,80 ед. при среднем многолетнем значении ГТК 0,72 ед.

Основные особенности методики проведения исследований, а также закономерности формирования водного, питательного режимов каштановой почвы, фитосанитарного состояния посевов в зависимости от изучаемых факторов в условиях сухой степи подробно изложены и проанализированы нами ранее [4, 10, 11].

Результаты и обсуждение. Урожайность зерна яровой мягкой пшеницы, размещенной после чистого пара, в среднем за 2016‒2023 гг. исследований составляла 0,98 т/га, варьируя от 0,87 до 1,11 т/га под действием азотных удобрений (доля влияния фактора 87,4 %) при незначительном вкладе (11,7 %) севооборота (табл. 1). Азотные удобрения во всех вариантах севооборотов оказывали достоверное положительное влияние на рост урожайности зерна пшеницы после пара при средней прибавке урожая 0,17 т/га (19,1 %), по отношению к неудобренному фону, и окупаемости 1 кг д. в. азота 5,00…6,33 кг зерна. Влияние севооборотов и чередования культур в них на урожайность зерна пшеницы после пара проявлялось в виде тенденции, которая была наиболее выраженной при замене овса подсолнечником с трансформацией 4-польного зернопарового севооборота в 4-польный зернопаропропашной или при добавлении к 4-польному зернопаровому севообороту зернопропашного звена «пшеница ‒ подсолнечник» ‒ в обоих случаях увеличение урожайности пшеницы после пара на неудобренном фоне составляло 0,05 т/га (5,7 %), на удобренном – 0,06…0,09 т/га (5,9…8,8 %), в сравнении с зернопаровым севооборотом. Добавление к 4-польному зернопаровому севообороту паропропашного звена «пар – подсолнечник – подсолнечник» с его трансформацией в 7-польный зернопаропропашной севооборот не оказывало заметного влияния на сбор зерна пшеницы после пара.

 

Таблица 1. Урожайность яровой пшеницы в зависимости от севооборота, предшественника и азотных удобрений (среднее за 2016–2023 гг.), т/га

Севооборот, предшественник (фактор А)	Удобрение (фактор В)			Окупаемость азота, кг/кг
	0	N30	среднее
Пшеница после пара
Пар – пшеница – пшеница – овес	0,87	1,02	0,94	5,00
Пар – пшеница – пшеница – подсолнечник	0,92	1,08	1,00	5,33
Пар – пшеница – пшеница – овес – пшеница – подсолнечник	0,92	1,11	1,01	6,33
Пар – пшеница – пшеница – овес – пар – подсолнечник – подсолнечник	0,87	1,03	0,95	5,33
Среднее	0,89	1,06	0,98	5,67
НСР05 для факторов: А – 0,08; В – 0,06; АВ – 0,08; частных различий – 0,12 Доля влияния факторов, %: А – 11,7; В – 87,4; АВ – 0,9
Пшеница после непаровых предшественников
Пар – пшеница – пшеница – овес	0,77	0,93	0,85	5,33
Пар – пшеница – пшеница – подсолнечник	0,74	0,92	0,83	6,00
Пар – пшеница – пшеница – овес – пшеница – подсолнечник	0,77	0,89	0,83	4,00
Пар – пшеница – пшеница – овес – пшеница – подсолнечник	0,82	0,96	0,89	4,67
Пшеница – подсолнечник – овес – подсолнечник	0,71	0,88	0,79	5,67
Пар – пшеница – пшеница – овес – пар – подсолнечник – подсолнечник	0,68	0,84	0,76	5,33
Бессменная пшеница	0,46	0,64	0,55	6,00
Среднее	0,71	0,87	0,79	5,33
НСР05 для факторов: А – 0,08; В – 0,04; АВ – 0,08; частных различий – 0,11 Доля влияния факторов, %: А – 62,5; В – 36,8; АВ – 0,7

 

Урожайность яровой пшеницы после непаровых предшественников была существенно ниже, чем после пара, ‒ 0,79 т/га. Ее варьирование составляло 0,46…0,96 т/га и определялось в первую очередь действием севооборота и чередованием культур (доля влияния фактора 62,5 %), во вторую ‒ азотных удобрений (36,8 %) (см. табл. 1). Оба фактора оказывали достоверное влияние на изменение урожайности зерна пшеницы. Лучшие условия для формирования урожая яровой пшеницы складывались после овса: без удобрений – 0,82 т/га, на фоне N₃₀– 0,96 т/га, что было больше, чем после подсолнечника на 0,11 и 0,08 т/га (15,5 и 9,1 %), пшеницы в севообороте – на 0,05…0,14 и 0,03…0,12 т/га (6,5…20,6 % и 3,2…14,3 %), пшеницы при бессменном возделывании – на 0,36 и 0,32 т/га (78,3 и 50,0 %). Азотные удобрения, как и после парового предшественника, обеспечивали повышение урожайности зерна пшеницы в среднем по севооборотам на 0,16 т/га (22,5 %), по отношению к неудобренному фону, при окупаемости азота прибавкой урожая зерна 4,00…6,00 кг/кг.

По данным Росстата, средняя за 2016‒2023 гг. урожайность яровой мягкой пшеницы в хозяйствах всех категорий Ключевского района Алтайского края составляла 0,83 т/га, что значительно ниже, чем отмеченная в опыте урожайность пшеницы после пара как на неудобренных, так и особенно на удобренных фонах. Вместе с тем урожайность пшеницы в опыте после непаровых предшественников на неудобренных фонах во всех случаях существенно уступала среднерайонному значению этого показателя, превосходя его в севооборотах лишь на фоне внесения удобрений, а при бессменном возделывании культуры оставалась на 0,19 т/га, или на 22,9 %, ниже.

Урожайность зерна овса, возделываемого по непаровым предшественникам, незначительно уступала урожайности пшеницы после пара, составляла 0,92 т/га и определялась вкладом как удобрений (доля влияния 59,0 %), так и предшественников (40,7 %) (табл. 2). Оба фактора оказывали достоверное влияние на изменение урожайности зерна овса. В традиционном зернопаровом севообороте овес в заключительном поле формировал урожайность на неудобренном фоне 0,78 т/га, на фоне N₃₀ – 0,96 т/га. Добавление одного-двух полей подсолнечника в зернопаровой севооборот с трансформацией его в зернопаропропашной севооборот во всех случаях положительно сказывалось на росте и развитии растений овса – на неудобренном фоне урожайность зерна возрастала с 0,78 до 0,81…0,94 т/га, а при внесении N₃₀ – с 0,96 до 0,97…1,09 т/га. Наиболее благоприятные в опыте условия для формирования урожая культуры складывались после пшеницы в севооборотах с паром и одним полем (16,7 %) подсолнечника, обеспечивавшие на неудобренном фоне получение урожайности 0,94 т/га, при внесении N₃₀– 1,09 т/га, что, в сравнении с размещением овса после двух полей пшеницы в зернопаровом севообороте, было больше соответственно на 0,16 и 0,13 т/га (20,5 и 13,5 %). Азотные удобрения обеспечивали достоверный рост урожайности овса в среднем по севооборотам на 0,16 т/га (19,0 %) при окупаемости азота удобрений дополнительным урожаем зерна 5,00…6,00 кг/кг.

 

Таблица 2. Урожайность овса и подсолнечника в зависимости от севооборота, предшественника и удобрений (среднее за 2016–2023 гг.), т/га

Севооборот, предшественник (фактор А)	Удобрение (фактор В)			Окупаемость азота, кг/кг
	0	N30	среднее
Овес
Пар – пшеница – пшеница – овес	0,78	0,96	0,87	6,00
Пар – пшеница – пшеница – овес – пшеница – подсолнечник	0,94	1,09	1,01	5,00
Пшеница – подсолнечник – овес – подсолнечник	0,81	0,97	0,89	5,33
Пар – пшеница – пшеница – овес – пар – подсолнечник – подсолнечник	0,84	0,99	0,91	5,00
Среднее	0,84	1,00	0,92	5,33
НСР05 для факторов: А – 0,08; В – 0,05; АВ – 0,08; частных различий – 0,11 Доля влияния факторов, %: А – 31,5; В – 68,2; АВ – 0,3
Подсолнечник
Пар – пшеница – пшеница – подсолнечник	0,87	1,05	0,96	6,00
Пар – пшеница – пшеница – овес – пшеница – подсолнечник	0,82	1,05	0,94	7,67
Пшеница – подсолнечник – овес – подсолнечник	0,79	1,04	0,91	8,33
Пшеница – подсолнечник – овес – подсолнечник	0,67	0,91	0,79	8,00
Пар – пшеница – пшеница – овес – пар – подсолнечник – подсолнечник	0,95	1,14	1,04	6,33
Пар – пшеница – пшеница – овес – пар – подсолнечник – подсолнечник	0,63	0,90	0,77	9,00
Среднее	0,79	1,01	0,90	7,33
НСР05 для факторов: А – 0,10; В – 0,06; АВ – 0,10; частных различий – 0,14 Доля влияния факторов, %: А – 41,4; В – 57,5; АВ – 1,1

 

По данным Росстата, средняя за 2016‒2023 гг. урожайность зерна овса в хозяйствах всех категорий Ключевского района Алтайского края составляла 0,86 т/га, что значительно (на 0,13…0,23 т/га, или на 15,1…26,7 %) ниже, чем отмеченная в опыте урожайность культуры после всех предшественников на удобренных фонах. В то же время урожайность овса в опыте на неудобренных фонах в большинстве случаев заметно уступала среднерайонному значению этого показателя, превосходя его лишь в зернопаропропашном 6-польном севообороте с одним полем подсолнечника.

Подсолнечник в условиях сухой степи в среднем за 2016‒2023 гг. формировал в опыте урожайность маслосемян 0,90 т/га, что было сопоставимо с урожайностью зерна пшеницы после пара и овса (см. табл. 2). Варьирование урожайности подсолнечника определялось действием удобрений (доля влияния фактора 57,5 %) и предшественников (41,4 %). Оба фактора оказывали достоверное влияние на изменение урожайности маслосемян подсолнечника. Лучшие условия для формирования урожая культуры закономерно складывались после чистого пара (на фоне без удобрений – 0,95 т/га, при внесении N₃₀–1,14 т/га) и по второй пшенице после пара в 4-польном зернопаропропашном севообороте (соответственно 0,87 и 1,05 т/га), в сравнении с размещением подсолнечника по подсолнечнику и по овсу (0,63…0,67 и 0,90…0,91 т/га). Применение азотных удобрений под подсолнечник обеспечивало наиболее высокие прибавку урожая маслосемян и окупаемость азота дополнительным урожаем, составлявшие в зависимости от севооборота соответственно 0,18…0,27 т/га и 6,00…9,00 кг/кг.

По данным Росстата, средняя за 2016‒2023 гг. урожайность маслосемян подсолнечника в хозяйствах всех категорий Ключевского района Алтайского края составляла 0,63 т/га, что значительно (на 0,04…0,51 т/га, или на 6,3…81,0 %) ниже, чем отмеченная в опыте урожайность культуры после всех предшественников на неудобренных и удобренных фонах. Среднерайонному уровню соответствовал лишь уровень урожайности культуры при повторных ее посевах без применения удобрений.

Продуктивность 1 га пашни в среднем за 2016‒2023 гг. составляла 0,76 тыс. зерн. ед., варьировала от 0,46 до 1,13 тыс. зерн. ед. и зависела от набора культур в севообороте (вклад фактора 74,2 %) и от азотных удобрений (24,2 %) (табл. 3). Оба фактора оказывали достоверное влияние на изменение продуктивности пашни. Максимальная ее величина в опыте отмечена в 4-польном зернопропашном севообороте с долей подсолнечника 50 % – на фоне без удобрений она составляла 0,88, при внесении N₃₀ ‒ 1,13 тыс. зерн. ед./га, а минимальная ‒ в севообороте с отсутствием подсолнечника и при бессменном возделывании пшеницы (соответственно фонам удобренности 0,46…0,57 и 0,64…0,68 тыс. зерн. ед./га, или в 1,5…1,9 и в 1,7…1,8 раза ниже). Продуктивность севооборотов с долей подсолнечника 16,7 и 25,0 % была примерно одинаковой, составляя на неудобренном и удобренном фонах 0,73…0,74 и 0,88…0,90 тыс. зерн. ед., а с долей подсолнечника 28,6 % ‒ соответственно 0,65 и 0,81 тыс. зерн. ед./га. Несоответствие уровня продуктивности пашни доле подсолнечника в севооборотах обусловлено разными условиями для роста и развития растений этой культуры. В частности, размещение подсолнечника после подсолнечника приводит к снижению его урожайности на неудобренном фоне в 1,5, а на удобренном в 1,3 раза, по сравнению с первой культурой. Существенный рост отдачи от азотных удобрений, влияние которых во всех севооборотах было достоверным, отмечен только в 4-польном зернопропашном севообороте с долей подсолнечника 50 % – 8,33 зерн. ед./кг против 3,33…5,33 зерн. ед./кг в других севооборотах. Азотные удобрения обеспечивали достоверный рост продуктивности пашни в среднем по севооборотам на 0,17 тыс. зерн. ед./га (25,4%) при окупаемости азота удобрений 5,67 зерн. ед./кг.

 

Таблица 3. Продуктивность 1 га пашни в зависимости от севооборота и азотных удобрений (среднее за 2016–2023 гг.), тыс. зерн. ед.

Севооборот (фактор А)	Удобрение (фактор В)			Окупаемость азота, зерн. ед./кг
	0	N30	среднее
Пар – пшеница – пшеница – овес	0,57	0,68	0,62	3,67
Пар – пшеница – пшеница – овес – пшеница – подсолнечник	0,74	0,90	0,82	5,33
Пар – пшеница – пшеница – подсолнечник	0,73	0,88	0,81	5,00
Пар – пшеница – пшеница – овес – пар – подсолнечник – подсолнечник	0,65	0,81	0,73	5,33
Пшеница – подсолнечник – овес ‒ подсолнечник	0,88	1,13	1,00	8,33
Бессменная пшеница	0,46	0,64	0,55	6,00
Среднее	0,67	0,84	0,76	5,67
НСР05 для факторов: А – 0,09; В – 0,05; АВ – 0,09; частных различий – 0,13 Доля влияния факторов, %: А – 74,2; В – 24,2; АВ – 1,6

 

Выводы. На каштановых почвах сухой степи влияние азотных удобрений на изменение урожайности яровой мягкой пшеницы по чистому пару было определяющим (доля вклада фактора 87,4 %), овса и подсолнечника – сильным (соответственно 68,2 и 57,5 %), пшеницы по непаровым предшественникам – значительным (36,8 %), продуктивности пашни – существенным (24,2 %). Влияние севооборота на изменение продуктивности пашни было определяющим (74,2 %), урожайности пшеницы по непаровым предшественникам – сильным (62,5 %), подсолнечника и овса – значительным (соответственно 41,4 % и 31,5 %), пшеницы после пара – слабым (11,7 %).

Наиболее благоприятные условия для пшеницы и подсолнечника складывались после пара в зернопаропропашных севооборотах, для пшеницы по непаровым предшественникам ‒ после овса, для овса – после пшеницы в зернопаропропашных севооборотах с одним полем подсолнечника.

Продуктивность пашни в севооборотах без подсолнечника и удобрений была минимальной в опыте (0,46…0,57 тыс. зерн. ед./га). При насыщении севооборотов подсолнечником до 16,7…25 % величина этого показателя возрастала, по сравнению с зернопаровым севооборотом и бессменной пшеницей, на 0,16…0,28 тыс. зерн. ед./га (28,1…60,9 %), а до 50 % ‒ на 0,31…0,42 тыс. зерн. ед./га (54,4…91,3 %). Внесение азотных удобрений под культуры зернопаропропашных и зернопропашных севооборотов обеспечивало увеличение продуктивности пашни на 0,15…0,25 тыс. зерн. ед./га (20,5…28,4 %) по отношению к неудобренному фону при окупаемости 1 кг азота до 8,33 зерн. ед.

Существенное превышение уровня урожайности яровой пшеницы, овса и подсолнечника в опыте над среднерайонным уровнем в хозяйствах всех категорий свидетельствует о перспективности совершенствования севооборотов и применения азотных удобрений для повышения продуктивности и устойчивости растениеводческой отрасли в сухостепной зоне Алтайского края, а также замедления процессов опустынивания.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Работа выполнена в соответствие с Соглашением № 05-9/ВИП-ГЗ от 01.04.2024 г. между ФГБНУ «Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук» и ФГБНУ «Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий» в рамках реализации важнейшего инновационного проекта государственного значения «Единая национальная система мониторинга климатически активных веществ» (источник финансирования – Соглашение № 169-15-2023-001 от 01.03.2023 г. Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды).

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

В работе отсутствуют исследования человека или животных.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы работы заявляют, что у них нет конфликтов интересов.

Об авторах

К. Н. Кулик

Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: info@vfanc.ru

доктор сельскохозяйственных наук, академик РАН

Россия, Волгоград

А. А. Гаркуша

Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий

Email: aniish@mail.ru

кандидат сельскохозяйственных наук

Россия, Барнаул

В. И. Усенко

Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий

Email: aniish@mail.ru
Россия, Барнаул

В. И. Кравченко

Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий

Email: aniish@mail.ru
Россия, Барнаул

Д. В. Пургин

Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий

Email: aniish@mail.ru
Россия, Барнаул

Список литературы

Дополнительные файлы