Агрохимия, 2022, № 4, стр. 11-17

ВВЕДЕНИЕ

Основным фактором, лимитирующим урожайность и качество продукции полевых культур в Зауралье, является обеспеченность территории влагой. Согласно ретроспективному анализу гидротермических условий вегетационного периода (май–август) за 86 лет наблюдений (1929–2015 гг.), в центральной природной зоне зафиксировано 11 острозасушливых лет (ГТК <0.5), в течение 29 лет наблюдали засуху средней интенсивности (0.5–0.9); 25 лет оказались умерено влажными (1.0–1.2) и 22 года отличались высокой влагообеспеченностью (>1.2). Таким образом, согласно ретроспективному прогнозу, практически каждый второй год в Зауралье характеризуется как засушливый или очень засушливый [1].

Засушливость климата стала одной из предпосылок ускоренного перехода на бесплужное земледелие, способствующее сокращению потерь и более эффективному использованию почвенной влаги.

В настоящее время в земледелии Зауралья в основном применяют минимальную систему обработки почвы. На более чем 40% посевных площадей зерновые культуры возделывают после стерневых фонов, с ограниченным применением минеральных удобрений [2]. По литературным данным, аналогичная ситуация складывается во многих регионах страны, что отрицательно сказывается на количестве и качестве зерновой продукции [3].

Интенсивные технологии (ресурсосберегающая обработка почвы, оптимальное минеральное питание, надежная защита от вредных объектов) обеспечивают увеличение продуктивности яровой пшеницы и улучшение качества зерна. Однако большинство авторов отмечают, что уровни урожайности и качественные показатели зерна значительно варьируют в зависимости от погодных условий [4–6].

Цель работы – установить влияние гидротермических условий центральной природной зоны Зауралья и агротехнических приемов на урожайность и качественные показатели зерна яровой пшеницы, возделываемой в полевых севооборотах на фоне минимальной системы обработки почвы.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили в длительном стационарном опыте закладки 1968 г. на центральном опытном поле Курганского научно-исследовательского института сельского хозяйства – филиала УрФАНИЦ УрО РАН.

Почва опытного участка – чернозем выщелоченный среднесуглинистый маломощный малогумусный, в пахотном слое содержится: гумуса – 3.23–3.78%, подвижного фосфора – 54–58 мг/кг (по Чирикову) – в контроле и 75–83 мг/кг – в удобренных вариантах, обменного калия – 176–300 мг/кг (по Масловой). Обеспеченность почвы N-NO₃ перед посевом составляла: после непаровых предшественников – 5–10, после пара – 10–15 мг/кг.

Яровую пшеницу сорта Зауралочка возделывали в 4-польных севооборотах (пар–пшеница–пшеница–пшеница, пар–пшеница–соя–пшеница, пар–пшеница–рапс–пшеница, кукуруза–пшеница–горох–пшеница) на фоне минимальной системы обработки почвы (зяблевая обработка БДМ на 8‒10 см). Учитывая засушливые условия центрального Зауралья и опираясь на ранее полученные данные лаборатории агрохимии института [7], на 1 га севооборотной площади, кроме контрольных вариантов, применяли наиболее оптимальные дозы минеральных удобрений: в зернопаровых севооборотах – N20 (в паровом поле и под пшеницу после пара азот не вносили, под 2-ю и 3-ю культуры – N40), в зерновом – N25 (под кукурузу – N40, под пшеницу после кукурузы – N40, под горох азот не вносили, под пшеницу после гороха – N20).

Пшеницу высевали сеялкой СКП-2.1, оборудованной сошниками культиваторного типа, норма высева 4.5–5.0 млн всхожих семян/га, срок посева – 3-я декада мая. В фазе кущения пшеницы проводили химическую прополку сорняков баковой смесью, состоявшей из сложного 2-этилгексилового эфира 2.4-Д и феноксапроп-п-этила. В годы эпифитотий листостебельных болезней посевы пшеницы защищали фунгицидами пропиконазольной или тебуконазольной групп.

Уборку урожая проводили комбайном “Сампо 500”, наблюдения и учеты в полевых и лабораторных условиях – по общепринятым методикам и ГОСТам, для математической обработки полученных данных использовали программы Excel и Statistica 6.0, а также методы дисперсионного и корреляционного анализов [8].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

За период исследования (2010–2020 гг.) условия увлажнения отличались контрастными показателями (рис. 1). Неблагоприятные гидротермические условия в острозасушливый и засушливый периоды усугублялись недостаточным увлажнением почвы к началу весенне-полевых работ (рис. 1б).

Рис. 1.

Гидротермические условия вегетационных периодов (2010–2020 гг.): (а) – увлажнение, (б) – запасы продуктивной влаги в 1-метровом слое почвы перед посевом в вариантах минимальной системы отработки, мм.

Особенно низкие запасы продуктивной влаги весной в 1-метровом слое почвы отмечены в острозасушливые 2010, 2012 гг. (61 и 78 мм или 58 и 74% нормы), в то время как среднемноголетний показатель весенних влагозапасов выщелоченного среднесуглинистого чернозема в вариантах поверхностной обработки составлял 105 мм [9]. Нормальная влагообеспеченность почвы выявлена в 2020 г. (107 мм), однако в острозасушливых условиях вегетационного периода почвенные влагоресурсы быстро истощались из-за отсутствия достаточного количества летних осадков и непроизводительного расхода на испарение.

В период c ГТК 0.7–0.9 содержание влаги в годы исследования оказалось равным 83–86 мм, что составило 78–82% среднемноголетней обеспеченности. В благоприятные годы аналогичные уровни влагообеспеченности почвы наблюдали в 2013 г. (83 мм) и 2018 г. (76 мм), затем своевременные осадки вегетационных периодов “исправляли” эти несоответствия.

В процессе всего периода исследования продуктивность яровой пшеницы в значительной степени регламентировалась гидротермическими условиями и в меньшей – агротехническими приемами. Установлена сильная положительная связь между урожайностью яровой пшеницы и гидротермическим коэффициентом вегетационных периодов: r = 0.70–0.73.

Особенно четко проявилась зависимость урожайности яровой пшеницы от условий увлажнения. В среднем после изученных предшественников урожайность пшеницы, возделываемой без удобрений в острозасушливые годы, на которые приходилось 27.3% случаев, снижалась на 63.4% по сравнению с благоприятным по увлажнению периодом (табл. 1).

Оптимальные дозы азотных удобрений, высокая эффективность которых проявлялась в благоприятных условиях увлажнения, в острозасушливые годы оказывали больше угнетающее, чем положительное влияние на процессы формирования урожайности пшеницы. Прибавка зерна от азотных удобрений находилась в пределах ошибки опыта (0.6 ц/га).

В среднезасушливые годы (ГТК 0.7–0.9) снижение урожайности пшеницы составило 28.4% от урожайности, полученной в благоприятный период. В этих условиях минеральный азот оказался более эффективным, прибавка зерна пшеницы на фоне удобрений составила 1.3 ц/га.

В качестве лучших предшественников выделили пар и сою, обеспечившие повышение урожайности пшеницы по сравнению со 2-й после пара пшеницей как без удобрений, так и на фоне применения азотного удобрения в острозасушливые и обеспеченные влагой годы.

Следует отметить, что ретроспективный прогноз продуктивности яровой пшеницы в центральной лесостепной зоне Зауралья на основе 86-летних наблюдений [10] подтвердился исследованием за более короткий 11-летний период.

Следовательно, результаты исследования позволяют констатировать, что выщелоченные среднесуглинистые черноземы центральной лесостепной зоны Зауралья в благоприятных гидротермических условиях (до 50% лет) могут обеспечивать стабильную продуктивность яровой пшеницы в зернопаровых севооборотах без удобрения на уровне 18.3 ц/га при условии: средней обеспеченности почвы подвижным фосфором и надежной системы защиты от вредных объектов. В годы с недостаточной влагообеспеченностью (27–30% лет) потери урожая пшеницы, возделываемой без удобрений, в среднем после изученных предшественников достигали 28.4% (13.1 против 18.3 ц/га), в острозасушливые (27.3% лет) – 63.4%.

Минеральный азот на фоне оптимальной обеспеченности почвы подвижным фосфором в средние и благоприятные по увлажнению годы увеличивал урожайность пшеницы соответственно на 1.3 ц/га (на 10%) и 4.6 ц/га (на 25.1%).

Метеоусловия и минеральные удобрения оказывали существенное влияние на качество зерна яровой пшеницы [11, 12]. Средняя положительная корреляционная связь установлена между массой 1000 зерен, натурой зерна и гидротермическим коэффициентом вегетационных периодов (r = 0.55–0.60).

Установлено, что в благоприятные по температурному режиму и увлажнению годы (45–50% лет), в центральной природной зоне Зауралья имеется возможность получать зерно яровой пшеницы, отвечающее требованиям 1-го и 2-го классов по физическим качествам. Третий класс, согласно требованиям ГОСТа 52554-2006, можно получать при условии средней влагообеспеченности не зависимо от предшественников и фона удобренности полевого севооборота (табл. 2).

Стекловидность, которая характеризует белковый или крахмальный характер зерна, не зависела от погодных условий и в среднем за годы исследования была равна 50–60%, т.е. отвечала требованиям 2-го и 3-го классов (ГОСТ 52554-2006). Наблюдали изменения этого показателя у пшеницы после разных предшественников от 50 до 70% (2010 г.). Азотные удобрения увеличивали стекловидность зерна на 2–7%.

В процессе исследования выявили сильную корреляционную связь гидротермических условий июля и одного из важных показателей качества зерна – содержания сырой клейковины (табл. 3). Наиболее четко проявилась положительная связь температурного режима июля и количества клейковины в зерне (средняя связь), а также сильная отрицательная связь между показателями увлажнения в этом месяце и содержанием сырой клейковины.

Для оценки степени влияния температурного режима и условий увлажнения были выделены 2 группы лет. В первую вошли годы со среднесуточной температурой меньше нормы, которая в июле составляет 19.6°С (2014 г. – 15.6, 2015 г. – 17.9, 2017 г. – 18.5°С) и количеством осадков, превышающих норму (54 мм) не менее чем в 1.5 раза (2014 г. – 102, 2015 г. – 90, 2016 г. –131, 2017 г. – 80 мм). Вторую группу представляли остальные годы (63.6% лет).

Результаты анализа показали, что в годы со среднесуточными температурами июля меньше нормы и количеством осадков, превышавших норму (36.4% лет) без применения азотных удобрений пшеницу 3-го класса возможно получить лишь после пара и зернобобовых предшественников (табл. 4).

На фоне применения азотного удобрения содержание клейковины в среднем после всех предшественников увеличивалось на 2%, что обеспечило в неблагоприятный период формирование зерна 3-го класса по величине этого показателя.

Благоприятные условия для получения качественного зерна складывались, когда температура июля находилась в пределах и больше нормы (19.6°С), а сумма осадков не превышала норму более чем в 1.5 раза. В этот период, на который приходилось 63.6% лет, содержание клейковины в зерне составило 34.2–35.3% без удобрений и 34.8–36.8% – на фоне применения азотных удобрений.

Степень деформации клейковины у сорта пшеницы Зауралочка практически не зависела от погодных условий. В среднем за годы исследования, согласно требованиям ГОСТа Р54478–2011, клейковина соответствовала II группе качества (85–90 ед. или удовлетворительно слабая клейковина). Для формирования зерна I группы качества (хорошая клейковина) благоприятные условия сложились в 2014 и 2020 гг. при ГТК 0.6.

ВЫВОДЫ

1. Ретроспективный прогноз продуктивности яровой пшеницы в центральной лесостепной зоне Зауралья на основе 86-летних наблюдений и последнего исследования в течение 11 лет, показал, что в средние и благоприятные по условиям тепло- и влагообеспеченности годы, на которые приходилось свыше 50% лет в данном регионе, яровая пшеница, возделываемая в полевых севооборотах на выщелоченных черноземах с применением минимальной системы обработки, может гарантировать урожайность без удобрений 18.3 ц/га, на фоне удобрений – на уровне 22.9 ц/га. В острозасушливые годы (27.3% лет) урожайность снижалась в среднем на 63.4, в среднезасушливые (ГТК 0.7–0.9) – на 28.4%.

2. Эффективность азотных удобрений, на фоне средней обеспеченности почвы подвижным фосфором, лимитировалась условиями увлажнения. В благоприятные годы прибавки урожая зерна от азотных удобрений в среднем после всех изученных предшественников составила 4.6 ц/га, в годы с недостаточным увлажнением (ГТК 0.7–0.9) – 1.3 ц/га, в острозасушливые – минеральный азот в оптимальных дозах оказывал больше отрицательное, чем положительное влияние на процессы формирования урожайности яровой пшеницы.

3. Среди предшественников яровой пшеницы выделились черный пар и соя. Пар обеспечил повышение урожайности пшеницы по сравнению с другими предшественниками на 32–55% в острозасушливые годы, на 15–43% – в среднезасушливые и на 11–38% – в благоприятные по увлажнению. Соя, как предшественник, обеспечивала прибавку урожая пшеницы по сравнению с последним полем традиционного пшеничного севооборота на 15–25%.

4. Установлено, что в большинстве изученных лет (свыше 50%) имеется возможность выращивать зерно яровой пшеницы, отвечающее требованиям 1-го класса по физическим качествам в благоприятные годы и не ниже 3-го класса – в среднеобеспеченные теплом и влагой. Установлена сильная корреляционная связь между гидротермическими условиями июля и содержанием сырой клейковины в зерне пшеницы. Учитывая, что июль в Зауралье отличается стабильными условиями тепло- и влагообеспеченности, это природное явление свидетельствует о потенциальных возможностях климата Зауралья для выращивания качественного зерна яровой пшеницы.