Содержание к диссертации
Введение
2. Условия, схемы опытов и методика исследований 9
2.1. Почвенно-климатические условия Северного Кавказа 9
2.1.1. Агроклиматическое районирование Северного Кавказа 9
2.1.1.1. Краснодарский край 11
2.1.1.2. Ростовская область 13
2.2. Схемы опытов 17
2.3. Методика проведения исследований 19
3. Влияние различных видов паров на элементы плодородия эродированных черноземов 21
3.1. Рост и развитие бобовых и крестоцветных культур в занятых и сидеральньгх парах 22
3.2. Влияние многолетних бобовых трав на агрофизические свойства почвы 67
3.3. Формирование водного режима почвы 90
3.4. Послеуборочный период и характеристика гидротермических условий вегетационного периода 99
3.5. Химический состав растительных остатков парозанимающих и сидеральных культур 101
3.6. Влияние различных видов паров на микробиологическую активность почвы 115
3.7. Почвозащитная эффективность различных видов паров на склоновых землях 122
4. Влияние различных видов паров и бинарного компонента на рост и развитие растений озимой пшеницы 128
4.1. Влагообеспеченность посевов озимой пшеницы 129
4.2. Влияние элементов технологии возделывания на полевую всхожесть семян и густоту всходов озимой пшеницы 143
4.3. Особенности осеннего развития и сохранность растений озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания 149
4.4. Особенности развития растений озимой пшеницы и вики мохнатой в весенне-летний период в зависимости от элементов технологии возделывания 170
4.5. Содержание элементов питания в растениях озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания 185
4.6. Фотосинтетическая деятельность посевов озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания 195
4.7. Засоренность посевов озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания 212
5. Особенности роста и развития озимой пшеницы в зависимости от предшественников, сроков и норм посева 218
6. Урожайность и качество озимой пшеницы в зависимости от технологии возделывания 245
6.1. Структура урожая озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания 245
6.2. Урожайность зерна озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания 258
6.3. Качество зерна озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания 269
6.4. Влияние одновидовых и бинарных посевов подсолнечника с озимой викой на урожайность озимой пшеницы 282
7. Повышение продуктивности подсолнечника в одновидовых и бинарных посевах 287
7.1. Динамика доступной влаги в почве одновидовых и бинарных посевов подсолнечника 289
7.2. Рост и развитие растений подсолнечника и бинарного компонента 292
7.3. Засоренность одновидовых и бинарных посевов подсолнечника 300
7.4. Особенности формирования элементов продуктивности подсолнечника 302
8. Продуктивность звеньев полевых севооборотов 305
9. Энергетическая оценка эффективности технологии возделывания озимой пшеницы и подсолнечника 308
10. Экономическая оценка эффективности технологии возделывания озимой пшеницы и подсолнечника 320
Основные выводы 332
Предложения производству 337
Литература 339
Приложения 372
- Рост и развитие бобовых и крестоцветных культур в занятых и сидеральньгх парах
- Особенности осеннего развития и сохранность растений озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания
- Структура урожая озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания
- Рост и развитие растений подсолнечника и бинарного компонента
Введение к работе
Актуальность темы. Проблема стабилизации агроэкосистем в России с каждым годом приобретает все большее значение, особенно в регионах с высокоразвитым зерновым хозяйством. Увеличение производства высококачественного зерна озимой пшеницы в южных регионах России имеет приоритетное значение, и решение этой задачи в значительной мере определяется совершенствованием существующих и разработкой новых технологий возделывания, рациональным использованием пашни и переходом на биологизированные системы земледелия. Прогрессирующие деградационные процессы во многих регионах России свидетельствуют о больших нарушениях при разработке и создании современных агроэкосистем.
Работы по всестороннему изучению особенностей роста и развития парозанимающих, сидеральных и кулисных культур, разработка высокоэффективных приемов технологии возделывания озимой пшеницы и подсолнечника в бинарных посевах с бобовыми, поиск нетрадиционных способов их использования имеют важное научное и практическое значение.
Расширение посевов бобовых трав на склоновых землях позволит хозяйствам не только сократить потребности в минеральных удобрениях, но и ускорить окультуривание деградированных черноземов при надежной защите почвы от эрозии.
Поэтому в настоящее время возникла необходимость поиска нового подхода к разработке и созданию устойчивых агрофитоценозов, широкое внедрение которых позволило бы получать стабильно высокие урожаи конкурентоспособной продукции с минимальными затратами за счет ресурсосбережения и элементов биологизации земледелия. Без дальнейшего совершенствования существующих и разработки принципиально новых, менее затратных технологий возделывания полевых культур невозможно увеличение производства сельскохозяйственной продукции, сохранение и повышение плодородия почвы, что определяет актуальность настоящих исследований.
Цель и задачи исследований. Цель работы – разработать основные элементы биологизации технологий возделывания озимой пшеницы и подсолнечника на эродированных черноземах в условиях недостаточного увлажнения, изучить влияние различных парозанимающих, сидеральных и кулисных культур на элементы плодородия почвы, урожайность и качество зерна озимой пшеницы, продуктивность пашни в степной зоне Северного Кавказа.
В соответствии с этим ставятся следующие задачи:
- изучить особенности роста и развития растений многолетних бобовых и крестоцветных культур в занятых, сидеральных и кулисно-мульчирующих парах;
- определить поступление основных элементов питания в почву с растительными остатками парозанимающих, сидеральных и кулисных культур;
- изучить влияние различных видов паров и способов основной обработки почвы на агрофизические свойства и водопроницаемость почвы;
- определить почвозащитную эффективность различных видов паров и способов основной обработки почвы на склоновых землях;
- изучить особенности роста и развития растений озимой пшеницы в осенний и весенне-летний периоды вегетации в зависимости от вида пара;
- изучить особенности роста и развития растений озимой пшеницы и подсолнечника в бинарных посевах;
- определить влияние различных предшественников, сроков и норм высева на урожайность и качество зерна озимой пшеницы;
- дать экономическую и биоэнергетическую оценку эффективности возделывания озимой пшеницы, подсолнечника в бинарных посевах и звеньев севооборота с различными парами на деградированных черноземах;
- рекомендовать производству рациональные приемы научно-обоснованного построения севооборотов с различными видами паров и бинарными посевами озимой пшеницы и подсолнечника в зоне недостаточного увлажнения с использованием принципов биологизации земледелия.
Научная новизна исследований состоит в теоретическом обосновании целесообразности возделывания озимой пшеницы и подсолнечника в бинарных посевах в зоне недостаточного увлажнения с целью воспроизводства плодородия черноземов и повышения продуктивности пашни.
Результатами многолетних исследований установлена необходимость совершенствования элементов системы земледелия в целях воспроизводства плодородия почвы путем активизации биологических факторов.
Получены новые экспериментальные данные по влиянию бобовых и крестоцветных культур, возделываемых в занятых, сидеральных и кулисно-мульчирующих парах, на улучшение агрофизических свойств, обогащение почвы органическим веществом и продуктивность звеньев полевого севооборота.
Практическая значимость работы и реализация ее результатов. Практическая значимость работы определяется получением сопоставимых данных по действию и последействию различных видов паров, способов основной обработки почвы и бинарных посевов на почвозащитную эффективность и продуктивность звеньев зернопаропропашных севооборотов степной зоны Северного Кавказа.
Обоснованы возможности воспроизводства плодородия почвы путем введения в севообороты занятых, сидеральных и кулисно-мульчирующих паров, бинарных посевов озимой пшеницы, подсолнечника с бобовыми травами.
Представленная работа является составной частью плана научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО «Донской ГАУ», №№ госрегистрации 1996-2000 гг. – 01.960.0 09179, 2001-2005 гг. – 01.2.00 106095, 2006-2010 гг. – 0120.0 604298.
Основные положения, выносимые на защиту:
агроэкологическая оценка бобовых и крестоцветных культур в занятых, сидеральных и кулисно-мульчирующих парах, позволяющих улучшить агрофизические и агрохимические свойства эродированных черноземов;
роль чистого, занятых, сидеральных и кулисно-мульчирующих паров в рациональном использовании влаги в условиях недостаточного увлажнения степной зоны Северного Кавказа;
особенности роста, развития растений, формирования урожайности и качества зерна озимой пшеницы при различных приемах её возделывания;
особенности формирования межвидовых (бинарных) агрофитоценозов в степной зоне Северного Кавказа.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников Донского ГАУ (Персиановский, 1996-2009 гг.); Международных и Всероссийских научно-практических конференциях и симпозиумах: Воронеж (1997, 2005), Санкт-Петербург (1999), Краснодар (2003), Персиановский (2004-2008), Тольятти (2004, 2005), Ростов-на-Дону (2005, 2008), Пенза (2005), Мурманск (2005), Пущино (2005), Самара (2005), Алушта. Симферополь (2005), Москва (2005), Чебоксары (2005, 2006), Ставрополь (2005, 2007), Белгород (2006), Amsterdam (2006), Rimini (2007).
Реализация результатов исследований. Основные положения разработанных технологий выращивания озимой пшеницы и подсолнечника внедрены в хозяйствах Ростовской области и Краснодарского края на площади более 45 тыс. га. Материалы диссертации широко используются в учебных курсах «Растениеводство», «Земледелие», «Производство продукции растениеводства» при обучении студентов и переподготовке агрономов и технологов сельскохозяйственных предприятий, при разработке методик проведения научно-исследовательских работ аспирантов и научных сотрудников.
Публикация в печати. Общее количество научных работ – 139, в том числе по теме диссертации - 108. Основные положения диссертации опубликованы в 62 печатных работах, в том числе 7 – в изданиях, определенных ВАК Минобразования и науки РФ, 2 – в зарубежных изданиях, в монографии «Парозанимающие и сидеральные культуры на эродированных черноземах» (2006), в двух патентах на изобретения «Способ создания бинарных посевов с озимой викой в звене севооборота «Подсолнечник – озимая пшеница» (2007) и «Способ выращивания подсолнечника с многолетними травами» (2008).
Структура и объем диссертации. Обзор научной литературы совмещен с изложением и обсуждением собственных экспериментальных данных. Диссертационная работа написана на русском языке, изложена на 405 страницах машинописного компьютерного текста, состоит из введения, 10 глав, выводов и рекомендаций производству, списка литературы, включающего 388 наименований, в том числе 35 иностранных авторов. В тексте диссертации содержится 115 таблиц, 26 рисунков и 51 приложение.
Рост и развитие бобовых и крестоцветных культур в занятых и сидеральньгх парах
В современных экономических условиях хозяйствования большое значение приобретают севообороты с высоким насыщением бобовыми культурами короткого периода использования, что, несомненно приемлемо не только для степных районов Северного Кавказа, но и для большинства регионов России. Выдающийся советский агропочвовед В.Р. Вильяме (1914) разделил все культуры на улучшающие структуру почвы и ухудшающие ее. Он первым обосновал необходимость размещения в севообороте после растений, которые не оказывают положительного действия на структуру почвы или способствуют ее разрушению, культуры, улучшающие структуру почвы. Профессор Московского университета М.Г. Павлов в 1838 г. в работе "Плодопеременение как закон природы и первое правило для составления севооборота" подчеркивал, что севооборот нужен потому, что чередование различных по условиям агротехники (пропашных или сплошного посева) и биологическим особенностям культур улучшает физические свойства почвы, прежде всего ее оструктуренность, плотность, аэрацию, а потому замедляет ее истощение.
По сути, М.Г. Павлов соединил два фактора чередования культур -физический и химический. Наиболее благоприятное влияние на физические свойства почвы оказывают и защищают ее от эрозии культуры сплошного посева с хорошо развитыми надземными органами и корневой системой. К таковым относятся посевы многолетних трав - бобовых, злаковых и их смесей. У этих культур масса корневых и пожнивных остатков примерно равна массе убираемого урожая (А.Х. Шеуджен, 2009). Большое количество растительных остатков многолетних трав существенно улучшает структуру почвы. Корневая система многолетних трав, проникая на большую глубину, своими многочисленными корешками пронизывает почву и разделяет ее на отдельные комочки. При отмирании корешков эти комочки пропитываются перегноем, в результате формируется водопрочная структура почвы (В .Г. Лошаков, 2004).
Высокая степень распахаиности земель требует поиска экологической оптимизации севооборотов, научно обоснованного размещения почвоулучшающих и почворазрушающих культур. Нельзя не согласиться с В.В. Докучаевым в том, что хозяйственная деятельность человека насильственно изменяла окружающую природную среду, не учитывая особенностей природно-климатических зон. По его мнению, следует строго приурочить и наши севообороты, и наше скотоводство, и наши культурные растения, и наше садоводство, плодоводство и лесоводство к зональным, русским физическим сельскохозяйственным условиям. Этот вывод В.В. Докучаева необходимо учитывать в развитии земледелия Ростовской области и северной зоны Краснодарского края с их резко выраженным континентальным климатом, постоянными перепадами температур, недостаточным и неравномерным выпадением осадков в течение года, преобладанием сухих восточных ветров, частыми засухами и пыльными бурями, с 72% пашни в структуре сельхозугодий (Е.Г. Лысенко, 1994).
Эту проблему следует рассматривать с позиции учения П.А. Костычева, В.В. Докучаева, Н.М. Сибирцева, В.Р. Вильямса о почвообразовательном процессе, эволюции почвы как природного тела, получившего творческое развитие в работах В.А. Ковды. В «Основах учения о почвах» (1973) он большое внимание уделил развитию культурного почвообразования. Выводы об этом имеют исключительно важное значение для ученых и практиков в понимании природы почвы и эколого-экономического обоснования порядка пользования землей. С момента освоения целины меняются условия характера процессов почвообразования, - делает вывод В.А. Ковда, - изменяются свойства почвы. Почва вступает в культурную фазу развития. С этого .момента начинается культурный процесс почвообразования, представляющий собой новейший этап эволюции почвы, на котором естественный процесс почвообразования видоизменяется человеком в целях получения высоких урожаев культурных растений. Сущностью этого процесса является образование мощного, богатого гумусом, биологически активного и структурного слоя почвы с благоприятным для культурных растений тепловым, водно-воздушным и пищевым режимом. Развитие культурного почвообразования и изменение свойств почвы после освоения целины зависят от уровня агротехники и сочетания культур, различающегося по характеру биологического кругооборота и способам возделывания (В.А. Ковда, 1973).
К сожалению, история развития земледелия свидетельствует о недооценке человеком качественно новых процессов, происходящих в культурных почвах, а вся его хозяйственная деятельность направлена большей частью на достижение высоких результатов возделываемой культуры, но при этом упускается главное - прежде всего забота о сохранении и повышении почвенного плодородия (Е.Г. Лысенко, 1994).
В Ростовской области, как в целом по стране, отношение к возделыванию многолетних трав было неоднозначным. Безусловно, одной из причин такого положения являлась борьба в сельскохозяйственной (биологической) науке по вопросам травопольной системы земледелия, носившая политизированный характер. Она способствовала принятию волюнтаристских решений по проблемам развития сельского хозяйства. Это свидетельствовало о непоследовательности курса аграрной политики. В Ростовской области шел принципиальный спор между учеными-аграриями о целесообразности внедрения травопольных или пропашных севооборотов в засушливых условиях степного региона. В то же время в области никогда травопольных севооборотов в классическом плане не было, но интенсивно развивалось травосеяние. В свое время шаблонный подход к внедрению травопольных севооборотов привел к бесхозяйственному планированию посевных площадей многолетних трав, отмечал в своих работах профессор В.Г. Украинский (1960). Однако стремление исправить эти ошибки не должно приводить к отказу от посевов многолетних кормовых трав и от поисков путей повышения их урожайности. Особенно это относится к хозяйствам, которые не имеют естественных сенокосов и пастбищ. Все мероприятия, связанные с травосеянием, на каждом предприятии должны проводиться с учетом хозяйственной целесообразности их возделывания и возможностей получения хороших урожаев (Е.Г. Лысенко, 1994).
Еще в 1946 г. селекционер И.Д. Возный призывал преодолеть недооценку многолетних трав, изменить отношение к ним, как к второстепенным культурам. Травосеяние в Ростовской области имело исключительно важное значение для насыщения структуры посевов травами, как фактора улучшения агроэкологического состояния почв. На основании своих исследований В.Г. Украинский (1960) пришел к выводу о том, что посевы многолетних трав, особенно в сочетании с полезащитными насаждениями, предохраняют почву от водной и ветровой эрозии почв. Кроме того, корни многолетних трав обогащают почву перегноем, улучшают ее плодородие, содействуют повышению урожаев последующих культур. Им доказано, что посевы люцерны и эспарцета одногодичного пользования на черноземных почвах могут служить отличными предшественниками для озимой пшеницы и обеспечивают урожаи последней выше, чем после черного пара.
Однако практика доказала, что исключить травы из агроэкосистемы невозможно. Сокращение трав в период высокой интенсивности ведения сельского хозяйства приводило к снижению плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур (Е.Г. Лысенко, 1994).
Ликвидация многолетних трав и черных паров в полевых севооборотах, чрезмерное насыщение их зерновыми колосовыми культурами привело к ощутимому обеднению почв ввиду одностороннего ежегодного выноса легкоусвояемых растениями питательных веществ, особенно азота нитратов, -доказывает академик И.Г. Калиненко (1971, 1990). Это катастрофическим образом сказалось на качестве зерна озимой пшеницы в традиционных районах ее возделывания. Началось резкое снижение содержания в зерне белка и клейковины, резко ухудшилось их качество. Не решается эта проблема и при внесении оптимальных доз органических и минеральных удобрении. Тревога И.Г. Калиненко за плодородие земли обоснованна. Он предупреждает об опасных тенденциях, которые приобретают глобальные масштабы и поднимаются до уровня экологической безопасности страны (Е.Г. Лысенко, 1994).
Донник желтый (Melilotus officinalis) - двулетнее растение семейства бобовых, ярового типа развития, в России распространен повсеместно. В год посева донник образует стебель высотой до 30-60 см и очень мощную корневую систему, которая проникает в глубину до 1,0-1,5 м, а на втором году жизни корневая система проникает в глубину до 2 м и более. Воздушно-сухая масса корней донника в пахотном слое почвы достигает 10 тонн. Донник желтый растет на низкоплодородных, бедных по содержанию органических веществ и азота почвах, наиболее продуктивно использует осадки холодного периода и формирует высокий урожай зеленой массы до 250-400 ц/га в конце мая и после его уборки поле можно использовать под посев озимой пшеницы. Период парования почвы составляет 100-120 дней. Растительные остатки донника желтого довольно быстро минерализуются и обогащают почву биологически чистым азотом и фосфором. Донник является одним из немногих растений, способных хорошо произрастать на эродированных землях и повышать их плодородие. Это засухоустойчивое растение, в два раза меньше расходует влаги по сравнению с люцерной. Донник - ценное кормовое растение с высоким содержанием переваримого протеина и других питательных веществ. Донник желтый в фазе бутонизации может использоваться на зеленый корм, сено, сенаж и травяную муку. Донник хорошо силосуется с кукурузой и дает полноценный по белковому содержанию силос (Н.А. Мелешко 1930; А.К. Дударь, 1959; A.M. Гаврилов, 1965; Н.И. Машкевич, 1969; Т.М. Масалимов, 1991; А.Ф. Иванов, 1996; Г.С. Посыпанов, 2006; ЕЛ. Луганцев, 2007; В.В. Коломейченко, 2007).
Особенности осеннего развития и сохранность растений озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания
Проблема перезимовки занимает особое место в исследованиях и технологических разработках озимых культур. В этой комплексной проблеме можно выделить три группы вопросов, которые тесно связаны друг с другом. Это вопросы биологии зимостойкости растений, агрометеорологические условия ее формирования, условия перезимовки и агротехнические мероприятия, направленные на оптимизацию условий перезимовки.
Гибель озимых растений в зимний период особенно при переходе от состояния покоя к активной вегетации - это результат воздействия на растения неблагоприятных агрометеорологических факторов, вызывающих такие явления, как вымерзание, выпревание, вымокание, интоксикация углекислым газом, выпирание, выдувание, обнажение узла кущения и др. В ряде исследований (Н.А. Федорова, 1972; В.Н. Личикаки, 1974; В.Н. Моисейчик, 1975; Белоусов Е.В., 1977 и др.) указывается, что основные причины этих явлений сводятся к неблагоприятным сочетаниям агрометеорологических условий, например, низких температур с отсутствием или малым количеством снега, острого дефицита влаги осенью и зимних засух с сильным ветром, чередование оттепелей с сильными морозами, притертая ледяная корка, резкие перепады температур ранней весной в момент возобновления вегетации, скопление воды в понижениях в период снеготаяния и др.
Чтобы перенести неблагоприятные условия, возобновить развитие и дать полноценный урожай, озимое растение должно обладать достаточным запасом прочности, запасом жизненных сил, которые формализуются таким комплексным понятием, как зимостойкость. Это понятие включает устойчивость растений не только к низким температурам (морозостойкость), но и к другим вышеперечисленным неблагоприятным явлениям и процессам. Таким образом, зимостойкость - сложное и многогранное явление. При его оценке следует исходить из того, что хотя зимостойкость определяется генетической природой вида и сорта, она не является постоянным свойством озимого растения, а зависит от условий выращивания и может меняться под влиянием элементов технологии (сроков и качества сева, уровня минерального питания и др.). Однако эти изменения лежат в пределах нормы реакции генотипа.
Проблема зимостойкости озимых культур достаточно широко освещена в отечественной и зарубежной литературе. Выявлению биологических закономерностей формирования зимостойкости посвящены классические труды Н.А. Максимова (1913, 1952), И.И. Туманова (1970), Т.Н. Труновой (1977) и др. В этих исследованиях разработаны теория «защитных веществ», вырабатываемых зимующими растениями в органах и тканях, биологические механизмы формирования морозостойкости и закалки растений.
Агрометеорологические аспекты проблемы изложены в монографиях: В.А. Моисейчик (1975), В.М. Личикаки (1974), Э.Г. Палагина (1981) и др. Разработке агротехнических приемов, способствующих максимальному развитию свойств зимостойкости у растений озимой пшеницы путем оптимизации сроков сева, норм высева, глубины заделки семян, доз и соотношения минеральных удобрений, посвящены работы В.К. Блажевского (1969), А.И. Задонцева и др. (1970), В.И. Бондаренко (1972, 1985), К.И. Саранина (1973), И.И. Ковтун (1990) и др.
Работами Д.Н. Прянишникова (1900, 1945), В.П. Мосолова (1938), СИ. Савельева (1948, 1959), Ф.М. Куперман (1950, 1969), А.И. Носатовского (1950, 1965), П.А. Генкеля (1969), Kretschmer О. (1967) установлено, что температура и свет осенью оказывают существенное влияние на заглубление узла кущения у озимых растений. При пониженных температурах, интенсивном освещении узел кущения закладывается глубже, чем при повышенных температурах и сниженной освещенности. Так, наименьшая глубина залегания узла кущения отмечена у растений озимой пшеницы, выращенных при сниженном освещении и повышенной температуре воздуха - 1,0 см (А.И. Коровин, Е.В. Мамаев, В.М. Мокиевский, 1977).
Кроме того, с повышением влажности почвы узел кущения при низкой и при высокой температуре ночи закладывался ближе к поверхности почвы, при сниженной влажности - глубже. Все это, по-видимому, связано с различным разрастанием подземного междоузлия у растений и с аэрацией. При пониженных температурах ночи узел кущения закладывается глубже, чем при повышенных (А.И. Коровин, Е.В. Мамаев, В.М. Мокиевский, 1977). Отклонение в увлажнении почвы в осенний период от оптимального ведет к снижению урожая озимых. Так, в условиях повышенных температур урожай зерна озимой пшеницы снижается в варианте с недостаточным увлажнением почвы на 33%, а в варианте с переувлажнением почвы на 14%, а в условиях пониженных температур урожай зерна пшеницы снизился при недостатке влаги на 28%, при переувлажнении на 31% по отношению к варианту с оптимальным увлажнением почвы осенью. Неблагоприятными были также сочетания повышенных температур с избытком влаги в почве (урожай зерна ниже на 14%) и пониженных температур с недостатком влаги (урожай на 28% ниже, чем в контрольном варианте) (А.И. Коровин, Е.В. Мамаев, В.М. Мокиевский, 1977).
Знание особенностей роста и развития озимой пшеницы, посеянной по различным парам имеет огромное значение для правильного выбора предшественника. Так, при анализе роста растений озимой пшеницы перед уходом в зиму нами установлено, что наиболее развитыми были растения по сидеральному донниковому пару (табл. 4.3.1).
В среднем на 1 растении по сидеральному донниковому пару насчитывалось 5,1 стеблей и 8,4 вторичных корней, что на 0,4 и на 0,3 шт/раст. превышает показатели по чистому пару. Менее всего стеблей было у озимой пшеницы по пару, занятому эспарцетом - 4,2, а корней - 6,6 шт./раст. по пару, занятому донником.
Узел кущения озимого растения - очень важный орган. На определенном этапе развития он становится тем элементом растения, жизнеспособностью которого в дальнейшем определяется процесс формирования продуктивного стеблестоя и урожая. Он не должен быть поврежден, и поэтому его расположение внутри почвы имеет существенное значение.
Расположение узла кущения на небольшой глубине (менее 2 см) крайне нежелательно ввиду значительных колебаний температуры и содержания влаги в тонком слое почвы. Недостаток влаги в поверхностном слое препятствует нормальному укоренению растений, вследствие чего они входят в зиму со слабо развитой вторичной корневой системой. Растения с глубоким залеганием узла кущения оказываются в более благоприятных условиях для образования и развития узловых корней, а также для защиты их от зимних повреждений. Поэтому чем глубже расположен узел кущения, тем выше выживаемость растений в зимний период (Н.А. Плохинский, 1970).
Глубина закладки узла кущения связана с особенностями роста колеоптиле и меняется в зависимости от вида и сорта. Колеоптиле прорастает сквозь почву, на некоторой глубине под влиянием света, проникающего в почву в рассеянном виде, в нем образуются ингибирующие рост вещества, которые его останавливают. Здесь образуется узел кущения. На глубину закладки узла кущения оказывает влияние ряд факторов, основными среди которых являются глубина заделки семян, температурный режим почвы и приход солнечной радиации в период после всходов. Относительно последнего фактора А.И. Носатовский (1965) писал: «Главную роль в размещении узла кущения в почве играет свет. Как только растения подвергались действию света, узел кущения далее не поднимался, а оставался на той высоте, какой он достиг при росте в темноте. Отсюда пасмурная погода осенью ведет к тому, что узел располагается ближе к поверхности почвы, ясная же солнечная погода в этот период приводит к более глубокому залеганию узла». В связи с этим представляет интерес вопрос о возможности оптимизации уровня залегания узла кущения путем изменения глубины заделки семян и искусственной регулировки режима освещения. Углубление узла кущения под влиянием солнечного света есть результат морфогенетического эффекта и определяется как интенсивностью освещения колеоптиле, так и суммой радиации, которую он воспринял (И.И. Ковтун, 1990).
По эспарцету нами наблюдалась наименьшая глубина залегания узла кущения — на 0,5 мм меньше, чем по чистому пару и на 0,7-0,8 мм - меньше, чем по занятому и сидеральному донниковым парам. Более глубокое залегание узла кущения по донниковым парам объясняется лучшей аэрацией поверхности почвы по данным парам.
Для практики растениеводства главным является не столько сам процесс перезимовки, сколько ее конечный результат — число выживших растений, так как этим в дальнейшем определяется урожай.
Структура урожая озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания
Элементы продуктивности зерновых культур, определяющие величину урожайности, формируются в ранние периоды развития растений (СИ. Смирнова, 1976). Отдельные элементы урожайности в процессе онтогенеза зерновых культур развиваются постепенно. Вначале всходит лишь определенное число растений в пересчете на единицу площади, затем в фазе кущения каждое растение образует куст и определенное число боковых побегов. При переходе от вегетативной к генеративной фазе развития кущение обычно прекращается, и на конусе нарастания, основе будущего колоса, образуются колосковые бугорки, дифференцирующиеся в цветочные бугорки с постепенным формированием завязи, пестика и пыльников; от этого зависит потенциальное число зерновок в колосе. Однако не все образовавшиеся стебли продуктивны, часть их отмирает в течение вегетации, часть до самой уборки не дает колосьев. Точно так же, не каждый заложенный колосок и цветок в колосе образует зерновку, так как все элементы урожайности претерпевают количественную редукцию. Следовательно, в процессе формирования данных компонентов (числа стеблей и зерновок) можно выделить три этапа: 1 - заложение, 2 - максимальное развитие и 3 - количественная редукция.
В результате последовательного прохождения указанных этапов и конкуренции как между отдельными стеблями, так и целыми растениями на последующих этапах компенсируются недостатки предыдущих, и таким образом урожай в какой-то мере стабилизируется. Так, при недостаточном формировании предыдущего элемента урожайности усиливается развитие последующих элементов, и наоборот, при массовом образовании предыдущего элемента ослабевает образование последующего, т.е. снижаются его число или масса. Это явление называется компенсацией элементов урожайности и у зерновых культур служит основой саморегулирования развития в посеве.
Оптимальное развитие основных элементов урожайности можно получить в принципе двумя способами: активизацией формирования нового элемента или ослаблением количественной редукции уже образовавшихся элементов (рис. 4.6.1).
Из данных рис. 4.6.1 видно, какое значение для получения высокого урожая имеет исследование закономерностей формирования и редукции продуктивных органов, определение критических фаз и изученность факторов, влияющих на эти два процесса.
Если известен оптимальный уровень элементов урожайности для получения запланированного урожая, то, при использовании закона компенсации, можно с помощью современных агротехнических мероприятий, направленных на частичное устранение неблагоприятного влияния погодных условий, создать предпосылки полного проявления потенциала продуктивности возделываемых видов и сортов зерновых культур.
Высокий биологический и хозяйственный урожай можно получить лишь в том случае, когда созданы оптимальные условия для формирования надземной биомассы и экономически рационального распределения органического вещества. Хозяйственный урожай зависит от степени согласованности процессов формирования надземной биомассы и отдельных элементов урожайности, характеризующихся очень сложными взаимоотношениями. Урожай зерна создается тремя основными компонентами: числом колосьев на единице площади; числом зерен в колосе; массой зерна (массой 1000 зерен).
Урожай пшеницы формируется под воздействием сложного комплекса условий, каждое из которых оказывает влияние на его количество и качество. Улучшая условия произрастания пшеничного растения - водный, пищевой, световой режимы и другие необходимые факторы, можно добиться получения высокого урожая. Многочисленные данные научно-исследовательских учреждений и производства показывают, что в природе пшеницы заложены большие возможности и при полном их использовании она в состоянии давать 80-100 ц зерна с 1 га и более (А.И. Носатовский, 1965).
К биологическим особенностям растений озимой пшеницы, имеющим значение в формировании высокой продуктивности в засушливо-суховейных районах, относятся (СИ. Смирнова, 1976): во-первых, количество стеблей с колосом в каждом кусте, озерненность колоса главных и боковых стеблей, скорость налива зерна и его крупность. Во вторую группу биологических особенностей, хорошо проявляющихся в агроклиматических условиях изучаемой территории, можно отнести размер колоса и его устойчивость к осыпанию, прочность стебля и, следовательно, устойчивость к полеганию, слабую повреждаемость стеблей и листьев грибковыми болезнями во влажные годы (Рекомендации по борьбе с засухой..., 1973).
В работах П.П. Лукьяненко (1960), М.Г. Пруцковой (1962) и др. указывается, что названные выше характеристики и особенности растений находятся в лучших соотношениях у сортов озимой пшеницы краснодарской селекции.
Обычно урожай пшеницы определяют величиной сбора зерна. Нередко в целях более полной характеристики еще приводят данные о сборе соломы с единицы площади. Для количественной оценки урожая в большинстве случаев вполне достаточно первого показателя. Но такое определение урожая не вскрывает ресурсов среды, условий формирования его, потенциальных возможностей растения с учетом сортовых особенностей, не дает возможности установить дефекты агротехники и не мобилизует работников сельского хозяйства на более полное использование биологических возможностей пшеничного растения и передовых приемов возделывания. В этой связи анализ отдельных элементов урожая, определяющих величину и качество его, позволяет полнее вскрыть взаимоотношения между растением пшеницы и средой в разные периоды вегетации и на этой основе строить агротехнику с учетом почвенно-климатических условий, обеспечивающих получение наиболее высоких урожаев зерна.
Под элементами урожая имеют в виду продуктивные органы и признаки растения, которые создают и определяют величину урожая. Для пшеницы основными элементами урожая являются: густота продуктивного стеблестоя, озерненность колоса и выполненность зерна. Каждый из этих элементов урожая под воздействием условий среды может изменяться в большую или меньшую сторону. Это влечет за собой увеличение или снижение урожая зерна. Густота продуктивного стеблестоя в полевых условиях у пшеницы может изменяться в больших интервалах - от 150 до 800 колосоносных стеблей на 1 м2 посева и более. Ее величина зависит от густоты стояния растений, особенностей возделываемого сорта, обеспеченности растений влагой, светом, питательными веществами и другими факторами среды. В южных влажных районах страны озимая пшеница в уборку обычно имеет от 500 до 700 продуктивных стеблей на 1 м2 посева, а в степных районах недостаточного увлажнения - от 350 до 500. С увеличением густоты стояния растений, как правило, увеличивается и количество продуктивных стеблей. Однако она проявляется до определенного предела, после которого увеличение густоты стояния растений не повышает густоту продуктивного стеблестоя. Для разных почвенно-климатических условий этот верхний предел неодинаков. При прочих равных условиях узколистные сорта пшеницы имеют большую густоту продуктивного стеблестоя, чем широколистные сорта. Густота продуктивного стеблестоя зависит и от уровня агротехники. Урожай зерна повышается с увеличением продуктивного стеблестоя. Высокие урожаи яровой и озимой пшеницы обычно получают на полях с большим количеством продуктивных стеблей. Каждой почвенно-климатической зоне, с учетом сортовых особенностей и уровня агротехники, соответствует определенная густота продуктивного стеблестоя, обеспечивающая получение наиболее высокого урожая зерна. Увеличение ее выше указанной величины приводит к снижению урожая зерна. Последнее может происходить из-за недостатка в почве влаги или питательных веществ в период формирования продуктивных органов растения и зерна.
В южных районах страны чаще всего оказывается в минимуме влага. В районах достаточного и избыточного увлажнения снижение урожая зерна при излишне высоком продуктивном стеблестое является следствием недостатка в почве питательных веществ.
Величину продуктивного стеблестоя можно регулировать нормой высева семян, внесением удобрений, и другими приемами агротехники. Урожай пшеницы зависит также от крупности колоса и его выполненности зерном. Количество зерен в колосе определяется условиями среды в периоды закладки, дифференциации колоса и цветения и может изменяться в больших размерах -от 8-12 до 50-55 штук. На юге страны чаще всего малая озерненность колоса объясняется низкой относительной влажностью воздуха, высокой температурой и недостатком влаги в почве. Выполненность колоса повышается и с улучшением обеспеченности растений питательными веществами. Внесение удобрений способствует улучшению режима питания растений, повышает величину и озерненность колоса. Количество зерен в колосе зависит и от биологических особенностей сорта. Колосья боковых побегов имеют, как правило, меньшее количество зерен, чем колосья главного стебля. Эта разница в зависимости от условий может быть большей или меньшей. Особенно низкой выполненностью колоса характеризуются боковые побеги второго и третьего порядка - подгон, подсед. Выполненность зерна обычно характеризуется весом 1000 зерен. В зависимости от условий в период формирования и налива зерна он может колебаться от 20 до 50 г. У одного и того же сорта по этим же причинам вес 1000 зерен может разниться на 15-20 г.
Рост и развитие растений подсолнечника и бинарного компонента
При возделывании подсолнечника наблюдаются все признаки улучшения фосфорного питания растений. Фосфорное питание растений подсолнечника способствует более мощному развитию корневой системы и надземных органов, заложению репродуктивных органов с большим числом зачаточных цветков в корзинке. При достаточном фосфорном питании ускоряется развитие растений, более экономно расходуется ими влага, в результате чего они более стойко переносят суховеи и недостаток влаги в почве.
В свою очередь растения подсолнечника и других культур оказывают воздействие на состав микрофлоры почвы, ее активность и мобилизацию питательных веществ из труднорастворимых соединений и органических веществ (П.Г. Семихненко, 1965). Растения через свои корневые выделения оказывают существенное влияние на развитие ризосферной микрофлоры и накопление фосфорной кислоты в почве.
Бинарный компонент оказывает влияние на формирование площади листовой поверхности растений подсолнечника (табл. 7.2.1). Так при анализе площади листьев в фазу бутонизация нами установлено, что озимая вика способствует увеличению площади листьев на 2,0-4,5 тыс. м /га, донник желтый - на 1,5-3,5 тыс. м /га, люцерна изменчивая - на 1,0 тыс. м7га, и менее всего влияние отмечается вайды красильной - 0,5 тыс. м /га, а к полному цветению начинает наблюдаться отмирание листьев. По вариантам снижение площади листовой поверхности достигало на одновидовых посевах подсолнечника 3,5-6,0 тыс. м /га, а в бинарных посевах - 3,0-9,0 тыс. м /га. Наиболее интенсивно реагирует на бинарный компонент сорт подсолнечника Казачий. Но все же площадь листьев в фазу полное цветение в бинарных посевах подсолнечника с озимой викой на 2,0-2,5 тыс. м /га больше, чем в одновидовых, с донником желтым - на 0,5-2,5 тыс. м2/га, с люцерной изменчивой - на 2,0 тыс. м /га, а с вайдой красильной — только на 0,5 тыс. м /га больше. Меньшее влияние на площадь листьев подсолнечника в бинарном посеве с вайдой красильной объясняется отношением ее к семейству Крестоцветные, представители которого не способны к симбиотической азотфиксации, как озимая вика, донник желтый или люцерна изменчивая. Бинарный компонент по-разному развивается под покровом подсолнечника. Так биологические особенности озимой вики требуют опорной культуры, функцию которой и выполняет подсолнечник. Мохнатую вику в агрономической практике часто называют озимой. Это название по сути стало синонимом видового ее названия, хотя биологически оно необоснованно. Вика мохнатая - культура полиморфная как в биологическом, так и в морфологическом отношении. Указания на многообразие биологического развития этой культуры можно найти во многих работах. Н.А. Максимов и М.А. Кроткина (1930), например, считали мохнатую вику двуручкой, К.Т. Штанько (1961) и С.Д. Киселева (1970) выделяют у мохнатой вики яровые, яровые зимующие, полуозимые и озимые формы. О многообразии вики мохнатой по биологии развития говорят и результаты исследований сортов и популяций различного географического происхождения (Г.В. Коренев, 1975). По реакции на сроки посева им были выделены образцы мохнатой вики с яровым типом развития — Дагестанская и Туркменская. Растения этих образцов при весеннем и летнем посевах заканчивали вегетацию в фазе полного плодоношения, а при осеннем посеве - в фазе бутонизации. Наряду с яровыми формами выделены образцы и с типично озимым типом развития - сорт-популяция Земгальская местная из Латвии, большинство растений которой в год посева осталось нецветущими.
Большинство же изучаемых образцов вики мохнатой по реакции на сроки посева проявили свойства двуручек. При весеннем посеве они плодоносили, а при осеннем не образовывали генеративных органов, то есть вели себя как озимые растения. По ритму развития, отношению к условиям произрастания и биотипическому составу сорта-популяции мохнатой вики из Московской, Курской и Днепропетровской областей приближаются к типично полуозимым растениям. Аналогично озимым растениям 22-25% растений в этих популяциях при яровом посеве не зацветают. Из 75-78% цветущих растений только 37-47% растений заканчивают вегетацию, достигнув плодоношения. Остальные растения хотя и цвели, но семян к концу вегетации не успели дать, что связано с их поздним цветением. Максимум цветения у них отмечен только в середине августа, то есть почти на два месяца позже, чем у яровых форм. Полученные экспериментальные данные по изучению биологии развития двуручек вики мохнатой подтверждают ту точку зрения, что их нельзя механически относить ни к яровым, ни к озимым. Двуручки в отличие от озимых способны зацветать при яровом посеве, а при осеннем посеве в отличие от яровых они не вступают в генеративную фазу. Таким образом, по биологии развития сорта и популяции вики мохнатой подразделяются на яровые, полуяровые, типичные двуручки, полуозимые и озимые, которые крайне неоднородны по биотипическому составу.
Начиная с ранних этапов роста, вика, цепляясь усиками за стебель и черешки листьев, оплетает подсолнечник, во влажные годы, достигая его корзинки. Донник желтый и люцерна изменчивая, на первых этапах затененные подсолнечником, после его уборки стремительно ускоряются в росте и достигая в среднем за годы исследований высоты 90 и 65 см соответственно (табл. 7.2.2). Так как посев люцерны под покров подсолнечника происходит в срок сева последнего, то люцерна развивается как при летнем посеве. Первый настоящий лист распускается на третий-пятый день после всходов. В это время на главном корне образуются боковые корешки. Еще через пять-шесть дней развертывается первый тройчатый лист. Стебель в этот период имеет длину не более 1 см, корень с боковыми корешками первого, второго, реже третьего порядка 10-12 см. Семядольные листочки у всходов сохраняются 28-30 дней или на пять-семь дней дольше, чем у растений весеннего посева. Верхушечная, точка роста осевого побега в это время находится на втором этапе органогенеза. Каждый последующий лист у люцерны развивается через три дня. Через 18-20 дней после появления ювенильного листа растения имеют уже семь-восемь настоящих листьев и высоту 5,5-6 см. В пазухе каждого листа есть вполне сформировавшаяся почка, дающая начало побегам второго порядка. Первой трогается в рост почка в пазухе ювенильного листа, затем почки второго и третьего настоящих листьев и только после этого - почки, расположенные в пазухах семядольных листьев. К моменту выхода седьмого-восьмого листа тронувшиеся в рост почки достигают 0,5-1 см. Семядольные листочки начинают подсыхать и опадать. Через 30-40 дней после всходов опадает ювенильный лист и растение переходит в новое возрастное состояние. В это время молодое растение имеет все органы, кроме генеративных. Начинает формироваться зона ветвления. Нижняя часть стебля постепенно погружается в почву, утолщается до 0,3-0,5 см. Зона ветвления люцерны летнего посева к концу вегетации формируется достаточно полно. Она имеет важное значение для вегетативного возобновления. У многолетних бобовых трав, в том числе и у люцерны посевной, почки возобновления образуются не на гипокотиле и тем более не на корневой шейке, а на эпикотиле растения. При летнем посеве люцерны зона кущения формируется из базальной части главного стебля, побегов второго порядка, появившихся в пазухах семядолей и первых двух-трех нижних листьев. По развитию растения люцерны под покровом подсолнечника уступают весенним посевам люцерны, формируют перед уходом в зиму меньше побегов и почек. Зона интенсивного почкообразования размещается на глубине 0,8-1,0 см, а при весеннем посеве - 2,3-2,7 см.
Нами отмечается цветение растений донника желтого в год посева под покровом подсолнечника, но семена у него не образуются. Вайда красильная образует в первый год только розетку листьев. К концу первого года жизни многолетние травы формируют 0,94-1,88 т/га надземной массы и 1,01-1,66 корней, озимая вика — до 3,88 т/га органического вещества, которое благоприятно сказывается на росте и развитии последующей культуры -озимой пшеницы (раздел 6.4).
В растениях бинарного компонент содержится различное количество элементов питания (7.2.3).
В надземной массе растений озимой вики и люцерны изменчивой содержится азота на 0,24 и 0,12% больше, чем в корнях, а в надземной массе донника желтого и вайды красильной содержание азота ниже, чем в корнях на 0,42-0,52%.
