Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 7
1.1 Происхождение, возделывание и использование полбы 7
1.2 Ценные биологические и хозяйственные свойства полбы 17
1.3 Нормы высева 24
1.4 Удобрения 35
2. Условия проведения опытов и методика исследований
2.1 Агроклиматические и почвенные ресурсы Республики Татарстан 38
2.2 Агрометеорологические условия в годы проведения исследований
2.3 Схема опытов и технология возделывания пшеницы полбы 51
3. Результаты исследований 56
3.1 Водный и питательный режимы почвы 56
3.2 Прохождение фенологических фаз и формирование стеблестоя 61
3.3 Фотосинтетическая деятельность и водопотребление растений 68
3.4 Засоренность посевов 87
3.5 Продуктивность, структура урожая и качество зерна 88
4. Экономическая и энергетическая эффективность
5. Результаты производственного испытания 102
Выводы 103
Рекомендации производству 105
Список использованной литературы 106
- Ценные биологические и хозяйственные свойства полбы
- Удобрения
- Агрометеорологические условия в годы проведения исследований
- Фотосинтетическая деятельность и водопотребление растений
Ценные биологические и хозяйственные свойства полбы
Как уже отмечалось, полба как культура ценится неприхотливостью к условиям выращивания (Калиновский, 1885; Столетова, 1924; Прокопьев, 1965; Артющенко, 1967; Пельцих, 1968; Дорофеев, 1987). По данным перечисленных ученых полба успешно выращивалась на всех типах почвы, что собственно существенно отличает полбу от мягкой и твердой пшеницы. Кроме того урожайность полбы в меньшей степени снижается на почвах бедных почвах.
В целом культура полбы может выращиваться на крайнем севере, на юге (Индия, Абиссиния), на западе (Германия), на востоке не привязана строго к определенным почвам и определённому климату. Н.И. Вавилов даже наблюдал возделывание полбы в Африке на высоте до 3000 м над уровнем моря. Все исследователи утверждают, что полба отличается пластичностью, выносливостью, легко приспосабливается к неблагоприятным условиям почвы и климата, и, следовательно, как пишет Е.А. Столетова (1924), является хлебом более надежным, чем пшеница. По сравнению с мягкой пшеницей эта культура лучше переносит холод, весеннюю влажность, заморозки имеет более высокую урожайность на легких и сухих и менее тучных почвах.
М.М. Якубцинер и Н.Ф. Покровская (1969) утверждают, что Т. dicoccum является одним из высокобелковых сортов пшеницы, из числа тех, что возде-лываются. Содержание белка в зерне полбы зависит от условий возделывания. В условиях южной части плоскостного Дагестана его содержание составляет 18,3 %; на территории Ташкентской области - 15,0 % (Дорофеев и др., 1979); на Кустанайской опытной станции - 22,68 % (Артющенко, 1973). Высоким содержанием белка отличаются следующие экологические группы полбы: индо-стандская, иранская, гибридная, марокканская, западноевропейская, закавказская, апенинская и волжская. Эти формы характеризуются большим содержанием клейковины (33-50 %). В этой культуре встречаются сорта с высоким содержанием лизина: на 100 г зерна – 0,534 г. (Мойса, 1974). По питательности полба, как крупяная культура, превосходит овес, ячмень и не уступает рису (Прокопьев, 1965) и поэтому является ценной продуктовой культурой. Более того из-за высокого содержания белка в зерне она с успехом может использоваться на корм скоту.
А.В. Артющенко (1967) наблюдая за посевами Кокчетавской полбы, которая относится к волжско-балканской группе, отмечал скороспелость полбы, как ее ценную биологическую особенность. Оказалось, что полба созревала раньше на 10-12 дней в условиях засухи, чем среднеспелые сорта пшеницы, и раньше на 3-4 дня, чем ячмень. А в условиях повышенной влажности 1964 года полба созрела раньше на 18 дней среднераннего сорта пшеницы Саратовская 29 и раньше на 21 день, чем пшеница сорта Народная. При этом периоды кущения и колошения у полбы на 2-12 дней короче, периоды молочной, восковой и полной спелости на 3-5 дней меньше, чем у ячменя сорта Евроиеум 353/133 (Ар-тющенко, 1973). Все это позволяет в весенний предпосевной период дожидаться появления всходов сорняков. Например, овсюга, и искоренить их путем предпосевной обработки и провести более поздний посев полбы, не рискуя повредить ее заморозками осенью. Следует отметить, еще одно достоинство полбы, вытекающее из только, что сказанного: полба рано освобождает поле, что позволяет подготовить почву под будущий урожай.
Значительной скороспелостью характеризуются также полбы, относящиеся к другим экологическим группам восточного подвида (Столетова, 1924; Пельцих и др., 1968; Залов, Абдурахманов, 1973). Н.И. Вавилова писал, что высокой скороспелостью отличаются полбы эфиопского подвида, конкретно йеменской группы, растения этой полбы по наблюдениям ученого колосились на 12 дней раньше, чем основная масса абиссинской пшеницы и созревали на 10 дней раньше. Сорта полбы европейского подвида отличаются более замедленными темпами развития, конкретно речь идет о позднеспелых формах из пиренейской группы разновидностей (Вавилов Н.И., 1964).
Как уже отмечалось, эта культура отличается засухоустойчивостью. Например, И.А. Стефановский (1950) отмечал высокую засухоустойчивость полбы, выращенной в Поволжье. В страшную засуху 1920 года, когда в Поволжье случился неурожай, полба среди немногих культур устояла против засухи. В то время многие ученые рекомендовали сеять полбу поскольку в условиях засухи она дает более высокий урожай, чем овес (Столетова, 1924). Устойчивость полбы к засухе объясняется в частности сильно развитой корневой системой. А.В. Артющенко (1973) установил, что полба развивается гораздо интенсивнее, чем корневая система ячменя.
При изучении способности листьев полбы удерживать влагу, было выявлено, что ее листья за одно и то же время провяливания теряют влаги меньше по сравнению с ячменем, а в условиях увлажнения лучше, чем ячмень имеют способность восстанавливать свою первоначальную массу. Например, за 4 часа провяливания листья ячменя потеряли 23,4 % влаги от первоначальной массы, а листья полбы – 17 % влаги. В условиях увлажнения листья ячменя восстановили свою первоначальную массу только на 81,3 %, а полбы - на 86,4 %. Именно поэтому А.В. Артющенко (1973) делает вывод о более высокой засухоустойчивости полбы, как культуры.
Л.А. Пельцих и В.С. Пельцих (1968) в результате проведенных исследований установили, что концентрация клеточного сока и осмотическое давление у полбы в течение всей вегетации выше по сравнению с мягкой пшеницей, причем это наблюдается в течение всего вегетационного периода, и разница возрастает вплоть до созревания растений. Поэтому эти ученые, как и А.В. Артю-щенко делают вывод, что полба имеет большую способность удерживать влагу и поэтому лучше переносит засуху.
Удобрения
В последнее двадцатилетие осадки периода «май-июнь», в котором закладываются основы урожая, сократились по сравнению с предыдущим двадцатилетием на 7,5 %. В то же время осадки периода «август-сентябрь», когда формируется урожай важнейших кормовых, продовольственных и технических культур, набирают силы всходы озимых, сократились на 16,2 %, а в последнее десятилетие – и вовсе на 24 %. Рост годовой суммы осадков произошел за счет увеличения количества осадков в холодные месяцы года.
Уменьшение суммы за период активной вегетации в сочетании с повышением среднесуточных температур воздуха ведет к снижению гидротермического коэффициента, то есть – к повышению засушливости климата. Типы увлажнения вегетационного периода классифицируются в зависимости от величины гидротермического коэффициента (табл. 4).
На практике чаще всего используют три градации увлажнения вегетационных периодов: - засушливые (объединяет 1-й и 2-й типы, приведенные в табл. 3); - среднеувлажненные (3 и 4 типы); - влажные (5-6 типы).
При анализе таблицы 4 становится очевидным, что начиная с 1990 года 15 лет относились к категориям от слабозасушливых до засушливых и только 7 лет были влажными. Повышение засушливости климата означает не только увеличение степени иссушения почвы. Кроме того, увеличивается доля осадков, которая впитывается почвой до насыщения своей максимальной гигроскопичности (недоступная для растений влага). Таким образом, доля осадков, расходуемых культурными растениями на формирование своего урожая, при повышении засушливости становится все меньше.
Еще одним нежелательным последствием повышения засушливости является снижение осенних запасов доступной для растений продуктивной влаги в метровом слое почвы перед уходом в зиму. Вообще-то колебания этого пока 43 зателя в определенных пределах не оказывают никакого влияния на величину весенних запасов продуктивной влаги. Это объясняется тем, что при низкой влажности почвы перед наступлением зимы происходит лучшее впитывание в почву зимне-весенних осадков. При высокой влажности почвы перед наступлением зимы, напротив, накопление влаги в почве за счет зимне-осенних осадков практически не происходит. Однако, в последние годы участились случаи сочетания глубокого высушивания почвы к концу периода вегетации с заниженным количеством осадков в осенние месяцы.
Таким образом, земледелие Республики Татарстан находится и в ближайшее время будет находиться в условиях значительных рисков, связанных с высокой частотой колебания основных агрометеорологических параметров, влияющих на продуктивность растений (Тагиров, Шайтанов, 2013).
Почвенный покров Республики Татарстан в основном представлен тяжелым гранулометрическим составом. Тяжелосуглинистые и глинистые разновидности составляют 85,1 %, средне– и легкосуглинистые – 9,4 %. Лишь в некоторых районах в основном это северная часть республики имеются незначительные площади земель с супесчаными и песчаными дерново-подзолистыми типами почв, что составляет 2,5 % территории. Такие почвы при сельскохозяйственном использовании подвергаются технической эрозии, что выражается переуплотнением почв и утратой комковато-зернистой структуры, сопровождающихся ухудшением водного, воздушного и теплового режимов почвы.
Черноземные почвы занимают 42 % от площади сельхозугодий Татарстана. Они, как типичный почвенный покров в основном расположены в южных лесостепных ландшафтных подзонах республики. Такие типы почв встречаются в большинстве случаях выщелоченными и, сравнительно меньшей степени, типичными и оподзоленными черноземами. Относительно большего распространения имеют черноземные почвы в Юго-Восточном Закамье и южной части Предволжья, значительно их меньше в Западном и Восточном Закамье, а на севере (Высокое) Предволжья они встречаются редко. Серые лесные почвы являются вторым по распространенности типом почв, их площади достигают 39,5 % от площади сельскохозяйственных угодий. Доля дерново-подзолистых и дерново-карбонатных почв составляет суммарно 10,2 %. Нечерноземные почвы преобладают в Предкамье, но встречаются и в других агропроизводственных зонах.
Для разработки адаптированных систем земледелия особое значение имеет учет зональных особенностей. Именно благодаря учету агроклиматических и почвенных условий возможно рациональное использование природных ресурсов региона. С целью усиления охраны окружающей среды при создании экологически стабильной структуры агроландшафтов и для обеспечения высокоэффективного функционирования их в настоящее время разрабатываются первоочередные задачи решения проблем повышения устойчивости и биоразнообразия агроландшафтов, что в свою очередь сопровождается смягчением влияния засух, уменьшением деградации почв, усилением борьбы с опустыниванием земель, повышением продуктивности и плодородия сельскохозяйственных угодий.
Агрометеорологические условия в годы проведения исследований
Непосредственное значение в формировании продуктивности имеет показатель чистой продуктивности фотосинтеза растений (ЧПФ). Основными показателями при определении ЧПФ являются: суммарная площадь листьев и интенсивность фотосинтетических процессов в расчете на единицу площади листьев. Эти два показателя обычно колеблются в широких пределах и имеют зависимость от условий возделывания (Ничипорович и др., 1961; Синягин, 1975; Алешин, Пономарев, 1985).
Нами проведены экспериментальные исследования по изучению зависимости фотосинтетических процессов от уровня питания и нормы высева пшеницы. В годы исследований на всех уровнях питания ЧПФ в начальные периоды роста и развития растений была незначительной. Наибольшей величины ЧПФ достигала в период колошения – молочной спелости (табл.25).
Показатель ЧПФ до колошения в зависимости от уровня питания увеличился незначительно или оставался на одинаковом уровне. Ухудшение фотосинтетической деятельности растений, по-видимому, обусловилось следствием взаимного затенения при сильной их облиственности.
По мнению В.А. Кумакова (1972), сохранность ЧПФ на одинаковом уровне при увеличивающихся площадях листовой поверхности является положительным фактом. В его работах показано, что увеличение размера листьев на 20-25% от максимального значения оказывает незначительное влияние на освещенность нижних быстро опадающихся листьев, из-за чего ЧПФ сохраняется почти на одном уровне, не отмечена перестройка фотосинтетического аппарата в этом случае. В.И. Попкова (1985) на основании экспериментальных данных пришла к аналогичным выводам. Таблица 25 – Чистая продуктивность фотосинтеза яровой пшеницы при различных норм высева и фона питания (г/м2 в сутки)
Фон питания Норма высева, млн./га 2012 г. 2013 г. всходы-кущение кущение-выход в трубку выход в трубку-колошение колошение-молочная спелость всходы-кущение кущение-выход в трубку выход в трубку-колошение колошение-молочная спелость
По средним данным за три года показатели ЧПФ на расчетных уровнях питания при 6 млн. всхожих зерен на гектар были выше естественного уровня питания на 3,4-3,9 г/м2 сутки (табл. 25). Средние показатели величин ЧПФ за вегетационный период в те же годы при той же норме высева имели отличия. Однако, эти различия составили лишь 1,6 г/м2 сутки (табл.26).
По мере улучшения минерального питания показатель ЧПФ может снижаться. На наш взгляд это происходит вследствие увеличения площади листьев и оказания ими затенения друг друга (Замараев, Чаповская, Смоленцев, 1986). По мнению В.Н. Чиркова, Я.А. Мансурова (1971), В.П. Беденко (1980), Н.А. Халезова, Н.А. Анисимова (1981) использование больших норм минеральных удобрений по сравнению с низким не способствует значительному изменению ЧПФ за вегетационный период.
Показатель ЧПФ в зависимости от норм высева за вегетационный период незначительно изменялся на естественном уровне и NРК-2,5 т, NРК-2 т. Эти изменения имеют тенденцию увеличения при уменьшении площадей питания (табл. 26).
В то время в научной литературе встречаются неоднозначные экспериментальные данные по данной проблеме. Т.Е. Старкова (1969) в своих опытах выявила, что зависимость между чистой продуктивностью фотосинтеза и нормами высева не существует.
Однако, Н.А. Халезова и А.А. Анисимова (1981) показывают, что такая зависимость появилась в фазе молочной спелости. В этот период вследствие более раннего отмирания листьев нижнего яруса растений на сильно загущенных посевах ЧПФ была выше по сравнению с другими фазами развития растений.
В.С. Епифанов и др. (1988) наоборот, считают, что ЧПФ в период выхода в трубку и после цветения пшеницы была больше на разреженных посевах, т.е. при малых нормах посева.
И.И. Синягина (1975) отмечает, что фотосинтетическая продуктивность на посевах при оптимальной площади питания в начальные фазы развития растений может быть ниже по сравнению с продуктивностью явно загущенных посевов, так как они раньше закрывают почву и более интенсивно используют ФАР.
Тем не менее, на вариантах опыта с большой нормой высева увеличение уровня затенения листьев привело к снижению интенсивности фотосинтеза по сравнению с вариантами опыта с оптимальной густотой стеблестоя.
Основным сдерживающим фактором повышения урожайности зерна яровой пшеницы при возделывании ее по прогрессивным технологиям в Республи 82 ке Татарстан является недостаточная обеспеченность растений почвенной влагой. Следовательно, очень важное значение в повышении продуктивности яровой пшеницы полбы имеют приемы агротехнологии, позволяющие более эффективно использовать запасы продуктивной влаги почвы. Такие приемы позволяют значительно снизить коэффициент водопотребления.
С целью оценки эффективного расхода продуктивной воды на формирование единицы урожая по вариантам опыта были сделаны расчеты коэффициента водопотребления.
Для расчетов величины потребления влаги растениями яровой пшеницы полба на формирование урожая нами были использованы данные о содержании запаса доступной продуктивной влаги в слое 0-100 см почвы до посева и до начала уборки, о суммарных количествах осадков, выпавших в течение вегетации.
Наблюдения показали, что общее количество потребления растениями влаги с единицы площади зависело от метеорологических условий вегетационного периода. Так, в относительно благоприятном по влагообеспеченности 2012 году на всех уровнях питания при норме высева 6 млн. варьировала от 3030 до 3290 м3/га, в относительно засушливые 2013 и 2014 гг. - от 1980 до 2320 и 2110-2230 м3/га (табл. 27). Данная закономерность подтверждается научными исследователями других авторов (Носатовский, 1950; Шамсутдинова, 2001; Таланов, 2005; 2014; Хадеев, 2012).
Расход воды на 1 т зерна на естественном уровне питания (6 млн.) в различные годы колебался от 1171 до 1893 м3, при расчете NPK на 2 т зерна – от 1176 до 1751 м3; на 2,5 т зерна – от 1009 до 1732 м3. Более продуктивно влага расходовалась на вариантах опыта с удобрениями.
Анализ экспериментальных данных многих исследователей показывает, что растениями при повышении уровня минерального питания, более продуктивно используется почвенная влага (Прянишников, 1965).
Фотосинтетическая деятельность и водопотребление растений
Качество зерна формируется под влиянием многих факторов. Все факторы можно свести к трем группам: генотип растений, технология производства, природные ресурсы. Для получения высококачественного зерна необходимо оптимизировать все эти три группы факторов (Исмагилов, 2005).
Еще в 1862 г. Д.И. Менделеев писал: «точное суждение о качестве хлебных зерен может дать лишь подробный анализ зерна, показывающий … содержание питательных начал …, ибо они определяют истинные качества зерна с желаемой точностью».
С целью выявления качества выращенного зерна яровой пшеницы полбы, мы определяли содержание белка, массу 1000 зерен и натуру. Во все годы испытаний при всех уровнях питания нормы посева семян оказали влияние на содержание белка в зерне. По результатам анализа данных за 2012 год, на естественном фоне, без удобрений с увеличением нормы посева от 4 до 7 млн./га содержание белка уменьшилось с 13,0 до 12,1 %. На вариантах с удобрениями соответственно: 14,5-13,8 и 15,3 до 14,5 %. Влияние удобрений было более значительным. На фоне, рассчитанном на получение 2 т зерна, содержание белка было выше на 1,5 % по сравнению с вариантом без удобрений при плотности стояния растений на варианте с нормой высева 6 млн. всхожих семян на гектар, и на 2,4 по сравнению с фоном NРК на 2,5 т (табл. 31)
С увеличением нормы высева закономерно снижалась масса 1000 зерен и натура. Так, на естественном фоне без удобрений при 4 млн. масса 1000 зерен составила 30,5, при 7 млн. – 29,1 г. При расчете NРК на 2 т соответственно -32,3 и 30,8 г, а на фоне 2,5 т – 33,1 и 31,6 г.
У зерна полбы, выращенной на естественном фоне при высеве 6 млн./га, эти показатели качества равнялись соответственно 29,7 г и 698 г/л. Таблица 31 – Влияние норм высева и фона питания на качество зерна пшеницы
Фон питания Норма высева, млн./га 2012 г. 2013 г. 2014 г. Среднее за 2012-2014 гг. содержание белка, % масса1000зерен,г натура, г/л содержание белка, % масса1000зерен, г натура, г/л содержание белка, % масса1000зерен,г натура, г/л содержание белка, % масса1000зерен,г натура, г/л
Независимо от уровня питания по мере загущения стеблестоя натура уменьшалась. Удобрения способствовали увеличению данного показателя. Так, по сравнению с естественным фоном при высеве 6 млн. семян на гектар на расчетном фоне 2 т зерна при 6 млн. натура увеличилась на 4 г/л, на фоне 2,5 т – 12 г/л. Такая же последовательность наблюдалась и в остальные годы исследований. Повышение норм высева до оптимальной (6 млн./га) обеспечивало получение экологически чистого продовольственного зерна при наивысшей урожайности. Остаточное содержание нитратов в зерне не прослеживалось, а наличие солей тяжелых металлов было ниже ПДК (табл. 32).
По данным И.М. Коданева (1976) видно, что путем снижения плотности посевов невозможно добиться повышения качества зерна, если при этом происходит снижение урожайности. Он предсказывает другие пути повышения качества зерна при увеличении густоты стеблестоя и сборе максимальных урожаев зерна.
Главным показателем экономической оценки интенсивной технологии выращивания яровой пшеницы является прирост валового сбора урожая. Однако, прирост валового сбора не всегда дают достоверную оценку всей технологии. Следственно для достаточно глубокой оценки выявляется его экономическая эффективность.
Для анализа экономической эффективности изучаемых вариантов и технологии возделывания пшеницы полба в целом провели расчеты по технологической карте.
Анализ данных по оценке эффективности возделывания полбы показал, что чистая прибыль в расчете на 1 гектар посева и рентабельность различались по годам, тем не менее, эти изменения имели одинаковую закономерность по изучаемым вариантам опыта. Сравнительно значимый чистый доход согласно с уровнем урожайности был получен в 2014 году, относительно ниже в 2012 и самый низкий в острозасушливом 2013 году (табл. 33).
Показатели средних данных за три года расчетных доз удобрений на уровень урожайности 2 т зерна с гектара способствовали увеличению чистого дохода в сравнении с вариантом без внесения удобрений при оптимальной норме посева на 308 руб./га, на 2,5 т – 1092 руб./га. Неблагоприятные агрометеорологические условия в годы проведения исследований и с резким увеличением цен на удобрения при использовании их уровень рентабельности относительно снижался.
На опыте без внесения удобрений оптимальная норма посева (6 млн.), повысила прибыль (в сравнении с 5 млн.) на 1175 руб., рентабельность на 15 %, снизила себестоимость на 16,7 руб. Увеличение норм посева от 5 до 6 млн. всхожих семян на га увеличило чистый доход на расчетных уровнях питания на 1043 – 1344 руб., рентабельность соответственно на 9 % и 14 процента при снижении себестоимости 1 т зерна на 162 руб. и 239 руб.