Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние производства высококачественного зерна озимой пшеницы (обзор литературы) 15
1.1 Современное состояние и тенденции производства зерна в мире, России и Орловской области 15
1.2 Использование исчерпаемых и возобновляемых ресурсов в технологии возделывания озимой пшеницы 21
1.3 Сидерация – средоулучшающий прием адаптивной технологии возделывания озимой пшеницы 28
1.4 Влияние сорта, предшественников, сроков сева, приемов обработки почвы на урожайность и качество озимой пшеницы 43
1.5 Роль системы защиты растений от вредных организмов в формировании высококачественного урожая озимой пшеницы 53
2. Условия, программа, объекты и методы исследований 65
2.1 Агрометеорологические условия проведения исследований 65
2.2 Характеристика почвенных условий 77
2.3 Программа и объекты исследований 79
2.4 Методы исследований 88
3. Эколого-биологические факторы производства высококачественного зерна озимой пшеницы в лесостепи центрального черноземья (на примере Орловской области) 91
3.1 Комплексная оценка почвенных ресурсов лесостепной части Центрально Черноземной зоны для выращивания озимой пшеницы 91
3.2 Оценка агрометеорологических условий лесостепной части ЦЧЗ для производства высококачественного зерна озимой пшеницы 100
3.3 Сорт – агробиологический фактор повышения качества зерна и продуктивности озимой пшеницы 112
3.4 Формирование урожая озимой пшеницы в адаптивных технологиях с использованием непаровых предшественников 138
4. Экспериментальное обоснование технологий, обеспечивающих высокую продуктивность агрофитоценозов озимой пшеницы и оптимизацию агрофизических свойств почвы при размещении по однолетним травам 150
4.1 Онтогенез озимой пшеницы в зависимости от сроков посева, целевого использования предшественника, приемов обработки почвы и норм минеральных удобрений 150
4.2 Фотосинтетическая деятельность агрофитоценозов озимой пшеницы в зависимости от целевого использования предшественника, приемов основной обработки почвы и норм минеральных удобрений. 164
4.3 Влияние целевого использования викоовсяной смеси, приемов обработки
почвы на фитосанитарное состояние посевов озимой пшеницы 166
4.4 Урожайность озимой пшеницы в зависимости от биологизированных
технологий 168
4.5 Зависимость качества зерна озимой пшеницы от агротехнических приемов 171
4.6 Влияние целевого использования викоовсяной смеси и приемов основнойобработки на агрофизические свойства почвы 175
4.7 Методология формирования урожайности качественного зерна в зависимости от микробиологической активности почвы, целевого использования викоовсяной смеси, приемов обработки почвы и норм минеральных удобрений 184
5. Научное обоснование формирования высококачественного зерна озимой пшеницы в условиях биологизации земледелия на основе полевого травосеяния 200
5.1 Влияние целевого использования клеверотимофеечной травосмеси на агрофизические свойства почвы, онтогенез и фитосанитарное состояние агроценозов озимой пшеницы. 200
5.2 Теоретическое обоснование продукционного процесса в зависимости от целевого использования клеверотимофеечной травосмеси, норм макро – и микроудобрений, системы защиты озимой пшеницы 210
5.3 Научное обоснование повышения урожайности озимой пшеницы на основе факторов биологизации земледелия 222
5.4 Зависимость качества зерна озимой пшеницы от факторов биологизации земледелия, биопрепарата Альбит и микроудобрения Кристалон особый 229
6. Экономическая и агроэнергетическая оценка технологий возделывания озимой пшеницы 240
6.1 Экономическая оценка адаптивных технологий озимой пшеницы 241
6.2. Энергетическая оценка адаптивных технологий озимой пшеницы 249
Заключение 257
Рекомендации производству 257
Список литературы 262
- Сидерация – средоулучшающий прием адаптивной технологии возделывания озимой пшеницы
- Программа и объекты исследований
- Сорт – агробиологический фактор повышения качества зерна и продуктивности озимой пшеницы
- Теоретическое обоснование продукционного процесса в зависимости от целевого использования клеверотимофеечной травосмеси, норм макро – и микроудобрений, системы защиты озимой пшеницы
Введение к работе
Актуальность. Продовольственная безопасность в России решается за счет выращивания высокопродуктивных культур, прежде всего - озимой пшеницы, ежегодно обеспечивающей более трети валового сбора зерна.
Несмотря на достигнутый уровень производства зерна озимой пшеницы в России (2010 - 2015 г. г. - 40-60 млн. т) по-прежнему остается ряд нерешенных агротехнологических и экологических проблем, сдерживающих дальнейший рост ее продуктивности. Прежде всего, как в мире, так и в России важным лимитирующим абиотическим фактором определяющим уровень продуктивности и качества зерна озимой пшеницы являются почвенно-климатические и погодные условия (Becker, 1964; Boyd et al., 1977; Mosse et al., 1985; Е.К. Саранин, 1996; В.И. Ки-рюшин, 2001; А.А. Жученко, 2004; Д.В. Дубовик, 2007; В.Е. Ториков, 2015). Так, за последние 5 лет в России варьирование валовых сборов озимой пшеницы составляет 41,6%, тогда как ее посевные площади изменились в пределах 7,8%. В Орловской области коэффициент вариации ее урожайности составляет 58%.
Располагая наибольшими в мире генетическими ресурсами, позволяющими получать зерно высокого качества, производство пшеницы 1,2 классов составляет менее 1%, 3 класса - около 30% от общего количества урожая. Доля продовольственной пшеницы в отечественном экспорте зерна не превышает 20%. В целом это обусловливает не стабильность и дефицит качественного зерна на мукомольном рынке (Г.И. Уваров, 2009; Е.И. Годунова, 2011; А.И. Алтухов, 2011; Б.И. Сандухадзе, 2011; Л.И. Мачихина, 2012; А.В. Алабушев, 2014). На Орловщине ежегодные валовые сборы зерна 2-3 класса ГОСТа Р не превышают 20-23%.
Ситуация усугубляется тем, что агрогенные и техногенные воздействия приводят к усилению негативного антропогенного воздействия на окружающую среду и плодородие почв, что ведет к загрязнению и деградации экосистем, росту затрат и снижению продуктивности, качества зерна озимой пшеницы.
В условиях высокого уровня интенсификации растениеводства, диспаритета цен на промышленную и сельскохозяйственную продукцию нарушились сложившиеся системы земледелия, научно - обоснованные севообороты, которые, в большинстве случаев, имеют короткий период ротации и не обеспечивают получение качественного зерна озимой пшеницы.
Не отрицая экономической природы существующей проблемы, нельзя не видеть причин, относящихся к сфере агрономической науки. В частности, не найдено убедительного объяснения причин не доста-
точно эффективного использования адаптивных технологий с ресурсосберегающей направленностью, основывающихся на принципах биоло-гизации интенсификационных процессов в земледелии (А.М. Лыков, 2001; В.И. Кирюшин, 2006; А.А. Жученко, 2009).
Цель и задачи исследований. Разработать эффективные адаптивно-биологизированные технологии, обеспечивающие получение стабильно прогнозируемой урожайности качественного зерна озимой пшеницы, способствующие улучшению агрофизических свойств, снижению затрат энергоресурсов в условиях лесостепной части Центрального Черноземья.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
- провести анализ биоклиматических ресурсов природно-
экономических зон Орловской области для разработки методологии
производства зерна озимой пшеницы 2- 3 класса;
установить влияние агробиологических факторов для повышения качества зерна озимой пшеницы в условиях лесостепной части ЦЧЗ;
изучить закономерности продукционного процесса формирования качественного зерна озимой пшеницы на основе регулирования биологизированных факторов;
- выявить корреляционные зависимости агрофизических
свойств серых лесных почв и активности их биоты от целевого исполь
зования предшественника, приемов основной обработки почвы, норм
минеральных удобрений в биологизированных технологиях производ
ства зерна озимой пшеницы;
- разработать математическую модель для прогнозирования
урожайности и качества зерна озимой пшеницы на основе регулирова
ния биологической активности почвенной биоты, целевого использова
ния предшественника, норм удобрений, приемов основной обработки
серых лесных почв ЦЧЗ;
установить влияние сроков посева на продуктивность и качество зерна озимой пшеницы в условиях аридизации климата Орловской области;
определить энергетическую и экономическую эффективность использования агробиологических ресурсов для производства качественного зерна озимой пшеницы в условиях Центрального Черноземья.
Научная новизна исследований. В приоритетном порядке экспериментально - теоретически обоснованы адаптивные агротехноло-гии обеспечивающие урожайность 4,5-5,5 т/га качественного зерна (2-3 класс), улучшение агрофизических свойств и экономию энергоресурсов
(12-15%) в различных природно – экономических условиях.
Впервые для условий ЦЧЗ обосновано влияние различного целевого использования викоовсяной, клеверотимофеечной смеси в качестве предшественника озимой пшеницы, комплексного использования норм макро- и микроудобрений, биопрепарата, приемов обработки почвы, системы защиты для стабилизации ее урожайности и производства качественного зерна, улучшения агрофизических свойств серых лесных почв.
Развиты научные и методологические основы биологизирован-ных технологий, обеспечивающих стабилизацию производства высококачественного зерна озимой пшеницы, и установлены взаимосвязи агрофизических свойств серых лесных почв, активности ее биоты (ИРЛТ) с приемами основной обработки почвы, нормами минеральных удобрений, целевым использованием предшественников.
Разработана математическая модель и на ее основе программа для ЭВМ (Свидетельство о государственной регистрации № 2013616619) обеспечивающая прогноз урожайности и качества зерна озимой пшеницы в зависимости от целевого использования предшественника, норм удобрений, приемов основной обработки почв лесостепной части ЦЧЗ.
Установлены и актуализированы оптимальные сроки посева озимой пшеницы в условиях аридизации климата.
Практическая значимость. Основные экспериментальные данные и положения диссертации служат основой для повышения эффективности производства озимой пшеницы, устойчивости ее агроце-нозов, улучшения агрофизических свойств и стабилизации плодородия серых лесных почв ЦЧЗ РФ.
Разработаны дифференцированные биологизированные технологии возделывания озимой пшеницы на серых лесных почвах ЦЧЗ для формирования урожайности 4,5 – 5,5 т/га зерна 2-3 класса ГОСТа Р с содержанием массовой доли клейковины 23 - 29% 1 - 2 группы качества, белка 13,0- 14,5%, стекловидностью - 60-76%, натурой 730 -765 г/л, и снижения энергозатрат на 12-15%.
Выявлены новые сорта озимой пшеницы, обеспечивающие стабильную урожайность и высокое качество зерна в природно – экономических зонах Орловской области
Программа для ЭВМ позволяет оптимизировать прогноз урожайности и качества зерна озимой пшеницы в зависимости от адаптивной технологии в условиях лесостепной части ЦЧЗ.
Материалы исследований служат основой для корректировки и выбора оптимальных сроков посева озимой пшеницы в условиях ариди-
зации климата Орловской области.
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе ФГБОУ ВО Орловский ГАУ, на курсах повышения квалификации, выступлениях на научно-производственных совещаниях, проводимых департаментом АПК и районными Управлениями сельского хозяйства Орловской области для обмена передового опыта с представителями различных областей России и повышения квалификации руководителей и главных агрономов хозяйств.
Методология и методы исследований. Теоретическую и методологическую основу исследований составили труды отечественных и зарубежных ученых по проблемам адаптации технологий озимой пшеницы к различным условиям природно-климатических зон РФ. Исходной информационной базой послужили результаты собственных экспериментальных исследований, а также научные труды ведущих ученых в области земледелия, растениеводства, физиологии, биохимии растений, материалы конференций, а также эмпирические данные, полученные в результате исследований.
При этом применялись лабораторные и полевые методы исследований, которые проводились в соответствии с методами, принятыми в научно-исследовательских учреждениях включая расчет экономической, энергетической эффективности технологий и статистической обработки полученных данных.
Методика исследований базировалась на теории планирования многофакторных экспериментов с регрессионным и дисперсионным анализом. Данные получены с помощью современных измерительных средств, прошедших государственную поверку. Использованные методы базировались на системном подходе и общепризнанных апробированных методиках, применяемых в научных исследованиях с озимой мягкой пшеницей.
Результаты экспериментальных исследований обрабатывались
на ПЭВМ с использованием пакетов прикладных программ
«STATISTICA», «EXCEL», «SPSS».
Основные положения, выносимые на защиту:
-влияние биоклиматического потенциала природно - экономических зон на формирование высококачественного зерна и продуктивность озимой пшеницы на примере Орловской области;
- сорт, предшественники и их целевое использование, система защиты с биопрепаратом, уровни минерального питания, приемы основной обработки почвы, сроки посева – агробиологические факторы повышения продуктивности и качества зерна озимой пшеницы, обеспечивают стабилизацию агрофизических свойств почв, фитосанитарное
состояние ее агроценозов в условиях аридизации климата лесостепной части ЦЧЗ;
- корреляционные взаимосвязи канализированной продуктив
ности озимой пшеницы с биологической активностью почвенной биоты
(ИРЛТ) от использования агробиологических ресурсов;
- дифференцированное использование агробиологических фак
торов повышает агроэнергетическую и экономическую эффективность
адаптивных технологий производства продовольственного зерна озимой
пшеницы.
Степень достоверности полученных результатов. Результаты, выводы и рекомендации, изложенные в диссертационной работе, обоснованы экспериментальными исследованиями, проведенными в лабораторных, полевых и производственных условиях. Достоверность полученных результатов основывается на использовании современных средств и методов анализа, подтверждена статистической обработкой экспериментальных данных, а также результатами внедрения на территории РФ.
Апробация и реализация результатов исследований. Основные положения диссертации были представлены и докладывались на международных и региональных научно - практических конференциях: Агропромышленный комплекс России в период глубокого реформирования. Актуальные проблемы и пути их решения: Орел, 1997; Защита растений от вредных организмов в условиях биологизации земледелия: Орел, 1998; Достижения аграрной науки в решении экологических проблем Центральной России: Орел, 1999; Использование научного потенциала вузов в решении проблем научного обеспечения АПК в России: Орел, 2000; Система воспроизводства плодородия почв в ландшафтном земледелии: Белгород, 2001; Пути повышения эффективности сельскохозяйственной науки: Орел, 2003; Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения: Белгород, 2004; Роль современных сортов и технологий в сельскохозяйственном производстве: Орел, 2005; Фитосанитарное обеспечение устойчивого развития агроэкосистем: Орел, 2008; Инновационный потенциал молодых ученых – АПК Орловской области: Орел, 2010; Пути повышения устойчивости растениеводства к негативным природным и техногенным воздействиям: Орел, 2011; Роль селекции зерновых культур в выполнении стратегии долгосрочного развития АПК до 2020 года: Зерноград, 2011; Инновационные фундаментальные и прикладные исследования в области химии сельскохозяйственному производству. V Международная заочная научно-практическая Интернет - конференция: Орел, 2012; Использование генетических ресурсов сельскохозяйственных растений в
современном земледелии: Орел, 2012; Инновации в образовании: Орел, 2013; Достижения науки – агропромышленному комплексу: Орел, 2013; Проблемы экологизации и биологизации земледелия и пути их решения в современном сельскохозяйственном производстве России: Орел, 2013; Инновационные фундаментальные и прикладные исследования в области химии сельскохозяйственному производству: Орел, 2013; Стратегия адаптивного ресурсо- и энергосберегающего растениеводства в ХХ1 веке: Орел, 2014; Инновационные фундаментальные и прикладные исследования в области химии сельскохозяйственному производству: Орел, 2014; Защита растений: вызовы, инновации, перспективы: Орел, 2015; Повышение эффективности селекции, семеноводства и технологии возделывания зерновых культур: Зерноград, 2015; Антропогенная эволюция современных почв и аграрное производство в изменяющихся почвенно-климатических условиях: Орел, 2015.
Полученные результаты работы автора вошли в состав учебника - «Практикум по растениеводству»: Орел, 2010; рекомендаций производству: «Агроэкологические основы повышения урожайности и качества зерна озимой пшеницы в условиях Орловской области»: Орел, 2004; «Методические подходы к созданию устойчивого и эффективного растениеводства в условиях глобального изменения климата»: Орел, 2015; учебных пособий: «Основы биологизации и сертификации земледелия»: Орел, 1999; «Разработка адаптивных, ресурсосберегающих технологий возделывания полевых культур»: Орел, 2001; «Биологические основы земледелия»: Орел, 2001; «Возделывание озимой пшеницы в Орловской области»: Орел, 2006; «Адаптивные технологии возделывания сельскохозяйственных культур в условиях Орловской области»: Орел, 2010; Стандартизация и сертификация продукции растениеводства»: Орел, 2015; Инновационные технологии в агрономии: Орел, 2016.
Работы по внедрению энерго- и ресурсосберегающих технологий выращивания озимой пшеницы проводились в учхозе «Лавровский» Орловской области (2003-2005 г.г.), СПК «Ленинский» Свердловского района Орловской области (2010-2014 г.г.), в Дмитровском районе Орловской области (2008-2014 г.г.) и внедрены в хозяйствах Орловской области.
Сельскохозяйственному производству предложены экономически обоснованные технологии возделывания озимой пшеницы, обеспечивающие повышение продуктивности, качества зерна, снижение энергозатрат, а также улучшение агрофизических свойств и стабилизацию плодородия почвы.
Публикация результатов исследований. Материалы диссертации опубликованы в 59 научных работах, в том числе: учебник для
ВУЗов – 1, рекомендаций производству - 3, учебно-методических работах - 4, в т.ч. с грифом УМО – 1, в рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК РФ - 20 (в том числе 20 после защиты кандидатской диссертации), 1 – свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 328 страницах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений производству и науке. Включает 49 рисуок литературных источников включает 409 ссылок, в том числе 52 иностранных авторов.
Сидерация – средоулучшающий прием адаптивной технологии возделывания озимой пшеницы
В настоящее время не решенной проблемой является продовольственная безопасность, которая, по мнению академика А.А. Жученко (2009) должна решаться с помощью новейших разработок в области адаптивного земледелия, защиты от загрязнения и деградации природных ресурсов и, в первую очередь, основного средства производства - земли.
Для решения проблемы сохранения и повышения плодородия почв, получения высоких урожаев, экологически чистой и биологически полноценной продукции необходим переход к эколого-ландшафтным адаптированным (приспособленным) системам земледелия к местным условиям, базирующимся на основе широкой биологизации [88,90,133].
В то же время биологизация интенсификационных процессов земледелия не означает полного отказа от применения минеральных удобрений и химических средств защиты растений, стимуляторов роста, - использовать их следует со сниженными нормами. Технологии не могут обеспечить стабильного роста валового сбора высокого качества зерна озимой пшеницы без наличия высокопродуктивных сортов, адаптированных к конкретным агро-экологическим условиям, для того чтобы «генотип мог доминировать над средой» [92].
Достаточное обеспечение питательными веществами - особенно азотом, фосфором и калием, - и сохранение благоприятной кислотности почвы очень важно для роста и развития озимой пшеницы. В идеале, элементы питания должны быть внесены в расчетном количестве в то время, когда растение нуждается в них. Это позволит избежать избыточного внесения их в почву. Избыток не используется растениями, и является потенциальным источником загрязнения окружающей природной среды [336].
В системах земледелия, основанных на биологизации интенсификаци-онных процессов больше возможностей избежать избыточного внесения удобрений, чем в техногенных, где вносится большое количество минеральных удобрений, отрицательно влияющих на растения и почву.
Обеспеченность растений достаточным количеством подвижного фосфора и обменного калия находится в большой зависимости от их запасов в почве, степени их подвижности и ряда условий, влияющих на потребление этих элементов растениями из почвы и удобрений. Среди этих условий - кислотность почвы, содержание подвижного алюминия, фактор интенсивности почвенных фосфатов, степень насыщенности основаниями, гумус, гранулометрический состав и др. [153].
Озимая пшеница чувствительна к физическим свойствам почвы и реакции среды. Для почв нечерноземной зоны оптимальными свойствами являются: объемная масса 1,1- 1,2 г/см3, рН 6-6,5, содержание подвижного фосфора 150-180 мг/кг почвы, обменного калия 170 - 200 мг/кг почвы, содержание в почве гумуса не менее 2%, мощность пахотного слоя 25 - 30 см [156].
При сравнении интенсивной системы удобрений, когда вносятся полные расчетные нормы на планируемый урожай с системами, включающими элементы биологизации (с умеренным применением средств химизации) и биологической системы (без средств химизации, удобрения - навоз, или тор-фо- навозный компост 50 т/га, запашка соломы 5-6 т/га, сидераты 13,5 - 20 т/га, биологические препараты), отмечается тенденция увеличения содержания в корнеобитаемом слое подвижного фосфора и обменного калия в варианте с элементами биологизации, по сравнению с исходным состоянием [330]. Связано это с более высокой биологической активностью почвы т.е. повышается деятельность почвенных организмов [188,230, 257, 262, 296, 307, 324,330]. При этом решающее значение отводится плодосменным севооборотам, в которых возделывают зерновые бобовые, однолетние и многолетние травы, пожнивные сидеральные культуры, высокопродуктивные сорта. В севооборотах должны сочетаться рациональные низко затратные приемы обработки почвы с биологическими и агротехническими приемами ухода за посевами [171].
Озимая пшеница высоко требовательна и очень отзывчива на удобрения. В то же время существуют исследования доказывают, что многократное увеличение доз минеральных удобрений не сопровождается адекватным увеличением урожайности, но приводит к колоссальному росту затрат на их применение. Так, к концу 80-х годов прошлого столетия применение минеральных удобрений на 1 га пашни достигло 120 кг д.в., средняя урожайность зерновых культур составила лишь 15,9 ц/га. В то же время в Канаде, где климатические условия достаточно близки российским регионам, урожайность зерновых достигла в среднем 30 ц/га, хотя уровень внесения минеральных удобрений не превышал 50 кг д.в. на 1 га пашни [91].
Таким образом, широкомасштабная химизация сельского хозяйства не всегда оправдывает на неё возложенные надежды. В России вначале наблюдался рост урожайности, однако уже к середине 80-х годов стало очевидно, что химизация земледелия в том виде, в котором она проводилась, зашла в тупик, не решив многих стратегических задач развития сельского хозяйства, при этом создав массу проблем в экологическом плане. Так в период с 1986 по 1991 годы применение органических и минеральных удобрений было достаточно интенсивным и составляло на 1 га пашни соответственно 13 – 15 т и 243 – 273 кг д.в., как следствие - урожайность этих культур достигла 29,6 ц/га. Внесение обоснованных доз удобрений способствует росту урожайности на 30-50% [33,156].
Особенно высокая эффективность достигается при комбинированном использовании органических и минеральных удобрений в научно - обоснованных дозах с учетом типа почв и вида культур [4,47] . При изучении влияния минеральных удобрений на урожайность озимой пшеницы рассматривают вопрос, связанный с гумусовым состоянием почв. Систематическое длительное применение удобрений увеличивает степень подвижности гумуса, ускоряет его минерализацию. Содержание водорастворимых гумусовых веществ в пахотном и подпахотном слоях возрастает [29,33].
Программа и объекты исследований
Вегетация озимой пшеницы в 2002 году проходила в условиях недостаточного увлажнения - гидротермический коэффициент был ниже нормы – 0,77.
Осенью 2002 года устойчивые морозы наступили в начале октября, когда еще озимые не успели полностью раскуститься, пройти период закалки и накопить необходимое количество сахаров. Кроме того, выпало мало снега (6-12 см), что стало причиной частичной гибели посевов озимой пшеницы.
Метеоусловия 2003 г. отличались от среднемноголетних тем, что в апреле температура почвы и воздуха были отрицательными (0-10 оС) (сред-немноголетние - +4,5 оС). В то же время в апреле-мае-июне выпало 199,9 мм осадков (среднемноголетнее - 170,5 мм). В мае сумма эффективных температур достигла 393 оС, что на 64 оС больше среднемноголетних значений. Однако июль был прохладнее обычного – 670 оС (среднемноголетнее 687 оС), осадков выпало на 10 мм меньше среднемноголетних значений. ГТК в 2003 году был в пределах нормы (1,20). Таким образом, весна и начало лета были жарче и влажнее обычного, что положительно сказалось на продуктивности и качестве зерна озимой пшеницы.
2004 год был благоприятным для возделывания озимой пшеницы по метеорологическим условиям: ГТК - 1,44. Самым холодным месяцем года был февраль, но температура воздуха зимой не превышала среднемноголет-ней. Возобновление весенней вегетации озимой пшеницы в 2004 году началось в мае, когда установилась температура выше +5 0С. Температура воздуха в мае была ниже, чем в 2003 году, однако находилась в пределах средне-многолетних значений. Лето было жаркое и влажное. Метеорологические условия, сложившиеся в июле и августе (+18,9+19,7 оС, и 101, 16,7 мм соответственно) способствовали хорошему формированию урожая озимой пшеницы.
По метеорологическим условиям 2005 год был очень сложным для озимой пшеницы, несмотря на ГТК равный 1,45. За год выпало осадков на 318,2 мм меньше среднемноголетнего количества. В начале вегетации озимой пшеницы количество осадков было почти в два раза ниже, а за вегетационный период выпало на 89 мм осадков меньше, чем среднемноголетние значения. Это отразилось на уменьшении количества запасов продуктивной влаги в почве под озимой пшеницей.
Весенне-летний период характеризовался высокими среднесуточными температурами. Температура воздуха превышала среднемноголетние значения на 1,2 С. Причем в июле - августе осадков не было. Поэтому формирование и налив зерна озимой пшеницы проходили в условиях близких к критическим. Поэтому год характеризуется как засушливый, что снизило урожайность, однако способствоало повышению качества зерна озимой пшеницы.
Метеорологические условия в 2006-2007 г.г. отличались значительным колебанием средних температур воздуха и атмосферных осадков. Так, 2006 год характеризовался излишним количеством влаги выпавшей в июне и августе и повышенной температурой в эти месяцы, что отразилось на урожайности культуры. В то время как 2007 год выделялся жарким, сухим летом, что незначительно сказалось на урожайности и качестве зерна озимой пшеницы. 2008 г. был близким к среднемноголетним значениям по температурному режиму и количеству осадков, что способствовало повышению качества зерна озимой пшеницы. Около 72% от объема заготовки зерна пшеницы в Орловской области соответствовало 3-4 классу ГОСТа Р.
Условия вегетации 2009-2010 года в сравнении со средними многолетними метеорологическими данными характеризуются неравномерным распределением осадков и температуры воздуха. Температура воздуха в осенне-зимний период превышала среднемноголетние значения в среднем на 3 0С, а количество осадков выпало на 33% больше. Сложившиеся условия способствовали дружному появлению всходов и хорошей перезимовке озимых культур. Однако качество заготовленного зерна озимой пшеницы в Орловской области соответствовало лишь 4-5 классу ГОСТа Р (82%) (рисунок 13).
Весна 2010 года характеризовалась высокими температурами воздуха и недостаточным количеством осадков, особенно в третьей декаде мая, которая совпала с появлением нижнего узла стебля (конец выхода в трубку) озимой пшеницы. Недостаток майских осадков был компенсирован осенне-зимними запасами продуктивной влаги в почве.
Июнь был прохладным и влажным. Температура воздуха в июле была значительно выше среднемноголетних показателей, а количество выпавших осадков ниже на 11%. За вегетационный период 2010 года выпало осадков 49% от среднемноголетней нормы. Кроме того вегетация озимой пшеницы проходила в аномально высоких температурных режимах (выше 35 оС) и практически с отсутствием осадков в мае – июне (рисунок 5).
Температура третьей декады июля в дневные часы поднималась до 39 оС, одновременно при отсутствии осадков способствовала ускоренному наливу и созреванию зерна пшеницы. Урожайность озимой пшеницы в среднем по области составила 25 ц/га, что на 10 ц меньше, чем в 2009 г. Однако качество зерна было получено самое высокое – 67,8% от объема заготовок составляло продовольственное зерно (3-4 класс).
Сорт – агробиологический фактор повышения качества зерна и продуктивности озимой пшеницы
Урожай и качество зерна создается в течение всего периода онтогенеза озимой пшеницы суммой биотических и абиотических факторов, которые, по мнению академика А.А. Жученко (2004), неравномерно распределяются во времени и пространстве.
Природная среда включает в себя трофические, энергетические и регу-ляторные связи; растения - процессы метаболизма, роста и развития; технологии - способы улучшения среды, растений и связи между ними. Для перехода к адаптивному земледелию и использованию потенциала онтогенетической адаптации озимой пшеницы необходимо дифференцированное применение агроприемов, учитывающих особенности почвенного покрова региона, а также гидротермический режим агроэкологически однотипных территорий [133].
Характеризуя природно-климатические условия Орловской области необходимо констатировать, что климат территории умеренно - континентальный с достаточным количеством тепла и влаги, однако с неравномерным распределением осадков, особенно в летние месяцы. Вероятность избыточно влажных лет составляет 25-40%, полузасушливых и засушливых - 12-20 %.
За год в среднем выпадает 651-700 мм осадков, в дождливые годы их количество возрастает до 784 мм, а в засушливые – уменьшается до 360 мм. В направлении с северо-запада на юго-восток количество осадков уменьшается примерно на 50-120 мм. В среднем за период апрель-октябрь в области выпадает от 350 до 400 мм или 2/3 годовой суммы осадков. В регионе в начале лета часто наблюдается засушливая погода, ежегодно бывают летние засухи, слабые и средней интенсивности суховеи [6].
Как правило, в первой половине вегетационного периода ощущается недостаток влаги в почве, что ведет к снижению продуктивности озимой пшеницы, так как в этот период она потребляет до 70% воды от общей потребности, а во второй - возможно избыточное увлажнение. Поэтому область относится к зоне неустойчивого увлажнения.
В связи с тем, что осадки распределяются неравномерно, озимая пшеница часто испытывает острый дефицит влаги, особенно в критические периоды онтогенеза, которые существенно снижают стабильность производства сельскохозяйственных культур, в т.ч. озимой пшеницы. В связи с этим агро-приемы, способствующие накоплению и сбережению влаги в метровом слое почвы, приобретают первостепенное значение в технологии выращивания озимой пшеницы.
Гидротермический коэффициент, как обобщающий показатель тепло- и влагообеспеченности территории области меняется по метеостанциям, от 1,4 на северо-западе до 1,2 на юго-востоке. Суглинистые почвы севера Орловской области в начале вегетации имеют запас продуктивной влаги в метровом слое около 200 – 225 мм. Легкие песчаные почвы юго-востока обеспечены меньшим запасом влаги (100 – 125 мм), что составляет 80 – 90% от оптимальной влагообеспеченности озимой пшеницы.
Период со среднесуточными температурами выше +5 оС начинается в третьей декаде апреля - начале мая и заканчивается в третьей декаде октября, продолжительность его в среднем составляет более 175 дней, что соответствует биологическим требованиям озимой пшеницы.
Суммы активных температур более +5С убывают от 2700 - 2800 С на юго-западе, до 2500- 2600 С на северо-востоке, вегетационный период соответственно укорачивается со 175-180 до 150-160 дней, поэтому здесь необходимо использовать скороспелые сорта озимой пшеницы.
Необходимо подчеркнуть, что в агроэкономических зонах области развитие озимой пшеницы проходит в различных условиях, как по увлажнению, так и сумме положительных температур 5 оС. Так на Ливенской метеостанции сумма положительных температур 5 оС составляет 2852 оС, что является самым высоким показателем. Тогда как сумма положительных температур на Шатиловской метеостанции составляет 2585 оС, что меньше на 267 оС, при этом обе они относятся к юго-восточной экономической зоне (приложение Д).
В центральной зоне (Мценская метеостанция) сумма положительных температур 5 оС составляет 2759 оС, что является вторым по величине показателем. В тоже время на Болховской (западная зона) сумма температур составляет 2605 оС, что на 247 оС меньше, чем на Ливенской метеостанции.
В целом сумма активных температур 5 оС во всех зонах области достаточна для формирования высоких урожаев озимой пшеницы.
Средняя температура воздуха наиболее тёплого месяца июля – составляет +17,9-19,6 оС, что соответствует оптимальным значениям для онтогенеза озимой пшеницы. Однако в 2010 г. был установлен летний рекордный показатель - +41 оС, что отрицательно отразилось на урожайности озимой пшеницы. В то же время эти условия обеспечили получение максимального валового сбора зерна по качеству соответствующего 3 классу ГОСТа Р (рисунок 13).
Переход осенью среднесуточной температуры воздуха через +5 С принято считать датой устойчивого прекращения вегетации озимых культур. Времена года в Орловской области отчётливо выражены, однако продолжительность их, а также календарные сроки иногда меняются и могут давать сдвиги от одного до двух месяцев в ту или другую сторону. Обычно начало зимы это середина ноября, когда устанавливается снежный покров. Однако в последнее время устойчивый снежный покров устанавливается только в декабре - январе, а иногда и в феврале, что отрицательно сказывается на перезимовке озимой пшеницы. Продолжительность зимы составляет около четырёх месяцев – от середины ноября до середины марта. Для нее характерна умеренная погода с температурой воздуха – –10-12 оС, однако иногда морозы достигают абсолютного минимума –38 оС, что нередко приводит к вымерзанию ослабленных посевов озимой пшеницы в малоснежные зимы, так как температура почвы на глубине узла кущения коррелирует не только с температурой воздуха, но и с высотой снежного покрова.
Теоретическое обоснование продукционного процесса в зависимости от целевого использования клеверотимофеечной травосмеси, норм макро – и микроудобрений, системы защиты озимой пшеницы
В варианте с четвертым сроком посева озимая пшеница успевает прорасти и сформировать один лист, что позволяет ей успешно перезимовать.
На пятом сроке посевасемена прорастают и в таком состоянии прези-мовывают. Весной они прорастают и формируют урожай.
Установлено, что рекомендуемый для зоны 1 срок (5 сентября) обеспечил более высокую урожайность, чем в вариантах 4 и 5 сроки (5.10, 15.10). В то же время установлено, что второй и третий сроки посева обеспечили достоверное превышение ее урожайности, в сравнении с 1 сроком на 3,3- 1,4 ц/га, соответственно.
Такая же закономерность установлена по качеству зерна. Посев озимой пшеницы во 2-м и 3- м сроках обеспечил повышение белка в зерне на 1,2-0,7%, соответственно в сравнении с рекомендуемым (5 сентября). Второй срок сева обеспечил увеличение содержания клейковины на 1,3% в сравнении с рекомендуемым – 1-м сроком.
На графике, представленном на рисунке 26 показано, что седиментация в зерне озимой пшеницы варьировала в зависимости от сроков сева (32-47,5 мл.). Однако оптимальные технологические качества зерна (32-40 мл) озимой пшеницы формировались в вариантах с более поздними сроками ее посева (3- 4 срок).
В связи с вышеизложенным, в условиях аридизации климата в Орловской области посев озимой пшеницы необходимо осуществлять в более поздние сроки. Сдвиг их от рекомендуемых до двух недель обеспечивает повышение урожайности и качества зерна. Связано это, с тем, что растения меньше поглощают осенью азота из почвы, и, следовательно, запасы его более интенсивно и продуктивно использует озимая пшеница в весенне-летний период вегетации.
В связи с тем, что сроки посева озимой пшеницы можно сместить на 10-15 дней, это обеспечивает увеличение продолжительности периода подготовки поля к посеву и использование непаровых предшественников, убираемых в более поздние сроки.
Так как от предшественников и их целевого использования зависит выбор системы обработки почвы, запас продуктивной влаги, питательных веществ, структура почвы ко времени сева, это в дальнейшем определяет дружность появления и развитие всходов, ее зимостойкость, фитосанитарное состояние посевов озимой пшеницы. Особенно это относится к запашке си-деральных культур, а также не паровых предшественников, так как для разложения биомассы и корневых остатков необходимо 1-1,5 месяца, что обеспечивает своевременное оседание почвы, формирование ее оптимальной объемной массы и структуры, накопление достаточного запаса влаги, улучшение фитосанитарной ситуации в агроценозе и в конечном итоге получение продуктивной урожайности озимой пшеницы. Поэтому необходимо для конкретных условий осуществлять выбор лучших предшественников, удовлетворяющих вышеназванным требованиям, поэтому важно установить влияние целевого использования викоовсяной смеси в качестве предшественника на качество зерна и продуктивность озимой пшеницы.
Получить запланированную урожайность высококачественного зерна озимой пшеницы невозможно без формирования оптимальной структуры ее агроценоза. В результате проведенных нами исследований установлено, что агротехнические приемы влияли на элементы структуры урожая озимой пшеницы: всхожесть, густота стояния, высота растений, продуктивная кустистость, площадь флагового листа, размер колоса, количество и масса зерна в колосе.
Разработка адаптивных агротехнологий на основе учета местных почвенно-климатических ресурсов позволяет эффективно реализовать потенциал продуктивности озимой пшеницы. В наших исследованиях установлено, что онтогенез озимой пшеницы зависит от агрометеорологических условий года. Так в условиях 2000 г. в среднем по вариантам полевая всхожесть семян озимой пшеницы была выше, чем в 1998 и 1999 г.г. на 1,8-3,6%, соответственно, что связано с лучшей обеспеченностью семян влагой в почве.
Однако более существенное влияние на число взошедших растений озимой пшеницы оказали целевое использование викоовсяной смеси в качестве ее предшественника и приемы основной обработки почвы.
Так викоовсяная смесь на сидерат обеспечила более высокую полевую всхожесть озимой пшеницы (83,9%), что на 3,7-7,9% выше, чем в других вариантах ее использования (таблица 20). Связано это с оптимизацией почвенных условий в результате запашки ее биомассы, которая влияла на агрофизические свойства почвы.
Использование викоовсяной смеси на зерно снижало полевую всхожесть озимой пшеницы. По – видимому, за оставшийся период времени до посева озимой пшеницы пожнивно-корневые остатки ее не успевают разложиться. Качество посева при наличии таких остатков ухудшается, что приводит к снижению полевой всхожести семян озимой пшеницы.