Интенсификация возделывания яровой пшеницы на земледельческой территории Сибири

Введение. Основой продовольственной безопасности и благополучия населения России являются зерновые культуры, прежде всего пшеница, рис, овес, ячмень. Только 30 % территории Сибири пригодно для организованного земледелия, более развитого в южной части Сибирского региона, от 48 до 57 параллели [1–3].

В 90-х гг. XX в. наблюдалось снижение масштабов сельскохозяйственного производства, в т. ч. сокращение посевных площадей. Это было связано с социальной напряженностью и эконо- мическим кризисом. В настоящее время прослеживается активизация аграрной деятельности и ее адаптация к рыночным условиям экономики, когда спрос определяет предложение [4–6]. В результате наблюдается увеличение валовых сборов зерна вследствие повышения урожайности и выращивания новых, адаптированных сортов, совершенствования технологии их возделывания с применением современных машин, удобрений и средств защиты растений [7, 8].

Для разработки путей интенсификации и совершенствования технологий возделывания основных сельскохозяйственных культур на земледельческой территории Сибири необходим комплексный анализ природных условий и оценка эффективности ведения земледелия в конкретной природно-климатической зоне. Следует подчеркнуть, что особенно высокие требования к биоклиматическим, почвенным условиям и технологическим факторам предъявляются при возделывании пшеницы – основной продовольственной культуры.

Цель исследования – анализ биоклимати-ческих и почвенных условий, особенностей земледелия для дальнейшей интенсификации возделывания зерновых культур в Приенисейском регионе земледельческой территории Сибири.

Задачи: оценка погодных условий территории; характеристика почвенного покрова; разработка предложений по интенсификации земледелия.

Условия проведения полевого опыта, объекты и методы. Объектом исследования служит земледельческая территория Приенисейской Сибири. Метод исследования – агроэкологический мониторинг, позволяющий провести анализ земледельческой территории по статистическим, картографическим, литературным материалам и результатам собственных исследований, проведенных в открытой части Красноярской лесостепи на базе ФГБУ «Минино». Многолетний полевой стационар находится в Красноярском природном округе, в непосредственной близости от города Красноярск (географические координаты: 56° 03' сш, и 92° 42' вд) [9].

Территория хозяйства представляет равнинную, южную, открытую, достаточно теплую часть Красноярской лесостепи с остепненными участками чернозема обыкновенного.

Исследование проводилось на основе научного анализа и материалов полевых исследований лаборатории сортовых агротехнологий КрасНИ-

ИСХ ФИЦ КНЦ СО РАН, а также на базе материалов Инновационной лаборатории «Экологический мониторинг сельскохозяйственных и лесных культур» при Институте агроэкологических технологий ФГБОУ ВО «Красноярский ГАУ».

Полевые исследования проведены с применением классических и современных методик [10–15]. Применялись современные технические средства (трактор МТЗ-82, сеялки СЗП–3,6, СЗС–2,1) и лабораторное оборудование. Обработка посевов баковой смесью гербицидов «Магнум» + «Пума Супер 7,5» проведена в фазу кущения растений.

Результаты и их обсуждение. Условия и факторы, формирующие технологические платформы возделывания культур, при их кажущейся удаленности друг от друга на самом деле тесно взаимоувязаны в технологической платформе. Основой каждой технологической платформы является климат территории [16].

Климат земледельческой территории Прие-нисейской части Сибирского региона в целом отличается континентальностью. На значительной части территории (Новосибирск, Иркутск) среднегодовая температура воздуха ниже 0 °С. Особенности формирования более сурового по температурным показателям климата Сибирского региона, по сравнению, к примеру, с Московским регионом (табл. 1), связаны с удаленностью от теплых морей, наклоном территории к Северному Ледовитому океану и открытостью для проникновения холодного арктического воздуха с северных территорий в меридиальном направлении. Засушливость климата обусловлена соседством с сухими и жаркими территориями полупустынь Центрального Казахстана.

Погода территории, как правило, обусловлена холодной зимой, которая длится 5–6 месяцев. Промерзание почвы и образование устойчивого снежного покрова наступают в конце октября – начале ноября и длятся до начала апреля.

Таблица 1

Показатель	Место расположения гидрометеорологических центров
	Москва	Омск	Новосибирск	Барнаул	Красноярск	Иркутск
Среднегодовая температура воздуха, °С	3,7	0,8	–0,4	3,0	0,6	–1,2
Годовое количество осадков, мм	620	325	412	589	362	404

Обеспеченность земледельческой части Сибирского региона осадками и теплом (средние значения)

Зимние холода могут достигать минус 46– 50 °С. Характерно также раннее наступление заморозков осенью и частый возврат холодов весной. Безморозный период составляет 105– 115 дней, за это время погодные условия скла- дываются по-разному (табл. 2). Лето на всей территории короткое и жаркое, иногда абсолютный максимум температур может достигать 40 °С [17, 18].

Таблица 2

Погодные условия вегетационного периода

Период	Температура воздуха, °С			Осадки, мм
	1 ? го о Ф >s 2 ГО 1 1 1 О-	х о о х со - Ю о о >s со о	>s 1 О <5 го" J о	о	со о X зг	со о о
Май	10,8	9,3	9,0	44	50	51
Июнь	15,9	16,8	15,3	63	55	46
Июль	18,7	18,3	18,0	76	69	71
Август	15,7	15,5	15,0	67	64	57
Май – август	15,2	16,9	16,1	250	237	174

За период активной вегетации сумма температур выше 10 °С составляет: в северовосточных районах – 1 600 °С, а в южных и югозападных равнинных территориях увеличивается до 2 200 °С, что является достаточным условием для выращивания зерновых культур, в т. ч. яровой пшеницы. Над территорией господствуют ветра западного и юго-западного направления, приносящие осадки с Атлантического океана.

Наблюдается уменьшение количества осадков в восточном направлении и от предгорных районов к лесостепи и степи, где успешному возделыванию яровой пшеницы часто мешает засуха (табл. 3).

Таблица 3

Природная зона	Среднегодовое количество осадков, мм
Сухостепная	200
Степная	300
Лесостепная	400
Подтайга	450
Тайга	500
Предгорные районы	600

Среднегодовое количество осадков в природных зонах Сибири (средние значения)

В Приенисейском регионе, по нашим наблюдениям, всего чередуются 9 сочетаний погодных условий, 4 из них основные: сухо – тепло; сухо – холодно; влажно – тепло; влажно – холодно; 5 сочетаний – промежуточные.

В районе многолетнего стационара «Минино» сочетание средних показателей погоды в мае соответствует 44 мм осадков при средней температуре воздуха +10,8 °С (табл. 4). Отме- тим повышение температуры воздуха за период вегетации на 1,4 °С при уменьшении количества осадков на 48,6 мм относительно среднего многолетнего уровня в районе расположения стационара Минино.

Точного прогноза погоды пока сделать невозможно из-за необъяснимых и непредсказуемых колебаний температуры и количества осадков.

Таблица 4

Месяц	Среднесуточная темпе				ратура, °С
	Декада			Среднемесячная	Среднемноголетняя	± к многолетней
	I	II	III
Май	9,8	11,7	13,1	11,4	10,8	+0,4
Июнь	15,6	17,9	18,2	16,6	15,9	+0,7
Июль	20,2	19,7	19,2	19,3	18,7	+0,6
Август	20,1	17,6	17,0	18,0	15,7	+2,3
Среднее	16,4	16,7	16,8	16,6	15,2	+1,4

Месяц	Количество осадков, мм
	Декада			За месяц	Среднемноголетнее	Различие, ±
	I	II	III
Май	3,8	3,9	12,4	20,1	44,0	–23,9
Июнь	5,1	5,3	33,9	44,3	63,0	–18,7
Июль	23,0	30,3	26,8	80,1	76,0	+4,1
Август	9,0	20,7	28,4	58,1	67,0	–8,9
Сумма	40,9	60,2	101,5	202,6	250,0	–48,6

Распределение среднесуточных температур и осадков за вегетационный период 2019–2021 гг. (АМС «Минино»)

К примеру, в мае 2019 г. в Минино выпало 20 мм осадков при температуре воздуха 10,1 °С, что соответствует сочетанию сухо – нормально.

В мае 2020 г. выпало 92 мм осадков (208 % от нормы) при температуре 14,4 °С, что соответствует сочетанию тепло – влажно. Количество осадков по соответствующим декадам разных, даже смежных, лет достигает 110 мм.

Весной из-за длительного похолодания и частых заморозков происходит задержка оттаивания и созревания почвы, вынуждающих переносить посев на более поздние сроки, что в дальнейшем отрицательно сказывается на росте и развитии растений. В таких условиях необходима высокопроизводительная, широкозахватная техника для ускорения проведения полевых работ с высоким качеством.

По многолетним наблюдениям в семи годах из десяти происходит майско-июньская засуха, когда растения испытывают недостаток влаги в фазу кущения – выход в трубку. После засушливого периода, во вторую половину лета и в сентябре идут дожди, которые часто имеют ливневый характер. За эти месяцы в Сибири выпадает разное количество осадков: в Новосибирске – около 47 %; в Омске – 62; в Красноярске – 53; в Иркутске – до 64 % от всего количества за год.

Интенсивные осадки вызывают сильное полегание хлебов, затрудняют проведение уборки, что приводит к большим потерям урожая (2003, 2010, 2012, 2018, 2021 гг.). Ранние осенние заморозки, в отдельные годы охватывающие большие территории Сибири, сокращают период вегетации и неизбежно приводят к массовому повреждению хлебов, особенно полеглых, с повышенной влажностью.

На земледельческой территории Сибири гидротермический коэффициент составляет: в лесостепных районах – 1–1,2; в степных районах – 0,6–0,9; в сухостепных районах – 0,4–0,6. То есть удовлетворительное обеспечение влагой характерно только для лесостепных районов Сибири. Это осложняет ведение земледелия тем, что весной и в первую половину лета может стоять погода без дождей, а иногда температура воздуха поднимается до 40 °С. А во вторую половину лета и осенью (в уборочную кампанию) наблюдаются обильные осадки. Не удается выявить закономерность периодичности засух, которые могут быть 2–3 раза в году или проявляются через разное количество лет. Стало реальным возделывание сортов зерновых культур с коротким вегетационным периодом (Новосибирская 15). Такие сорта хотя и быстро созревают, но дают меньший урожай, чем сорта с более длинным периодом вегетации (Новосибирская 31 или Красноярская 12).

Почвенный покров земледельческой части Сибири довольно разнообразный, что во многом обусловлено формами рельефа, составом и свойствами почвообразующих пород, гидротермическим режимом территории и микроклиматом. Основными почвами земледельческих районов являются черноземы (оподзоленные, обыкновенные, выщелоченные), которые дают возможность возделывания широкого ассортимента зерновых культур.

Почвы имеют благоприятные физические, водно-воздушные, химические и биологические свойства, обладают высоким эффективным и потенциальным плодородием. Их большая часть распахана. Пахотные горизонты черноземов характеризуются средне- и тяжелосуглинистым гранулометрическим составом, большой мощностью гумусового горизонта (30–60 см) с высоким содержанием гумуса (5–12 %), высокой емкостью катионного обмена, слабокислой и нейтральной реакцией почвенного раствора.

Однако черноземы при интенсивной сельскохозяйственной нагрузке и под воздействием эрозионных процессов на большой части территории деградировали, что выражается в потере запасов гумуса из пахотных горизонтов, нарушении зернистой структуры гумусового слоя и обеднении почвенной биоты (табл. 5).

Таблица 5

Регион	Площадь, млн га
Алтайский край	5,6
Западная Сибирь	3,7
Восточная Сибирь	2,1

Площадь эрозионно опасных пахотных земель в регионах Сибири

Наиболее непоправимый ущерб пахотным почвам наносит в основном воздействие неблагоприятных явлений природы, таких, например, как сильный ветер (более 15 м/с), вызывающий образование пыльных бурь. В результате «поднимается» мелкозем почвы и разрушается почвенный покров (рис. 1).

Сила и скорость ветра весной часто приводит к выдуванию посеянных семян, что приводит к необходимости пересева значительных сельскохозяйственных территорий. Интенсивные суховеи приводят к быстрому расходованию запасов влаги из почвы, нарушению водоснабжения и ухудшению условий питания растений.

Рис. 1. Мелкозем на растительных остатках весной (фото В.Н. Романова)

Опасные явления вынуждают применять для снегозадержания стерню или выращивать кулисы из высокостебельных растений, используя для этого горчицу, рапс, подсолнечник и др. (рис. 2).

В целом проявление эрозии почв в разной степени является разрушительным и распространенным экзогенным процессом. Поэтому в Сибирском регионе проблема сохранения черноземов является актуальной для большинства предприятий АПК. Она требует комплексного решения вопросов рационального использова- ния почв и получения высоких урожаев при соблюдении мер экологической безопасности.

Комплекс мер по воспроизводству почвенного плодородия предусматривает рациональные способы и приемы основной и предпосевной обработки почвы, различные сочетания и дозы применяемых удобрений в адаптированных севооборотах. Поэтому совершенствование и внедрение элементов адаптации системы земледелия следует рассматривать как основу для технологической инновационной составляющей сохранения и воспроизводства плодородия сельскохозяйственных почв [19].

Рис. 2. Снег, накопленный в кулисах (Минино, 2018 г.) (фото В.Н. Романова)

Культура. Основная продовольственная культура, выращиваемая на черноземах, – яровая пшеница [20]. Связано это с тем, что географически территория Сибири расположена в северных широтах и свыше 80 % земледельческой ее части находится в зоне рискованного земледелия. Поэтому сибирское земледелие, в частности выращивание яровой пшеницы, при интенсификации производства должно учитывать составляющие всевозможных рисков. Некоторые из них (недобор осадков, неустойчивость температуры воздуха) частично можно компенсировать совершенствованием системы севооборотов, оптимизацией обработки почвы и маневрированием сроками выращивания культур.

Влажность почвы . Короткий послеуборочный период не позволяет в почве накопить достаточного количества элементов питания и доступной влаги с осени (табл. 6).

Таблица 6

Динамика влажности почвы полевого опыта (Минино, 2019–2021 гг.)

Горизонт почвы, см	Влажность почвы, %
	Посев – всходы 20.05			Уборка 20.09
	Прямой посев	Вспашка 20–22 см	Дискование 10–12 см	Прямой посев	Вспашка 20–22 см	Дискование 10–12 см
0–20	26,1	26,2	26,7	28,2	31,1	29,3
20–50	28,3	28,2	26,9	25,9	25,7	28,2

Не создаются условия для эффективной борьбы с сорняками осенними обработками почвы или использованием гербицидов.

Перечисленные и возможные другие риски ведения сибирского земледелия создают сложности в разработке универсальной системы возделывания яровой пшеницы. Реальными предпосылками для увеличения продуктивности основной продовольственной культуры прежде всего являются эффективное использование минеральных удобрений, современные технологии обработки почвы, применение эффектив- ных и безопасных средств защиты от болезней, сорняков и вредителей.

Динамика элементов питания . Содержание нитратного азота по вспашке в слое почвы 0–20 см весной составляет 5,2–7,7 мг/кг (табл. 7). По варианту дискования нитратного азота содержалось 3,2–4,0 мг/кг, на участке без обработки почвы – 2,8–3,6 мг/кг почвы. Не очень высокий уровень (2,2–3,0 мг/кг) наличия нитратного азота (основного элемента питания) сохраняется в период колошения зерновых. К уборке его содержание, как правило, повышается до 5–6 мг/кг почвы.

Таблица 7

Обработка почвы	Посев			Колошение			Уборка
Вспашка	7,7	6,4	5,2	2,4	2,4	2,8	5,6	4,7	4,2
Дискование	4,0	3,6	3,2	2,6	2,4	2,2	4,4	3,4	2,6
Прямой посев	3,6	3,2	2,8	3,0	3,0	3,0	4,4	4,3	4,2
р	0,004*			0,010*			0,112

Содержание нитратного азота в слое почвы 0–20 см под посевами яровой пшеницы

Содержание подвижного фосфора по Мачи-гину – в пределах 60–68 мг/кг, обменного калия – в пределах 217–255 мг/кг почвы. Таким образом, важно отметить присутствие в почве элементов питания для растений в течение всего периода вегетации, что обусловливает получение высокого урожая зерна с хорошими показателями качества.

Засоренность посевов . Проведенная оценка эффективности традиционной технологии возделывания яровой пшеницы, основанной на вспашке, и современной, почвозащитной технологии, включающей минимальную обработку почвы дисковой бороной или прямой посев стерневой сеялкой, позволяет отметить резкий рост засоренности. Прежде всего в посевах всех культур отмечено увеличение засоренности сорно-полевым просом, осотом, активно распространяются полынь, конопля дикая, щирица запрокинутая и жминдовидная. Наиболее сильное засорение отмечено при посеве без обработки почвы (прямой посев). В структуре снопа зерновых и особенно урожая кормовых культур сорный компонент составляет до 40 %.

Волнообразное повышение уровня засоренности в течение лета обусловлено биологическими особенностями сорняков и характером выпадения осадков. Эти особенности вызывают необходимость двух и даже трехкратного применения гербицидов, только это позволяет на 80 % снизить количество сорных растений в посевах.

Урожайность. Пшеница по пару без удобрений по вспашке сформировала зерна по 3,1 т/га, по дискованию – 2,9 т/га, на варианте прямого посева получено по 2,6 т/га (НСР05 = 0,22 т/га). Удобрения повысили урожайность на 0,2–0,3 т/га (НСР 05 = 0,23 т/га). Вторая пшеница после пара формирует урожай на 2–5 ц/га ниже, а удобрения повышают урожайность на 3–4 ц/га (таблю 8).

Затраты на подготовку почвы при зяблевой вспашке составили 610,8 руб/га, а расход топлива составил 29,3 л/га. Обработка дискатором позволяла снизить затраты до 533,4 руб/га, а расход топлива составил 16,8 л/га. При химической подготовке пара затраты составили 252,7 руб/га, а расход топлива составил 5,9 л/га.

Таблица 8

Вариант обработки	Фон удобрений	Красноярская 12		Новосибирская 31		Новосибирская 15
		По пару	2-я пшеница	По пару	2-я пшеница	По пару	2-я пшеница
Вспашка	Без удобрений	3,1	2,6	2,9	2,6	2,7	2,3
	Удобрено	3,4	2,9	3,3	3,3	2,9	2,6
Дискование	Без удобрений	2,9	2,5	2,7	2,5	2,4	2,2
	Удобрено	3,1	2,9	3,0	2,9	2,7	2,5
Прямой посев	Без удобрений	2,6	2,3	2,6	2,5	2,3	2,0
	Удобрено	2,8	2,6	2,9	2,8	2,5	2,5

Урожайность яровой пшеницы в опытах, т/га

Заключение. Биоклиматические условия земледельческой территории Сибири с учетом сезонности изменения погоды, ветрового режима, количества и особенностей выпадения осадков, засухи и других проявлений сибирского климата позволяют отнести эту территорию к зоне рискованного земледелия.

Традиционная технология возделывания пшеницы, основанная на вспашке почвы, при естественном уровне плодородия чернозема обыкновенного обеспечивает урожайность пшеницы в пределах 2,7–3,1 т/га, повторные посевы пшеницы после пара снижают урожайность до 2,3–2,6 т/га.

Современные технологии, основанные на минимализации глубины обработки почвы, снижении затрат на ее проведение, позволяют поддерживать урожайность в пределах 2,6–3,1 т/га, обеспечивая уровень рентабельности пшеницы по пару в пределах 2,5 %, при повторных посевах – до 15,8 %, что является решающим при недостатке ресурсов.

Для увеличения продуктивности яровой пшеницы в зоне рискованного земледелия открытой лесостепи целесообразным является использование аммиачной селитры в дозе 1 ц/га, что позволяет повысить урожайность пшеницы по пару до 2,8–3,4 т/га, при этом урожайность повторных посевов пшеницы возрастает на 0,2–0,4 т/га. Применение современных средств защиты посевов от сорняков снижает засоренность максимум на 80 %, что следует учитывать при выборе технологии возделывания культуры.

Обработка почвы дисковым орудием или прямой посев стерневой сеялкой снижают затраты и уменьшают расход топлива на 12–17 %, перенос обработки почвы на весенний период позволяет за счет стерни задерживать не только снег, но и переносимый ветром мелкозем, со- держащий 10 % гумуса, накапливая его до 11 т/га. Аналогичный эффект происходит при выращивании в паровых полях кулис из высокостебельных растений.

Посев комплексными агрегатами (в нашем случае это стерневая сеялка СЗС-2,1) позволяет объединить несколько операций: 1 – предпосевная подработка почвы на нужную глубину; 2 – внесение минеральных удобрений; 3 – посев; 4 – прикатывание с созданием гофрированной поверхности поля.