Оптимизация полевых севооборотов в адаптивных системах земледелия степных районов Среднего Поволжья

Введение. В сложившихся условиях ведения сельскохозяйственного производства и глобального изменения климата существенно изменились требования к севооборотам. По мнению академика А.А. Жученко, «на современном этапе земледелия оценку севооборотов необходимо проводить с позиции биологизации по таким критериям, как регулирование режима органического вещества почвы и элементов питания, поддержание удовлетворительного структурного состояния почвы и водного баланса, предотвращения эрозии и дефляции, регулирование фитосанитарного состояния агрофитоценозов и почвы» [1].

Материал и методика . Исследования по этим вопросам проводились на опытных полях Самарского НИИСХ в течение 30-ти лет.

Почвы опытных полей – чернозем обыкновенный, среднемощный, среднесуглинистый с содержанием в пахотном слое почвы: гумуса от 3,9 до 4,1%, фосфора - 0,11-0,14%, калия – 0,842,16%, легкогидролизируемого азота (по Тюрину-Кононовой) – 5,33 – 6,27, подвижного фосфора (по Чирикову) – 15,33-17,10 и обменного калия (по Чирикову) – 28,32 -29,00 мг на 100 г почвы. Сумма поглощенных оснований – 30,3 мг/эк на 100 г почвы, реакция почвенного раствора нейтральная – рН солевой вытяжки – 6,6.

Изучались зернопаровые севообороты с чистыми и занятыми парами, зернопаропропашные с 11% и 22% чистого пара, зернопропашные, зернопаротравянопропашные с двумя полями многолетних трав (люцерна).

Результаты и обсуждение. Результаты длительных исследований показали, что при сложившейся в степных районах Заволжья специализации хозяйств сохраняется ведущая роль зер-

нопаровых и зернопаропропашных севооборотов не только как гаранта стабильного производства зерна, но и эффективного ведения всего растениеводства.

Одним из наиболее важных достоинств зернопаровых и зернопаропропашных севооборотов с чистыми парами в степных районах Среднего Заволжья является создание устойчивого водного режима почвы для получения гарантированных всходов озимых и последующего благоприятного их развития в период весенне-летней вегетации. Формирование хороших резервных запасов влаги к началу сева этих культур определяет высокую агрогидрологическую роль черных паров [3-5].

В среднем за годы исследований, запасы доступной влаги в метровом слое на черных парах перед севом озимых составляли 97-99 мм, а по занятым парам - 35-42 мм (рис).

В пахотном слое на черных парах они колебались в этот период от 33 до 56 мм, а по занятым - от 6 до 32 мм.

В годы с засушливой второй половиной лета запасы доступной влаги по занятым парам опускаются до 4-13 мм, что не позволяет получать гарантированные всходы озимых и обеспечивать их хорошее последующее развитие.

Пониженные запасы влаги к посеву озимых складываются по занятым парам более чем в 50% лет.

Накопленные и сохраненные к периоду посева на парах запасы влаги гарантируют получение полноценных всходов озимых, превышающих в зоне в 1,5-2 раза по продуктивности яровые хлеба. Необходимо отметить, что не учитываемая обычно при анализе влага глубоких слоев почвы (100-150 см), также используется для создания урожая озимых, особенно в острозасушливые годы.

Кроме того, влага на черных парах усваивается растениями более продуктивно, чем по занятым парам. По многолетним данным, расход

i 100

0П--------------------------------------1--------------------------------------1--------------------------------------1--------------------------------------1--------------------------------------1------------------------------------

В период Период ухода В трубкование В колошение- При уборке посева в зиму озимой ржи цветение озимой ржи

• —e - Черный пар в слое 0-50 см                      ^^™ / ', = Черный пар в слое 0-100см

• —♦  Занятый пар в слое 0-50см                   —■ Занятый пар в слое 0-100 см

Рис. 1. Запасы доступной влаги на посевах озимых в разные периоды вегетации по черному и занятому викоовсяной смесью на сено парам (среднемноголетние данные)

влаги на 1т зерна озимых по чистым парам в зернопаропропашном севообороте составляет 13341347 м3, а в зернопропашном - 1454 -1477 м3 и яровой пшеницы после озимых соответственно - 1047 - 1070 и 1113 - 1216 м3.

Проведенные длительные исследования убедительно подтвердили высокую эффективность зернопаровых и зернопаропропашных севооборотов с оптимальным удельным весом чистого пара не только в улучшении водного режима, но и в поддержании полей в высококультурном состоянии.

В севооборотах с занятыми парами усиливается засоренность многолетними сорняками, в посевах яровой пшеницы - в 8 раз, ячменя - в 5 раз.

Анализ многолетних данных по динамике засоренности посевов показывает, что наличие в девятипольном севообороте двух полей чистого пара (22% пашни) позволяет удерживать засоренность посевов на первоначально низком уровне без гербицидов или при крайне ограниченном их применении.

При низком удельном весе чистого пара засоренность полей постепенно повышается от ротации к ротации. Так, засоренность посевов многолетними сорняками в среднем за три ротации зернопаропропашного севооборота с 11% черного пара, по сравнению с севооборотом с оптимальным его удельным весом, увеличилась в 2,7 раза, в зернопропашном – в 5,7 раза (табл. 1).

Изучение динамики подвижных питательных веществ в пахотном слое показало, что на черных парах за период весенне-летнего парования количество нитратов постепенно возрастает и к началу посева озимых достигает максимума.

По многолетним наблюдениям, количество нитратов на черных парах за период парования (с мая по август) увеличилось с 34,8-39,2 мг до 76,3-92,6 мг на 1 кг почвы. На занятых парах (зернопропашной севооборот) содержание нитратов в начале вегетации парозанимающих культур составило 22,6-28,0 мг на 1 кг почвы.

Потребление нитратов парозанимающими культурами в течение вегетации привело к снижению их содержания перед уборкой до 15,3 мг по гороху и до 12,9 мг на 1 кг почвы по вико-ов-сянной смеси. Только после уборки парозанимающих культур и обработки почвы начинается накопление нитратов в занятом пару. Однако из-за недостатка влаги и короткого периода парования содержание нитратов в пахотном слое повышается медленно. По 30 - летним данным, к посеву озимых содержание нитратов по занятым парам в пахотном слое составило 51,4-52,42 мм, а по чистым парам 76,3 - 92,6 мг, или в 1,6 раза выше.

Суммарный недобор зерна за ротацию в зернопропашном севообороте по сравнению с зернопаропропашным составил 15,5 ц/га. Особенно значителен недобор зерна в севообороте при замене черного пара занятым в острозасушливые

Таблица 1. Засоренность посевов сельскохозяйственных культур многолетними сорняками перед уборкой в разных видах севооборотов (среднее за три ротации)

Культура севооборотов	Среднее количество, шт./м2			Сырая масса, г/м2
	Севообороты
	I	II	III	I	II	III
Озимая рожь (поле 2)         0,2          0,4          4,7          0,9          2,1         33,2 Яровая пшеница              0,3          0,6          6,1           2,5          6,7         48,0 (поле 3) Кукуруза (поле 4)             0,9          2,0          4,6          22,6         34,4         86,4 Яровая пшеница             0,8         2,7          4,1          6,9         35,7        48,7 (поле 5) Озимая рожь (поле 7)         0,3          1,4          2,0           1,7         11,6         16,1 Яровая пшеница              1,8          2,4          3,0           1,2         17,6         29,7 (поле 8) Ячмень (поле 9)                1,7          6,1           7,1           15,3         42,7         78,4 Средняя засоренность по      0,8          2,2          4,6          7,4         23,1         48,6 севообороту

Примечание . I – зернопаропропашной с 22% черного пара, II – зернопаропропашной с 11% черного пара, III – зернопропашной.

годы. В 1972 г. общий сбор зерна в зернопропашном севообороте снизился на 28% в 1975 г. - в 3 раза, в 1981 г. - на 42% и в 1992 г. - в 2,9 раза.

Зернопаропропашные севообороты с оптимальным удельным весом чистых паров обеспечивают наиболее устойчивое ведение зернового хозяйства.Показатель устойчивости производства зерна по И.Б. Загайтову и П.Д. Половинкину [2] составил в зернопаропропашном севообороте 0,82, а в зернопропашном – 0,78 и коэффициент вариации соответственно - 25,7 и 30%.

Урожайность зерновых культур в разных видах севооборотов приводится в табл. 2.

Зернопаропропашные севообороты отличаются наиболее высоким выходом зерна и всей продукции в натуральном и денежном выражении, наибольшей окупаемостью энергии, высо- ким чистым доходом и большей рентабельностью (табл. 3).

Длительные исследования показали, что в степных районах Среднего Заволжья в хозяйствах, специализирующихся на производстве зерна, наиболее перспективны системы земледелия, в которых ведущим звеном являются зернопаровые и зернопаропропашные севообороты с оптимальным удельным весом чистых паров [9].

Поддержание воспроизводительных сил почвы в зернопаропропашных севооборотах возлагается на рациональное сочетание техногенных и биологических факторов. По данным Самарского НИИСХ использование в севооборотах биологических средств воспроизводства почвенного плодородия повышает в 1,5-2 раза оплату питательных веществ урожаем, снижаются по-

Таблица 2. Урожайность зерновых культур в разных видах полевых севооборотов, ц/га

Виды севооборотов	Зерновые культуры в среднем	В том числе
		озимые	яровая пшеница	ячмень
Зернопаропропашной (22% чистого пара)	26,0 15,6	33,7 22,2	20,4 12,3	27,6 12,5
Зернопаропропашной (11 % чистого пара)	24,4 14,5	30,3 19,6	20,0 11,9	25,7 12.3
Зернопропашной	22,9 13,2	27,0 16,1	19,4 11,5	25,4 12,2
Зернопаротравянопропашной	24,0 13,6	33,9 22,5	19,5 10,6	27,8 13.6

Примечание . В числителе пр иводятся урожаи в среднем за 1969-1999 гг., в знаменателе -в острозасушливые годы (1972, 1979, 1981, 1996 и 1998 гг.).

Таблица 3. Влияние разных видов полевых севооборотов на продуктивность, биоэнергетическую и экономическую эффективность использования пашни

Виды полевы х севооборотов Выход зерна с 1 га пашни, ц Биоэнергетическая и экономическая эффективность в среднем за 19691999 гг. в острозасушливые годы затраты энергии, МДж/га коэффициент энергетической эффективности уровень рентабельности . % Зернопаропропашной (зерновые - 67%, кормовые - 11%, чистые пары - 22%) 17,4 12,9 15659 1,64 60,6 Зернопропашной (зерновые - 78%, кормовые - 22%) 15,2 10,7 18366 1,62 43,1 Зернопаротравянопропашной (зерновые – 56 %, кормовые - 33%, из них: люцерна-22%, чистые пары- 11 %) 13,3 9,2 15843 1,57 43,3 тери гумуса на 17-26%, увеличивается выход всей продукции с 1 га пашни на 20-40%.

Многолетние данные, накопленные в Самарском НИИСХ, и в целом по Поволжскому региону, свидетельствуют о том, что посевы специальных культур на зеленое удобрение становится одним из важных элементов полевых севооборотов не только в лесостепных, но и в степных районах Среднего Заволжья [6,8].

Введение в севообороты сидеральных культур способствует стабилизации почвенного плодородия, улучшению агрофизических свойств почвы, повышению урожайности зерновых культур.

Важнейшим приемом сохранения и воспроизводства почвенного плодородия является утилизация в полевых севооборотах на удобрение соломы зерновых культур. Солома оказывает многостороннее положительное влияние на элементы почвенного плодородия – улучшаются агрофизические свойства почвы, сокращаются потери гумуса. Принципиально новые условия для воспроизводства почвенного плодородия складываются в зернопаропропашных севооборотах при переходе к ресурсосберегающим технологиям возделывания зерновых культур. По многолетним данным Самарского НИИСХ, систематическое использованием при таких технологиях соломы на удобрение приводит к снижению темпов минерализации гумуса в 2-2,5 раза, создает возможность формирования в таких севооборотах положительного баланса органического вещества в почве.

Важным приемом повышения почвенного плодородия является увеличение удельного веса в посевах многолетних трав. В настоящее время это одно из наиболее эффективных и реальных средств воспроизводства почвенного плодородия.

Многолетние травы способны оставлять в почве в 2 раза больше корневых остатков, чем наземной массы. В корнях люцерны накапливается до 160-170 кг азота, увеличивается при их возделывании содержание гумуса на 0,20-0,24% и водопрочных структурных агрегатов на 5-6%.

Зернопаротравянопропашные севообороты обеспечивают получение наиболее качественного зерна яровой пшеницы (табл. 4).

Таким образом, в степных районах Среднего Заволжья наиболее перспективны зернопаровые и зернопаропропашные севообороты. В сочетании с другими элементами системы земледелия они позволяют:

. обеспечивать устойчивые производство зерна в годы острой засухи, гарантировать стабильно высокое его качество и при ограниченных средствах интенсификации;

. повышать урожайность сельскохозяйственных культур при наиболее эффективном и экологически безопасном уровне использования минеральных удобрений и средств защиты посев, обеспечить их высокую окупаемость;

. добиться наиболее полной реализации повышенного ресурсного потенциала новых сортов;

. обеспечить переход на современные ресурсоэкономные технологические комплексы при минимуме затрат на удобрения и средства защиты растений;

. приступить к освоению перспективных интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур, основанных на принципах координатного земледелия.

Таблица 4. Влияние предшественников на технологические показатели качества зерна яровой пшеницы (среднее за 1991-1997 гг.)

Предшеств енники яровой пшеницы	«Силы» муки, е.а.	Время до начала разжижения теста, мин.	Объемны й выход хлеба, мл	Общая хлебопекарная оценка, балл
Озимая рожь по черному 332            8,1                863                4,1 пару Озимая рожь по занятому 320            8,0               863                3,9 пару Кукуруза                    314            8,0                854                 3,9 Пласт люцерны             349            7,7               960                3,9 Оборот пласта               337            8,1                837                 3,7