Особенности формирования полевых севооборотов для органического земледелия в условиях лесостепи Западной Сибири

Введение. В почвенно-климатических условиях черноземной лесостепи Западной Сибири с учетом неравномерности выпадения осадков в период вегетации и всего сельскохозяйственного года для получения качественной и экологически чистой продукции актуален вопрос сохранения чистоты посевов от сорняков, вредителей и болезней, обеспеченности культур питательными веществами, особенно азотом, применения определенных видов полевых севооборотов в сочетании с зональными технологиями возделывания озимых, яровых и зернобобовых культур. Связано это с вспашкой и культивацией при уходе за паром и предпосевной обработке почвы. Использование черного пара под посев озимой ржи с элементами традиционной технологии позволяет сохранять засоренность посевов, особенно многолетними корнеотпрысковыми сорняками, ниже экономического порога вредоносности (ЭПВ) [1, 2]. В условиях южной лесостепи Западной Сибири наименьшую в опыте массу сорняков в посевах первой и второй пшеницы после пара, как с применением гербицидов и аммиачной селитры, так и без них, отмечали на фоне вспашки [3, 4]. Как показывают многолетние стационарные исследования в различных подзонах Западной Сибири, сокращение доли чистых паров в структуре пашни, переход на беспаровые севообороты в регионе, освоение мульчирующих обработок почвы и их минимизацию можно допустить только при применении минеральных удобрений и гербицидов [5, 6]. Наблюдения и исследования в длительных стационарных опытах ученых Западной Сибири показали, что уменьшить эрозионные процессы возможно путем использования полосного размещения парового поля и культур [7].

Цель исследования – выявить возможности повышения эффективности производства качественного зерна путем использования севооборотов с различным удельным весом парового поля и набором культур в условиях лесостепи Западной Сибири.

Объекты и методы. Наблюдения и исследования проводили в стационарных условиях полевого опыта, заложенного на опытных полях ФГБНУ «Омский АНЦ».

Для сравнительного анализа производства получаемой продукции в различных видах полевых зернопаровых севооборотов проводили расчет выхода зерна на единицу площади пашни. Анализировали следующие виды полевых зернопаровых севооборотов с различным удельным весом парового поля и культур: 3-польный (пар черный – пшеница – пшеница); 4-польный (пар черный – озимая рожь – соя – пшеница); 5-польный (пар черный – озимая рожь – соя – пшеница – ячмень); 6-польный (пар черный – пшеница – пшеница – соя – овес – пшеница).

Изучали севообороты с различным удельным весом парового поля и культур в стационарных опытах с полными ротациями, развернутыми во времени и пространстве на всех полях, чтобы ежегодно получать урожайные данные по всем культурам и вести сопутствующие наблюдения.

Площадь делянок – 200 м2, учетная площадь – 50 м2. Учет урожайности осуществляли комбайном «Сампо 130» с оставлением измельченной соломы на поле. Делянки в пространстве размещали рендамезированно в трехкратной повторности, располагая в три ряда (яруса). Технология возделывания полевых культур и парового поля была общепринятая для зоны черноземной лесостепи [8]. Сорта культур в опыте высевались районированные по 10-му региону.

По данным метеостанции ФГУБ «Омск-Иртышская», с 1991 г. по настоящее время среднегодовая температура воздуха увеличилась по сравнению с климатической нормой на 1,3–1,6 °С. Погодные условия в 1991–2020 гг. проведения наблюдений и исследований в полной мере охватывали данные изменчивости климата региона, его разнообразия. К влажным годам с ГТК за май-июль > 0,8 отнесены 8 лет: 1993, 1994, 1997, 2000,2003, 2008, 2013 и 2017; к средним с ГТК 0,6–0,7 – 13 лет: 1992, 1996, 1999, 2001, 2004–2007, 2009, 2014–2016, 2018– 2020; к сухим с ГТК < 0,6 – 7 лет: 1991,1995, 1998, 2002, 2010–2012.

Почва опытного участка – чернозем обыкновенный среднемощный легкоглинистый с содержанием гумуса до 6 %.

Засоренность посевов определялась по методике НИИ сельского хозяйства Юго-Востока. Статистическая обработка в опытах проводилась методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову [9].

Результаты и их обсуждение. Наибольший удельный вес в структуре посевных площадей из зерновых культур в Омской области занимают яровые зерновые, озимый клин невелик и представлен в основном озимой рожью, высеваемой по чистому пару, обеспечивающему до ухода в зиму получение всходов, их рост и развитие.

В среднем за последние 20 лет (2001– 2020 гг.) после уборки зерновых как предшествующей культуры запасы влаги в метровом слое почвы составили 91,1 мм; перед уходом в зиму – 118,7; весной – 142,2 мм. В течение парования, несмотря на непроизводительные потери влаги из слоя почвы 0–100 см в количестве 25,8 и 177 мм атмосферных осадков, черный пар сохраняет часть весенних их запасов к посеву озимых (168,4 мм), являясь единственным предшественником, который обеспечивает получение полноценных всходов, а также накопление почвенной влаги в осенний период при уходе в зиму (178,3 мм), весеннем отрастании (182,7 мм) и дальнейшем развитии озимых культур в различные по увлажнению годы. Гидрологическая роль парового предшественника проявляется до уборки озимых, когда запасы продуктивной влаги достигают 73,2 мм, в дальнейшей ротации севооборота она не прослеживается. Динамика запасов продуктивной влаги в паровом поле между изучаемыми зернопаровыми севооборотами практически равная.

Степень засоренности полей существенно изменяется в зависимости от длины ротации севооборотов, культур в схеме, рациональной и качественной обработки почвы под них и в пару. С сокращением длины ротации и ускорением возвращения черного пара на поле возрастает его роль в борьбе с многолетними корнеотпрысковыми сорняками (латука молокана татарского (Lactúca tatárica), осота полевого желтого (Sonchus arvensis)) не только озимой ржи, но и последующих культур севооборота. Так, в среднем за 6 лет (2005–2010 гг.) в фазу кущения озимой ржи в 4-польном зернопаровом севообороте насчитывалось сорняков 10,0 шт/м2, в т. ч. многолетних корнеотпрысковых – 1,2 шт/м2 (ЭПВ 3,0 шт/м2), в 5-польном – 13,4 и 2,1 шт/м2 соответственно. В 5-польном зернопаровом севообороте число всех сорняков в посевах сои, высеваемой после озимой, составляло 39,3 шт/м2, многолетних корнеотпрысковых 5,7 шт/м2, в 4-польном – 24,3 и 1,1 шт/м2 соответственно, в посевах пшеницы в 4-польном – 31,3 и 2,5 шт/м2, яровой ячменя после пшеницы – 24,6 и 3,3 шт/м2, в 6-польном под соей (4-м полем) – 32,1 и 3,0 шт/м2, яровой мягкой пшеницы после сои (5-м полем) – 56,7 и 8,2 шт/м2. Согласно исследованиям, черный пар в севообороте с длинной ротацией (5–6 полей) не уничтожает много- летние корнеотпрысковые сорняки при корнеотпрысково-малолетнем типе засоренности полей в посевах второй после него культуры, где число сорняков в большинстве лет превышало экономический порог вредоносности, что создает необходимость в применении химических средств защиты растений. По предшественнику озимая рожь по черному пару посевы сои в 4-польном и яровой пшеницы в 3-польном зернопаровых севооборотах, где число сорняков в большинстве лет не превышало экономический порог вредоносности, средства защиты не применялись.

В севооборотах с длинной ротацией, применяемых для получения зерна, возникает вероятность накопления в почве различных патогенов. Между изучаемыми севооборотами с короткой ротацией не наблюдали значительных различий в степени заболевания зерновых корневой гнилью. Так, в почве в 3-польном зернопаровом севообороте под яровой пшеницей численность конидий возбудителя корневой гнили колебалась от 16,1 до 31,1 шт. (в среднем за 7 лет – 19,7 шт.) на 1 г почвы, в 4-польном под яровой мягкой пшеницей после сои – от 6,4 до 17,2 спор (в среднем 12,8 шт.) на 1 г почвы (ЭПВ 15-20 конидий в 1 г воздушо-сухой почвы). В 6-польном зернопаровом севообороте под яровой мягкой пшеницей после пара количество конидий составило от 11,0 до 29,5 спор (в среднем 21,9 шт.) на 1 г почвы, после яровой пшеницы в конце ротации – от 15,3 до 41,3 спор (в среднем 30,7 шт.) на 1 г почвы.

Видовой состав фитофагов в специализированных зерновых севооборотах в годы исследований был представлен 13 видами вредителей, из них доминировали вредная черепашка, пшеничный трипе, злаковые тли, хлебные жуки, пьявица, полосатые блохи, скрытостеблевые, овсяная нематода и др. Из многоядных вредителей зарегистрированы луговой мотылек и впервые озимая совка. Вспышек массовых размножений не было. Численность многих видов, кроме пшеничных трипсов, личинок вредной черепашки и хлебных жуков в отдельные годы находилась ниже ЭПВ. Севообороты оказывали неизменное благотворное влияние на снижение численности фитофагов как внутри почвенного, так и внутри растительного яруса, за исключением отдельных лет: вредная черепашка (2003 г.), пшеничный трипе (2015 г.), вредная черепашка, хлебная блошка, жук-кузька, итальянский прус (2011 г.), жук-кузька (2014 г.), – когда наблюдались вспышки распространения выше порога вредоносности того или иного вредителя или вредителей.

Способность почв накапливать азот нитратов в условиях южной лесостепи Западной Сибири характеризует общее их плодородие и возможность обеспечивать растения доступной азотной пищей. По уровню обеспеченности сельскохозяйственных культур нитратным азотом, а также подвижным фосфором и обменным калием, изучаемые севообороты практически равнозначны. Увеличение частоты парования не сказалось на содержании нитратного азота (N-NО 3 ) в пахотном слое паровых полей весной и к посеву озимых. Так, в среднем за 2015–2020 гг. содержание нитратного азота на черном пару в посев озимых в 4- и 5-польном зернопаровом севооборотах составило 15,7 и 16,5 мг/кг соответственно, в заключительных полях в почве весной под зерновыми – 6,1 и 5,7 мг/кг.

В среднем за 30 лет (1991–2020 гг.) наибольший выход зерна отмечали в 6-польном зернопаровом севообороте в большинство лет наблюдений (табл. 1).

Таблица 1

Годы	Зернопаровой севооборот
	3-польный	4-польный	5-польный	6-польный
Влажные (среднее за 8 лет)	1,75	1,88	2,16	2,32
Р (ошибка опыта) = 4,78 %, F = 4,24, НСР П5 = 0,24
Средние (среднее за 15 лет)	1,45	1,52	1,77	1,55
Р (ошибка опыта) = 4,85 %, F = 3,89, НСР П5 = 0,15
Сухие (среднее за 7 лет)	1,21	1,19	1,24	1,25
Р (ошибка опыта) = 7,54 %, < F T
Среднее за 30 лет (1991–2020 гг.)	1,48	1,59	1,76	1,81
Р (ошибка опыта) = 5,35 %, F = 4,01, НСР П5 = 0,24

Выход зерна с гектара пашни, т/га

Близок к данному севообороту 5-польный зернопаровой, в котором присутствуют также и яровые ранние культуры. Существенно ниже выход зерна в 3-польном зернопаровом севообороте и в виде тенденции в 4-польном по сравнению с вышерассмотренными. При изучении продуктивности севооборотов в зависимости от влаго-обеспеченности вегетационного периода выявлено следующее. В увлажненных условиях (в среднем за 8 лет) года из-за высокого удельного веса парового поля и отсутствия поздних культур существенная разница по выходу зерна с 1 га пашни отмечена в пользу 5-, 6-польных зернопаровых севооборотов по сравнению с 3-, 4-польными. В средние по влагообеспечению (в среднем за 15 лет) годы существенная разница по выходу зерна с 1 га пашни отмечена между 5-, 6-польным и 4-польным зернопаровыми севооборотами. В годы с засушливыми условиями периода вегетации существенной разницы по выходу зерна с 1 га пашни между зернопаровыми севооборотами не отмечено. Установлено, что в сухие годы различия по выходу зерна с 1 га пашни между видами севооборотов менее выражены, чем в средние и во влажные.

В зерне озимой ржи независимо от длины ротации севооборотов содержание белка в муке было практически одинаковым. Так, в среднем за 9 лет (2012–2020 гг.) содержание клейковины в муке в 4-польном зернопаровом севообороте составило 25,9 %; в 5-польном – 25,9; в 6-польном – 26,0 %. По другим показателям, таким как объем хлеба (798 см3), ИДК-1 (89 ед. прибора), пористость мякиша (4,8 балла), зерно озимой ржи, полученное с 5-польного зернопарового севооборота, не уступало зерну, полученному с 6-польного севооборота, – соответственно 797 см3; 86 ед. прибора; 4,8 балла. Аналогичная закономерность по данным показателям отмечена в зерне яровой мягкой пшеницы.

От ротации севооборота во многом зависит энергетическая и экономическая эффективность. В коротких ротационных севооборотах ниже стоимостные затраты, затраты труда, топлива и энергии на 1 га севооборотной площади (табл. 2).

Таблица 2

Вариант	Затраты труда, топлива и энергии на 1 га севооборотной площади						Затраты труда, топлива и энергии на 1 т зерна в севооборотах
	s 3 аз аз о аз X ф со СЕ О X СП	X ф X os' аз аз со	X н CQ С os' со о 1— аз аз со	1_____ ф X ф £ аз аз со	1_____ ф X ф СЕ О X СП	3 Ё Ц X ф Ф о о L0	X Ф X os' сЕ аз и-аз со	X СП IC со о 1— аз аз со	1_____ ф X ф £ аз аз со
3-польный	1,48	3,16	37,30	5559	26699	4,95	2,14	27,03	4028
4-польный	1,59	3,40	42,57	6860	24994	3,79	2,64	33,00	5318
5-польный	1,76	3,70	48,38	6941	30820	4,53	2,34	30,62	4393
6-польный	1,81	3,94	50,50	8021	30231	3,94	2,54	32,58	5175

Затраты труда и энергии на 1 га севооборотной площади

Как видно из данных таблицы 2, по затратам и выходу зерна наиболее высокий коэффициент энергетической эффективности наблюдается в 3-польном зернопаровом севообороте (4,95), далее по убывающей: в 5-польном (4,53), 6-польном (3,94) и 4-польном (3,61). Затраты энергии, топлива и труда на 1 т зерна с пашни наиболее низкие в 3-польном и 5-польном севооборотах.

Установлено, что 3-польный зернопаровой севооборот по отношению к 4-, 5- и 6-польному наиболее экономически эффективен (табл. 3).

Экономическая эффективность возделывания культур в зависимости от ротации севооборота (1991–2020 гг.)

Таблица 3

Показатель	Зернопаровой севооборот
	3-польный	4-польный	5-польный	6-польный
Выход зерна с 1 га пашни, т	1,48	1,59	1,76	1,81
Стоимость валовой продукции с 1 га пашни, руб.	16698,00	15609,00	18593,13	17893,25
Производственные затраты на 1 га пашни, руб.	8009,25	10843,50	13969,06	12061,87
Себестоимость 1 т зерна, руб.	5803,80	8405,81	9012,30	7634,09
Условно чистый доход с 1 га пашни, руб.	8688,75	4765,50	4624,07	5831,38
Уровень рентабельности производства, %	108,5	43,9	33,1	48,3

Заключение. Установлено, что уменьшение ротации зернопаровых севооборотов до трехчетырех полей с черным паром и традиционной технологией возделывания культур позволяет существенно снизить засоренность посевов и отказаться от применения химических средств защиты растений.

В условиях интенсификации земледелия севообороты выполняют фитосанитарную роль в отношении почвенных фитопатогенов, содействуя отказу использования препаратов для борьбы с вредителями. Между изучаемыми севооборотами, как с короткой, так и с длинной ротацией, не отмечается значительных различий в степени заболевания зерновых корневой гнилью. Схемы севооборотов с различной длиной ротации оказывали неизменное благотворное влияние на уменьшение численности фитофагов как внутри почвенного, так и внутри растительного сообщества, что далее позволило отказаться от применения инсектицидов, за исключением отдельных лет, когда наблюдались вспышки распространения выше порога вредоносности того или иного патогена.

По степени обеспеченности растений элементами питания (подвижным фосфором и обменным калием) изучаемые севообороты практически равноценны. Введение в схему севооборота парового поля поднимает содержание нитратного азота, что в свою очередь воздействует на содержание элементов питания в растениях, технологические и хлебопекарные качества зерна.

По биоэнергетическому коэффициенту, расчетам затрат труда, топлива и энергии на 1 т зерна с пашни, производственным затратам на 1 га пашни, себестоимости производства 1 т зерна, условно чистому доходу с 1 га пашни, уровню рентабельности лидирующее место занимает 3-польный зернопаровой севооборот, за ним следуют 5-, 4- и 6-польный севообороты.