Повышение продуктивности сои и озимой пшеницы путем улучшения влагообеспеченности посевов

Введение. Известно, что потенциальная урожайность – это параметр, который теоретически может быть обеспечен генетическими возможностями сорта. Величина реальной урожайности в основном определяется влагообеспеченностью почв, особенно её продуктивной частью, величина которой определяется содержанием влаги весной в слое 0–100 см и количеством осадков, выпадающих за период вегетации культуры [1]. Во влагодефицитных регионах проблема влагосбере-жения в агроландшафтах является многоплановой. Ее решение невозможно без разработки и внедрения агротехнических, агромелиоративных и других влагосберегающих мероприятий.

Анализ водного баланса в зонах неустойчивого увлажнения показывает, что обеспеченность растений влагой в значительной мере зависит от распределения осадков в вегетационный период. Так, в районе нахождения Армавирской опытной станции ВНИИМК во время вегетации сои (май – август) выпадает в среднем 45–50 % годовой суммы осадков, а остальная часть приходится на послеуборочный и холодный периоды года [2]. Характер распределения осадков за вегетацию в последнее десятилетие несколько трансформировался: апрель стал более засушливым, а количество майских осадков увеличилось в полтора раза. Летние месяцы характеризуются незначительным увлажнением и высокими температурными показателями, при этом около половины осадков непроизводительно теряется за счет испарения и поверхностного стока. При таких погодных условиях продуктивность возделываемых культур во многом зависит от запасов почвенной влаги, накопленной в почве в начальный период вегетации [3].

Для улучшения водопоглощения, водопроницаемости, влагоёмкости и других агрофизических свойств почвы используют самые разнообразные агротехнические приемы. Например, снижения диффузионного испарения грунтовой влаги можно достигнуть путем мульчирования обработанного слоя почвы растительными остатками, т.е. оставления на полях мульчи в виде стерни или измельченных пожнивных остатков сельскохозяйственных культур. Мульчирующий покров также предохранит почву от выдувания и смыва, воздействия дождевых капель и солнечной радиации, а также усилит образование утреннего конденсата в верхних слоях почвы. В это время суток, конденсат, согласно теории термопереноса, формируется в результате движения пара из теплых нижних, в верхние холодные слои почвы, а при наличии мульчи эффективность данного процесса увеличивается многократно.

Поэтому одним из объектов данного исследования являются различные виды мульчирующих материалов (полиэтиленовые пленки, нетканые материалы, мел, и др.), способствующие снижению непроизводительных потерь почвенной влаги и улучшающие водные режимы агроценозов.

В целях уменьшения поверхностного стока и повышения водоудерживающей способности почв в последние годы применяют также полимеры-структурообра-зователи и другие искусственные материалы, имеющие высокий коэффициент поглощения воды. По разным оценкам, заделанный в корнеобитаемый слой почвы 1 кг полимерного гидрогеля способен удерживать от 30 до 1000 кг влаги [4]. Однако его применение в мировом земледелии носит ограниченный, а в России – пока экспериментальный характер [5; 6]. В связи с этим целью настоящего исследования является опытная проверка эффективности комплексного использования полимерных гидрогелей и укрывных мульчирующих материалов в растениеводстве, а также оценка их влияния на урожайность культур в севообороте.

Материалы и методы. Исследования проводили с 2016 по 2018 гг. на Армавирской опытной станции – филиале ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК.

Почва опытного участка – чернозем обыкновенный малогумусный мощный тяжелосуглинистый, сформированный на лессовидном карбонатном суглинке. Предшественники в опытах – озимая пшеница, соя. Повторность 4-кратная, размещение вариантов – рендомизиро-ванное. Посев сои проводили четырехрядной селекционной сеялкой Клен (с междурядьями 70 см), с нормой высева семян 400 тыс. шт. на 1 га. Сорт сои Славия. Длина делянки 15 м, ширина 2,8 м. Общая площадь делянки 42 м2, учетная – 31,5 м2. Посев сои осуществляли в третьей декаде апреля. Полимерный абсорбент влаги (гидрогель) в дозе 400 кг/га вносили на глубину 9–10 см одновременно с посевом сои, с помощью специальных дозаторов.

Междурядья сои укрывали мульчирующими материалами после получения всходов. Порошкообразный мел наносили на поверхность почвы периодически, по мере вымывания осадками, с фазы 3 настоящих листьев до налива семян сои. Контрольные делянки возделывали по традиционной технологии.

Общую влажность почвы на сое и озимой пшенице определяли в слое 0– 100 см отбором проб методом конверта, через 10 см по слоям почвы в 5-кратной повторности (3 точки в рядке, 2 точки в междурядьях); определение – методом высушивания в сушильном шкафу [7]. Сроки отбора проб в опытах на сое: перед посевом, по всходам, фаза цветения, фаза образования бобов, перед уборкой. Сроки отбора проб в опытах на озимой пшенице: перед посевом, в фазы весеннего кущения, колошения, и полной спелости (перед уборкой).

Уборку делянок осуществляли селекционным комбайном Сампо-2010. Урожайность приводили к 100%-ной чистоте и к стандартной 14%-ной влажности чистых семян [8].

Работы проводили одновременно по нескольким направлениям. В опыте № 1 изучали влияние укрывных материалов на сохранение влаги в почве, урожайность и качество семян сои. Варианты опыта: № 1 – контроль (без мульчи); вариант № 2 – нетканый материал «Агроспан 60»; № 3 – черная полиэтиленовая пленка; № 4 – мульчирование междурядий мелкодисперсным мелом; № 5 – черная биоразлагаемая пленка; № 6 – светоотражающая черно-серебристая полиэтиленовая пленка.

Опыт № 2: «Оценка комплексного воздействия почвенных абсорбентов влаги и мульчирующих материалов на содержание продуктивной влаги в почве, урожайность и качество семян сои». Схема опыта: фактор А – внесение в почву материалов, увеличивающих поглощение влаги; варианты: А 0 – контроль (без внесения), А 1 – полимерный абсорбент влаги «Штокосорб» (400 кг/га). Фактор В – нанесение на междурядья мульчирующих материалов, снижающих испарение влаги. Варианты: В 0 – контроль (без мульчи), В 1 – нетканый материал «Агроспан 60», В 2 – черная полиэтиленовая пленка, В 3 – мульчирование междурядий мелкодисперсным мелом.

Опыт № 3 – «Оценка последействия внесения гидрогеля при возделывании сои-предшественника, на урожайность последующей в севообороте культуры – озимой пшеницы». Варианты опыта: № 1 – контроль; № 2 – полимерный гидрогель, в дозе 400 кг/га, внесенный в почву под предшественник.

Результаты и обсуждение . 2016 г. характеризовался равномерным распределением осадков по фазам развития сои, и их достаточным количеством – 415 мм. Сложившиеся в 2017 г. погодные условия характеризовались избыточным увлажнением в начале вегетации (гидротермический коэффициент ГТК = 3,89), умеренным увлажнением в июне – июле (ГТК = 1,10–1,49) и засушливыми условиями в августе – сентябре (ГТК = 0,43–0,20). Избыток влаги в первой половине вегетационного периода способствовал развитию мощной корневой системы в верхнем слое почвы, который впоследствии был сильно иссушен из-за отсутствия осадков [9]. Данные факторы (иссушение и неразвитость в глубину корневой системы) способствовали преждевременному сбросу части листьев и генеративных органов, что негативно отразилось на продуктивности агроценозов. Погодные условия 2018 г., а именно – сильная июньская засуха (осадков в месяц выпало в 4,8 раза меньше среднемноголетней нормы), наоборот, способствовали заглублению корневой системы растений в нижние, более влажные горизонты (табл. 1).

Таблица 1

С целью сбора атмосферных осадков с поверхности пленок, междурядья имели сформированный из почвы дугообразный профиль, позволяющий воде стекать в рядки с растениями сои. Расстояние от края пленки до рядка составляло 4–6 см (рис. 1–3). Междурядья, замульчированные мелом и нетканым материалом, имели плоский профиль.

Погодные условия за период вегетации сои в районе Армавирской опытной станции в 2016–2018 гг.

Показатель	Год	Месяц					За вегета-цию
		май	июнь	июль	август	сентябрь
Среднемесячная температура воздуха, °С (*сумма активных температур, °С)	2016	16,7	21,9	23,5	25,3	16,4	3359,9*
	2017	16,1	20,7	24,4	25,6	20,5	3176,3*
	2018	19,1	23,0	25,7	24,7	19,3	3422,6*
Количество осадков, мм	2016	92,0	82,1	87,2	81,0	73,1	415,0
	2017	194, 3	68,1	113,5	34,4	12,0	421,0
	2018	75,8	16,3	75,1	50,0	56,1	273,2
Гидротермический коэффициент	2016	1,78	1,25	1,19	1,03	1,48	1,24
	2017	3,89	1,10	1,49	0,43	0,20	1,31
	2018	1,29	0,24	0,94	0,65	0,97	0,80

Рисунок 3 – Делянки со светоотражающей пленкой

Рисунок 1 – Поперечный профиль междурядий сои, замульчированных черной биоразлагаемой и серебристой пленками

Рисунок 2 – Мульчирование междурядий нетканым материалом

Оценка воздействия почвенных абсорбентов влаги и мульчирующих материалов на содержание продуктивной влаги в почве, урожайность и качество семян сои показала следующее.

Наибольшая продуктивность сои за период исследований была отмечена в благоприятном по увлажнению 2017 г.

В опыте № 1, в среднем за два года, максимальная урожайность отмечена в варианте с мульчированием поверхности грунта черно-серебристой пленкой – 2,69 т/га (прибавка к контролю составила 0,32 т/га, или 13,5 %) (табл. 2).

Таблица 2

Влияние укрывных мульчирующих материалов на урожайность сои

Вариант	Урожайность, т/га
	2017	2018	среднее
Контроль	2,43	2,30	2,37
Черный нетканый материал («Агроспан-60»)	2,53	2,40	2,46
Черная полиэтиленовая пленка	2,77	2,53	2,65
Мел (порошок)	2,68	2,42	2,55
Черная биоразлагаемая пленка	2,74	2,52	2,63
Черно-серебристая пленка	2,81	2,56	2,69
НСР 05	0,19	0,15	-

Увеличению урожайности сои также способствовало укрытие междурядий черной полиэтиленовой и черной биоразлагаемой мульчирующими пленками, с прибавками урожайности 0,28 и 0,26 т/га к контролю, соответственно. Следует отметить, что испытуемая биоразлагаемая пленка толщиной 10 мкм выдержала сохранность формы в течение вегетационного периода сои и при подготовке почвы под посев озимой пшеницы легко измельчалась почвообрабатывающими орудиями на мелкие фрагменты, которые впоследствии, в течение года полностью разложились.

Продуктивность сои на делянках с порошкообразным мелом и черным нетканым материалом в высокой степени зависела от погодных условий изучаемого года.

Масса 1000 семян и содержание в них масла изменялись несущественно по вариантам опытов и по годам проведения исследований. Наибольший усредненный прирост сбора масла к контролю, отмечался на варианте с применением черносеребристой пленки в качестве мульчи – 15,6 % (табл. 3).

Таблица 3

Влияние мульчирующих материалов на сбор масла с гектара

Вариант	Сбор масла, т/га
	2017	2018	среднее
Контроль	0,46	0,44	0,45
Черный нетканый материал («Агроспан-60»)	0,48	0,46	0,47
Черная полиэтиленовая пленка	0,53	0,49	0,51
Мел (порошок)	0,51	0,47	0,49
Черная биоразлагаемая пленка	0,53	0,46	0,50
Черно-серебристая пленка	0,54	0,49	0,52
НСР 05	0,05	0,03	-

Двухфакторный опыт № 2 показал, что внесение в почву полимерного гидрогеля в дозе 400 кг/га позволило незначительно повысить урожайность сои – в среднем на 2,5 %, но в условиях 2016 г. указанный прирост составил 8,7 %.

Использование только пленки (без заделки в почву гидрогеля) было более эффективным: средний за три года прирост урожайности составил 15,2 % (табл. 4).

Таблица 4

Комплексное воздействие почвенных абсорбентов влаги и мульчирующих материалов на урожайность семян сои

Внесение абсорбентов почвенной влаги (фактор А)	Использование мульчирующих материалов (фактор В)	Урожайность, т/га			Средняя за 3 года урожайность (т/га) по
		2016	2017	2018	вари-антам	фактору А	фактору В
Без внесения	Контроль	2,17	2,43	2,30	2,30	2,46	2,32
	Черный нетканый материал («Агроспан-60»)	2,31	2,53	2,40	2,41		2,42
	Черная полиэтиленовая пленка	2,66	2,77	2,53	2,65		2,68
	Мел (порошок)	2,35	2,68	2,42	2,48		2,48
Полимерный гидрогель	Без мульчи	2,36	2,49	2,21	2,35	2,49
	Черный нетканый материал («Агроспан-60»)	2,40	2,58	2,32	2,43
	Черная полиэтиленовая пленка	2,87	2,82	2,43	2,71
	Мел (порошок)	2,39	2,74	2,29	2,47
НСР 05	Вариантов	0,12	0,17	0,15	0,14	-	-
	Фактора А	0,06	0,12	0,08	-	0,09	-
	Фактора В	0,08	0,14	0,11	-	-	0,08

Максимальная же урожайность сои отмечена в варианте с комплексным использованием черной полиэтиленовой пленки и полимерного гидрогеля: в среднем за три года – 2,71 т/га, что выше контроля на 17,8 %. В условиях 2016 г., указанный прирост составил 32,2 %.

Наибольшая масличность семян сои отмечена также в варианте с замульчированной пленкой поверхностью междурядий и с внесенным в почву полимерным гидрогелем. В этом же варианте отмечен и максимальный сбор масла. В среднем за три года прирост данного показателя к контролю составил 20,9 %. В условиях 2016 г. – 38,5 % (табл. 5).

Таблица 5

Комплексное влияние почвенных абсорбентов влаги и мульчирующих материалов на сбор масла из семян сои

Внесение абсорбентов почвенной влаги (фактор А)	Использование мульчирующих материалов (фактор В)	Сбор масла, т/га			Средний за 3 года сбор масла (т/га),по
		2016	2017	2018	вариан-там	фактору А	фактору В
Без внесения	Контроль	0,39	0,46	0,44	0,43	0,46	0,44
	Черный нетканый материал Агроспан-60»)	0,42	0,48	0,46	0,45		0,46
	Черная полиэтиленовая пленка	0,49	0,53	0,49	0,50		0,51
	Мел (порошок)	0,43	0,51	0,47	0,47		0,47
Полимерный гидрогель	Без мульчи	0,44	0,48	0,43	0,45	0,48
	Черный нетканый материал («Агроспан-60»)	0,44	0,49	0,46	0,46
	Черная полиэтиленовая пленка	0,54	0,55	0,48	0,52
	Мел (порошок)	0,44	0,52	0,45	0,47
НСР 05	Вариантов	0,03	0,04	0,05	0,03	-	-
	Фактора А	0,01	0,02	0,02	-	0,01	-
	Фактора В	0,02	0,03	0,02	-	-	0,02

По результатам опыта № 3 выявлено, что дополнительная влага, накопленная гидрогелем в течение осенне-зимнего периода, способствовала улучшению условий вегетации растений сои и увеличению урожайности озимой пшеницы.

В среднем за два года (2017–2018) урожайность озимой пшеницы в варианте с полимерным гидрогелем, внесенным в почву под предшественник, превысила ана- логичный контрольный показатель на 21,7 %, а показатели сбора белка – на 17,2 %.

Следует отметить, что в условиях 2017 г. влагосберегающая эффективность внесения гидрогеля под предшественник проявилась в еще большей степени: урожайность повысилась на 30 %, а сбор белка – на 31,6 % (табл. 6).

Таблица 6

Влияние последействия внесения гидрогеля под сою-предшественник на продуктивность озимой пшеницы

Вариант	Год	Урожайность, т/га	Масса 1000 семян, г	Содержание белка, %	Сбор белка, т/га
Контроль	2017	5,44	45	12,2	0,57
	2018	6,84	48	11,9	0,70
	Среднее	6,14	47	12,0	0,64
Гидрогель, внесенный в почву под предшественник	2017	7,07	43	12,3	0,75
	2018	7,87	48	11,1	0,75
	Среднее	7,47	46	11,7	0,75

На массу 1000 семян и содержание в них белка более существенное влияние оказывали погодные условия года изучения, чем различия в вариантах опыта.

В результате исследований, проведенных в 2016–2018 гг. выявлены варианты влагосберегающих агроприёмов, оказывающих наибольшее положительное влияние на урожайность исследуемых сельскохозяйственных культур. В серии опытов с мульчированием междурядий, наиболее эффективной оказалась черносеребристая пленка, обладающая высокими светоотражающими свойствами и способствующая повышению урожайности на 13,5 %. На делянках, где использовали нетканые материалы и мелкодисперсный мел, прирост урожайности был не столь существенным. Комплексное применение абсорбентов почвенной влаги с укрывными пленочными материалами на посевах сои, способствовали повышению её урожайности в среднем за три года на 17,8 %. Кроме того, способность полимерных гидрогелей аккумулировать за осеннезимний период дополнительные запасы 85

почвенной влаги, способствовала приросту урожайности озимой пшеницы, в среднем на 21,7 % (в условиях 2017 г. – на 30 %).

Таким образом, использование укрывных мульчирующих материалов и полимерных гидрогелей способствовало существенному приросту урожайности исследуемых сельскохозяйственных культур. За счет чего данный прирост получен? Нами были проведены исследования по оценке влияния укрывных мульчирующих материалов на сохранение влаги в корнеобитаемом слое почвы. Для наглядности приведем динамику изменения запасов продуктивной влаги в почве в опыте № 1, в пахотном (0–30 см) слое, по фазам вегетации сои.

В 2016 г. перед посевом сои запасы продуктивной влаги в слое почвы 0–30 см, накопленные за осенне-зимний период, составляли 56–57 мм. К появлению всходов почва несколько иссушилась, особенно в контрольном варианте. К моменту образования бобов, из-за длительного отсутствия осадков, запасы продуктивной влаги в пахотном горизонте уменьшились в 5 раз (рис. 4). В фазе налива семян запасы продуктивной влаги снизились до минимума, а в период созревания бобов влажность верхних слоев почвы несколько возросла за счет выпавших осадков. Как следует из приведенной на рисунке 4 диаграммы, даже в период полного иссушения пахотного горизонта (фаза налива семян) под черной полиэтиленовой пленкой сохранилось влаги в 5–8 раз больше, чем на открытых участках. То есть, из исследуемых мульчирующих материалов наиболее эффективными оказались именно пленочные укрытия, благодаря своей паронепроницаемости.

В 2017 г. запасы продуктивной влаги перед посевом сои составляли 52–53 мм. К появлению всходов почва была хорошо увлажнена обильными майскими осадками и исследуемый показатель достиг уровня 71–78 мм в зависимости от варианта опыта.

Рисунок 4 – Изменение запасов продуктивной влаги в почве по фазам вегетации сои в 2016, 2017 и 2018 гг.

К моменту образования бобов увлажнение почвы снизилось более чем вдвое. В фазе налива семян различия в степени влагосберегающей эффективности того или иного мульчирующего материала были менее существенны. Тем не менее, к фазе созревания бобов запасы продуктивной влаги на участках, укрытых полиэтиленовыми пленками были в 1,5–2 раза выше, чем в контроле.

В 2018 г. запасы продуктивной влаги в пахотном горизонте в начальный период исследований составляли 40–41 мм. Погодные условия мая привели к незначительному увлажнению почвы, но июньская засуха и активная вегетация сои способствовали иссушению почвы в результате     использования     влаги растениями сои, а также её интенсивного физического диффузионного испарения под воздействием солнечного излучения. К фазе налива семян запасы продуктивной влаги в контрольном варианте упали до минимума (3 мм). Но, в вариантах, укрытых пленкой, данный показатель был выше в 3–4 раза. Те же различия по вариантам сохранились и к моменту полного созревания бобов.

Таким образом, в результате оценки динамики изменения запасов продуктивной влаги в слое почвы 0–30 см выявлено, что на участках, укрытых полиэтиленовыми пленками, во все фазы вегетации растений наблюдалось достоверное превышение исследуемого показателя в сравнении с контрольным. Введенный в 2017 г. вариант с применением светоотражающей пленки оказался наиболее эффективным: запасы продуктивной влаги в фазе её максимального потребления растениями и оказались существенно выше, чем на контроле. В основном это обусловлено способностью данного материала к отражению солнечного излучения и снижению температуры поверхностного слоя почвы.

По результатам трехлетнего периода исследований, оценка динамики изменения водного режима в пахотном горизонте показала следующее: наилучшие данные по сохранению запасов продуктивной влаги в почве в течение всего периода вегетации сои получены в вариантах с мульчированием поверхности полиэтиленовыми пленками; положительное влияние на сохранение влаги оказывает использование нетканого материала и мелкодисперсного мела; внесение в почву полимерного гидрогеля положительно сказывается на процессе сохранения продуктивной влаги в верхнем корнеобитаемом слое почвы на протяжении всего периода вегетации как сои, так и последующей в севообороте культуры – озимой пшеницы.

Заключение. В результате проведения исследований по влиянию различных влагосберегающих агроприёмов на урожайность сои и озимой пшеницы выявлено:

– в серии опытов с мульчированием междурядий различными материалами наиболее эффективной оказалась черносеребристая пленка, обладающая высокими светоотражающими свойствами, способствующая повышению урожайности, в среднем на 13,5 %;

• -    в вариантах с использованием нетканых материалов и мелкодисперсного мела прирост продуктивности сои был не столь существенным;

• -    комплексное применение абсорбентов почвенной влаги с укрывными пленочными материалами на посевах сои, способствовали повышению её урожайности, в среднем за три года на 17,8 % (в условиях 2016 г. указанный прирост составил 32,2 %);

• -    использование полимерного гидрогеля в качестве абсорбента почвенной влаги, позволило повысить урожайность последующей в севообороте культуры – озимой пшеницы в среднем на 21,7 % (в условиях 2017 г. – на 30 %).

В основном прирост урожайности получен за счет оптимизации водного режима пахотного горизонта, улучшения водопоглощения, влагоёмкости и других агрофизических свойств почвы, способствующих повышению запасов продуктивной влаги в корнеобитаемом слое и снижения её диффузионного испарения. По результатам трехлетней оценки динамики изменения запасов продуктивной влаги в слое почвы 0–30 см выявлено, что на участках, с внесенным в почву полимерным гидрогелем и укрытых полиэтиленовыми пленками, во все фазы вегетации растений наблюдалось достоверное превышение исследуемого показателя в сравнении с контрольным.