Влияние агротехнологий на фитосанитарное состояние посевов и продуктивность сельскохозяйственных культур

Введение. Наличие необходимых ресурсов вполне заслуженно обусловливает рост интереса к органическому сельскому хозяйству в России. Оно признано методом создания более устойчивой продовольственной системы, способствует развитию сельских территорий, внося существенный вклад в сохранение и улучшение плодородия почвы [1]. Кроме того, переход к высокопродуктивному и экологически чистому агрохозяйству находится в числе приоритетов и перспектив научно-технического развития сельского хозяйства России на ближайшие годы

• [2, 3] и выступает одним из ключевых показателей, формирующих высокий уровень развития «зеленой» экономики нашей страны [4].

Однако широкому использованию такого подхода к землепользованию и полному переходу к органическому земледелию препятствует ряд существенных проблем, например снижение урожайности сельскохозяйственных культур вследствие недостатка доступных форм элементов питания [5]. Но оптимальное применение сидеральных паров и многолетних трав, органических удобрений повышают микробио- логическую активность и накопление биологического азота и других элементов минерального питания растений [6].

Другим, не менее существенным препятствием является защита культурных растений от вредных организмов в условиях сберегающих и биологических агротехнологий [7, 8], что обусловлено запретом использования в органическом земледелии пестицидов, синтетических минеральных удобрений и ГМО [9]. Сорные растения уничтожаются с помощью основных и промежуточных культур севооборота, конкурентоспособных посевов, покровных культур и механическими обработками [10]. При оптимальном сочетании биологических и механических способов контроля сорной растительности открываются возможности сокращения использования пестицидов вплоть до полного исключения их применения в системе защиты растений, что весьма актуально при внедрении органического земледелия и получения экологически чистых продуктов [11, 12]. Серьезные проблемы на пути к этому также создают фитопатогены и насекомые-вредители [13, 14]. Условиями поддержания и сохранения здоровой почвы, особенно в системах органического земледелия, являются обязательное выращивание в севооборотах симбиозофильных и микоризных растений, использование биопрепаратов, привлечение энтомофагов и т. д. [15–17], а отсутствие должного внимания к каждому элементу органических технологий может привести к снижению урожайности [18].

Цель исследований – установить наиболее эффективные технологии возделывания культур севооборота на основе их фитосанитарного состояния и продуктивности.

Задачи: определить влияние различных по интенсивности технологий возделывания на показатели обилия сорных растений, потенциальную засоренность почвы органами их размножения, фитосанитарное состояние посевов (численность насекомых-вредителей), распространенность заболеваний, продуктивность культур кормового севооборота.

Объекты и методы. Исследования проводились в 2018–2021 гг. в совместном опыте Ярославского НИИЖК – филиала ФНЦ «ВИК имени В.Р. Вильямса» и кафедры агрономии ФГБОУ ВО Ярославский ГАУ (ранее – ФГБОУ ВО Ярославская ГСХА) на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве. По основным агрохимическим показателям плодородия на год закладки опыта почва участка характеризова- лась как среднеокультуренная с низким содержанием гумуса (1,6 %), средним – калия (К2О – 70–80 мг/кг почвы), очень высоким – фосфора (Р2О5 – 250–290 мг/кг почвы), близкой к нейтральной обменной кислотностью (рНKCl – 5,6). Условия места проведения исследований характеризуются умеренно континентальным климатом с суммой положительных температур 1800–1900 °С, длительностью вегетационного периода в среднем 157–170 дней, годовой суммой осадков 500–600 мм, гидротермическим коэффициентом 1,4–1,6. Погодные условия вегетационных периодов за годы исследований (2008–2021 гг.) довольно сильно различались: 2018 и 2021 гг. характеризовались повышенной температурой воздуха (на 7,2 % по сравнению со среднемноголетними данными), но сильно разнились по характеру увлажнения (в первом случае сумма осадков была на уровне многолетних данных – 330 мм, во втором наблюдался их избыток – 372 мм), а 2019 и 2020 гг. были близки по тепловым свойствам к среднемноголетним наблюдениям (14–15 °С), тогда как по количеству осадков вегетационный период 2020 г. был самым переувлажненным (379 мм).

Опыт заложен в 2017 г. методом расщепленных делянок, повторность опыта трехкратная. Схема опыта включает два фактора:

– «культура севооборота»: однолетние травы (вико-овсяная смесь) с подсевом многолетних трав – многолетние травы 1-, 2-, 3-го года пользования (г. п.) на зеленую массу – зерновые на зеленую массу (в разные годы – яровая тритикале, озимая тритикале) – ячмень на зерно – кукуруза на силос;

– «технология возделывания»: экстенсивная – без удобрений и пестицидов; интенсивная – минеральные удобрения вносятся дифференцированно под культуры севооборота в средних нормах, рекомендуемых для региона + органические удобрения (солома ячменя, навоз под кукурузу 60 т/га, промежуточный сидерат – рапс после зерновых культур); высокоинтенсивная – минеральные удобрения вносятся дифференцированно под культуры севооборота в повышенных нормах (в 1,5 раза от интенсивного фона) + органические удобрения (те же, что в интенсивной) с химической защитой растений; органическая – без минеральных удобрений и пестицидов, с применением только органических удобрений (те же, что в интенсивной + последний укос многолетних трав 3-го года пользования – на сидерат); биологизированная – ограниченное применение минеральных удобрений

(нормы уменьшены в 2,0 раза от интенсивного фона) + органические удобрения (те же, что в интенсивной).

Площадь делянок под каждой культурой – 600 м2 (делянки первого порядка), под технологией возделывания – 120 м2 (делянки второго порядка).

Учет численности сорного компонента агрофитоценоза проводился с помощью рамок, накопление ими сухой массы – при высушивании до постоянной массы в термостате при температуре 105 °С; учет пораженности зерновых культур заболеваниями проводился с отбором 2 проб по 20 растений на делянке и определением распространенности и интенсивности болезни; количество насекомых-вредителей определяли визуальным методом на пробных площадках 0,25 м2 и ловлей сачком (кошение); определение засоренности почвы органами вегетативного размножения сорных растений проводили на учетных площадки размером 0,25 м2; засоренность пахотного слоя почвы семенами определяли методом малых проб; урожайность учитывали сплошным поделяночным методом; статистическую обработку экспериментальных данных проводили методом дисперсионного (с преобразованием дат по Б.А. Доспехову) и корреляционно-регрессионного анализа.

Результаты и их обсуждение. В среднем за период исследований 2018–2021 гг. общая численность сорных растений достоверно снижалась при возделывании многолетних трав, причем с увеличением срока пользования до трех лет она уменьшалась в 3,6–7,0 раз по сравнению с предшественником – однолетними травами (табл. 1). При этом существенно снижалась и численность обеих групп сорных растений – многолетних (в среднем на 59,7 %) и малолетних (в 8,8 раза). Показатель общей численности имел динамику снижения и в посевах двух следующих культур севооборота – зерновых и ячменя на 53,2 %, а для многолетней группы снижение было значительным (в 1,4–2,4 раза). Изучаемые технологии возделывания способствовали достоверному снижению числен-ности многолетних сорных растений по сравнению с контрольной экстенсивной (от 22,7 % на органической до 63,0 % на биологизированной), при этом численность малолетних сорных растений снижалась несущественно. Именно экологические технологии возделывания (биологизированная и особенно органическая) снижали показатель общей численности сорняков в наибольшей степени – на 10,5 и 15,4 % соответственно.

Фитосанитарное состояние посевов (в среднем по факторам)

Таблица 1

Фактор	Вариант	Численность сорных растений, шт/м2	Сухая масса сорных растений, г/м2	Распространенность болезней, %	Численность вредителей, шт/м2
		многолетние малолетние
1	2	3	4	5	6
аз о о о о со ф о го н	Однолетние травы + многолетние травы	12,3 58,9	21,5 20,4	19,9	16,5
	Многолетние травы 1 г. п.	7,3* 12,0*	9,1 3,2	16,9	12,9
	Многолетние травы 2 г. п.	6,9* 7,4*	8,8* 0,5*	15,5	17,3
	Многолетние травы 3 г. п.	8,9* 1,4*	8,3* 0,2*	28,6	17,5
	Зерновые	5,1* 41,4	4,8* 22,9	47,8*	16,9
	Ячмень	8,8* 37,5	14,9 16,1	25,9	15,3
	Кукуруза	15,0 43,5	21,2 75,4	19,4	7,7*

Окончание табл. 1

1	2	3	4	5	6
к СК ° S ^ Ct CD m	Контроль	11,9 32,3	13,7 19,5	20,2	15,8
	Интенсивная	8,6* 31,7	11,5 25,1*	19,7	11,3*
	Высокоинтенсивная	8,2* 32,0	14,2 25,6*	19,8	12,3*
	Органическая	9,7* 28,6	10,8 18,5	21,7	14,4
	Биологизированная	7,3* 32,6	13,0 26,0*	22,4	13,0*

Примечание : (*) - существенные отличия от контрольных вариантов.

Для снижения сухой массы сорными растениями более эффективным было выращивание в севообороте многолетних трав, причем их использование до трех лет может полностью искоренить малолетние виды (до массы менее 1,0 г/м2) и снизить до минимальных значений массы многолетних (до 8,3 г/м2). При этом выращивание пропашной культуры - кукурузы, особенно на фоне применения под нее навоза, привело к максимальной засоренности посева, особенно малолетними сорняками (увеличение массы составило 3,7 раза в сравнении с однолетними травами). Что касается технологий возделывания, то в сравнении с контрольной экстенсивной практически все способствовали повышению сухой массы, причем достоверное увеличение было характерно для высокоинтенсивной (на 19,9 % по общей массе и на 32,0 % по массе малолетних видов сорняков), интенсивной (на 29,9 % по массе малолетников) и биологизированной (на 34,0 % по массе малолетних сорных растений). Лишь органическая способствовала тенденции снижения сухой массы (общей - на 13,3 %; массы многолетних видов - на 26,9; малолетних - на 4,9 %).

За период исследований 2018-2021 гг. культуры севооборота проявляли признаки грибных заболеваний в среднем на уровне распространенности около 20 % за исключением зерновых культур. Наименьшая заболеваемость была характерна для многолетних трав первого и второго года пользования (снижение распространенности в сравнении с однолетними травами было 3,0 и 4,4 % соответственно). Более всего были подвержены воздействию фитопатогенам зерновые культуры (тритикале) - распространенность была выше на 27,9 %. В разрезе технологий возделывания наблюдались тен- денции снижения распространенности на 0,5 % при использовании интенсивных технологий и повышения на 1,5–2,2 % при использовании экологических.

Вредные насекомые являются фактором снижения урожайности культур, особенно в условиях невозможности применения химических способов их контроля. В среднем за период наших исследований (2018–2021 гг.) наблюдалась средняя существенная отрицательная корреляционная связь между общей численностью насекомых-вредителей и средней продуктивностью культур кормового севооборота - сбором кормовых единиц с 1 га (r = -0,63, r2 = 0,40, р = 0,00004). Наименьшему распространению насекомых-вредителей способствовало выращивание кукурузы - снижение по сравнению с однолетними травами было существенным (в 2,1 раза). Возделывание ячменя имело тенденцию снижения показателя на 7,8 %, тогда как выращивание зерновых культур - увеличения на 2,4 %. Данную динамику снижения распространения вредителей в посевах ячменя и кукурузы можно объяснить положительным влиянием заделки сидерата - ярового рапса после зерновых культур. При сравнении технологий возделывания выявлена четкая закономерность снижения общей численности вредных насекомых при использовании технологий с применением удобрений по сравнению с экстенсивной контрольной технологией. Использование минеральных форм удобрений в дополнение к органическим в низких (на биологизированной технологии), средних (на интенсивной технологии) и повышенных (на высокоинтенсивной технологии) нормах привело к существенному снижению показателя соответственно на 21,5; 39,8 и 28,5 %. Использование только органических форм удобрений в одноименной технологии способствовало тенденции снижения численности вредителей на 9,7 %.

Засоренность посевов сельскохозяйственных культур зачастую определяется потенциальной засоренностью почвы вегетативными органами размножения многолетних сорных растений и семенами малолетних. Корреляционно-регрессионный анализ опытных данных свидетельствовал о наличии существенной прямой связи между длиной корней размножения в слое почвы 0–20 см и показателями обилия многолетних сор- ных растений: численностью (r = 0,49, r2 = 0,24, p = 0,0027) и сухой массой (r = 0,39, r2 = 0,15, p = 0,002).

В конце периода исследований (2021 г.) при учете длины и сухой массы корней размножения многолетних сорных растений в пахотном слое 0–20 см было установлено уменьшение этих показателей на 80,0–90,0 % при выращивании яровых зерновых культур, многолетних трав первого (на 20,2 %) и второго (в 2,3 раза) года пользования при повышении под посевом пропашной культуры – кукурузы на 27,7 % (табл. 2).

Таблица 2

Фактор	Вариант	Вегетативные органы размножения многолетних сорных растений		Семена сорных растений, шт.
		Длина, см	Сухая масса, г
аз 2 ^ S. J о 2 4 о	Однолетние травы + многолетние травы	79,1	1,7	11 680
	Многолетние травы 1 г. п.	34,4	0,4	10 720
	Многолетние травы 2 г. п.	65,8	1,0	13 200
	Многолетние травы 3 г. п.	83,5	1,0	14 960
	Зерновые	43,2	0,9	11 120
	Ячмень	41,9	0,7	9 760
	Кукуруза	101,0	1,3	14 000
к к S S ° m ° £ ^ Ct OQ m	Контроль	64,8	1,2	10 857
	Интенсивная	53,6	0,6	11 600
	Высокоинтенсивная	87,8	1,9	13 828
	Органическая	57,4	0,6	10 857
	Биологизированная	57,0	0,7	13 886

Потенциальная засоренность 1 м2 почвы органами размножения сорных растений (слой 0–20 см, в среднем по факторам)

Использование высокоинтенсивной технологии способствовало увеличению как длины (на 35,5 %), так и массы (на 58,3 %) корней многолетних сорных растений. При этом экологические технологии (органическая и биологизированная) способствовали снижению этих показателей – длины на 13,0–14,0 %, массы в 1,7–2,0 раза в сравнении с контролем, а в сравнении с высокоинтенсивной технологией – в 1,5–2,7 раза.

Учет потенциальной засоренности семенами малолетних сорных растений показал численность, не превышающую 30 000 шт/м2. В среднем по изучаемым факторам отмечалась тенденция снижения показателя при выращивании многолетних трав первого года пользования, зерновых (тритикале) и ячменя соответственно на 4,9; 4,9 и 15,5 %. Использование интенсивной технологии повысило показатель по сравнению с контролем на 6,8 %; высокоинтенсивной – на 27,4; биологизированной – на 27,9 %. Лишь органическая технология привела в среднем к такому же запасу семян в почве, как и на контроле.

За период исследований 2018–2021 гг. в среднем по всем вариантам технологий кукуруза способствовала наибольшему выходу кормовых единиц (13 618 корм. ед/га), значительно превосходящему все культуры севооборота (табл. 3). По сравнению с однолетними травами прибавка продуктивности в среднем составила 3,2 раза; с многолетними травами в среднем – 2,5; с зерновыми – 4,0; с ячменем – 4,2 раза.

Продуктивность культур севооборота, корм. ед/га

Таблица 3

Фактор А. Культура севооборота	Фактор В. Технология возделывания
	Контроль	Интенсивная	Высокоинтенсивная	Органическая	Биологизи-рованная
Однолетние травы (вико-овсяная смесь)	3685	4130	4437	4150	4773
Многолетние травы 1 г. п.	6233	7175	7600	5890	6720
Многолетние травы 2 г. п.	5707	5330	7687	5243	5393
Многолетние травы 3 г. п.	3715	4500	3365	3615	5005
Зерновые	2925	3915*	3818*	3165	3123
Ячмень	2693	3583	3760	3088	3000
Кукуруза	5290	16948*	18240*	12860*	14750*

Примечание: (*) – существенные отличия от контрольного варианта технологий возделывания.

Благодаря повышенному фону питания, имела место закономерность достоверного повышения продуктивности на интенсивных технологиях по сравнению с контролем (на 52,3 % при интенсивной и 64,8 % при высокоинтенсивной), тогда как на вариантах экологических технологий прибавка продуктивности носила характер тенденции (39,5 % при биологизированной и 26,8 % при органической) [19]. Наиболее отзывчивыми на применение интенсивных технологий оказались зерновые культуры (тритикале) и кукуруза, что выразилось в значительном повышении продуктивности этих культур. Стоит отметить, что отсутствие минеральных удобрений и пестицидов в органической технологии способствовало снижению продуктивности культур кормового севооборота в сравнении с интенсивными на 20,1–29,9 %, однако эти различия были несущественными. При этом повышалось качество продукции, например за счет присутствия в травостое трав большего количества бобового компонента, снижения доли разнотравья, а также увеличения процента более ценных в кормовом отношении частей урожая кукурузы.

Заключение. На дерново-подзолистых почвах Нечерноземной зоны с целью получения с одного гектара севооборотной площади свыше 5 800 кормовых единиц рекомендуется вводить семипольный кормовой севооборот с включением многолетних травосмесей до трех лет пользования, имеющих существенный фитосанитарный эффект, а также кукурузу, как наиболее продуктивную культуру (свыше 13 000 корм. ед/га). В производственных условиях при экологизации земледелия рекомендуется использование органичес- кой технологии возделывания, предусматривающей применение только органических удобрений (соломы зерновых культур, навоза в норме 60 т/га под кукурузу, сидератов). Это обусловлено оптимизацией фитосанитарных показателей посевов и почвы: данная технология снижает обилие сорных растений и органов их размножения на 13,3–15,4 %, минимизирует распространенность болезней однолетних и многолетних трав, кукурузы, а также снижает численность фитофагов на 9,7 %; наряду с этим обеспечивает среднюю прибавку продуктивности 26,8 % в сравнении с контролем и не приводит к достоверному ее снижению в сравнении с интенсивными технологиями при повышении качественных показателей урожая. Целесообразность использования органической технологии подтверждается и экономическими расчетами: получены максимальные уровень рентабельности 132,9 % и окупаемость дополнительных затрат 4,86 при экономии затрат на выращивание культур севооборота в 1,9–2,3 раза в сравнении с интенсивными технологиями.