Влияние гидротермических факторов на урожайность подсолнечника в Приазовской зоне Ростовской области

Научная статья УДК 633.854.78

Введение. В условиях глобальных климатических изменений для последних десятилетий характерны значительные погодные аномалии, выражающиеся в колебаниях погодных условий, сказывающихся на устойчивости урожаев сельскохозяйственных культур. В связи с большим ареалом распространения негативных процессов почти ежегодно возникает угроза повреждения посевов засухой, вероятность появления которой в основных сельскохозяйственных районах достаточно велика. Засуха является наиболее опасным климатическим стрессом, который приводит к значительному снижению урожайности сельскохозяйственных культур [1; 2]. Поэтому в регионах с засушливым климатом актуальными являются оценка изменения погодных условий и их мониторинг в условиях глобального потепления. В этом процессе большую роль играет адаптация культур к климатическим изменениям [3].

В ряде регионов России установлен повсеместный рост сумм активных температур при одновременном сокращении осадков теплого периода вегетации [4]. Поэтому составление экологических прогнозов возможно осуществлять только методом анализа больших массивов многолетних метеоданных. На основании оценки совокупности факторов можно давать рекомендации производству по изменению технологий возделывания сельскохозяйственных культур, направлениям селекции сортов и гибридов, хранению и переработке продукции [5].

Наиболее адаптированы к условиям произрастания растения из одинаковых природно-климатических зон, генетический потенциал которых максимально приближен к условиям их диких сородичей. Родиной подсолнечника считаются жаркие сухие прерии Северной Америки [6]. Успехи возделывания подсолнечника в южных районах Российской Федерации обусловлены сходством природно-климатических условий этих регионов и мест происхождения культуры.

В России подсолнечник является основным источником растительного масла, как для продовольственных, так и для технических нужд. В последние годы площади посева подсолнечника составляли от 54,0 до 74,4 % всех посевных площадей масличных культур. Площадь посева подсолнечника в Российской Федерации колебалась от 8584 тыс. га в 2019 г. до 10121 тыс. га в 2022 г. [7]. Ростовская область в 2023 и 2024 гг. занимала третье место по площади посева подсолнечника в России (9,5 и 9,7 % посевных площадей). За эти же годы производство маслосемян возросло с 12,8 млн т в 2018 г. до 17,3 млн т в 2023 г. [8; 9].

В последние годы селекция подсолнечника направлена на создание сортов и гибридов, обеспечивающих высокую продуктивность, адаптивность и устойчивость к неблагоприятным климатическим условиям [10; 11]. Урожайность подсолнечника напрямую зависит от климатических факторов: количества осадков и суммы активных температур, увеличение которых вызывает снижение урожайности [12; 13]. Также урожайность у различных групп спелости подсолнечника зависит от температурного режима. В годы с относительно низкой теплообеспеченностью вегетационного периода преимущество имеют гибриды скороспелой группы [14].

На основе сравнения оптимального сочетания гидротермических факторов и природно-климатических условий открывается возможность более точного районирования подсолнечника как культуры не только в пределах Ростовской области, но и других регионов России.

Цель проведённых исследований состоит в определении оптимального сочетания гидротермических факторов (среднесуточная температура воздуха, суммы осадков) для получения высокой и устойчивой урожайности подсолнечника в условиях Приазовской зоны Ростовской области.

Материалы и методы. Исследования были проведены в длительном многофакторном опыте, расположенном на склоне балки Большой Лог Аксайского района Ростовской области, в 2011–2024 гг. Почвенный покров участка представлен черноземом обыкновенным малогумусным карбонатным среднесмытым среднемощным тяжелосуглинистым на лессовидном суглинке. Мощность Апax 25–30 см, горизонта А+В – от 40 до 60 см в зависимости от смытости.

Климат зоны проведения исследований засушливый, умеренно жаркий, континентальный. Относительная влажность воздуха имеет ярко выраженный годовой ход. Минимальные ее значения отмечаются в июле – 50–60 %, наименьшие – в отдельные дни могут быть 25–30 % и ниже. Среднее многолетнее количество осадков 492 мм, их распределение с агрономической точки зрения часто неблагоприятное. За весенне-летний период выпадает 260– 300 мм. Среднегодовая температура воздуха + 8,8 ℃, июля + 23 ℃, максимальная летом до + 40 ℃. Сумма активных температур вегетационного периода составляет 2400–2900 ℃. Частые явления – суховеи, имеют место пыльные бури различной степени интенсивности [15].

Метеорологические показатели (количество осадков и среднесуточная температура) были получены на метеорологическом посте в п. Рассвет на приборе Precision Weather Station Vantage Pro2.

Динамику урожайности подсолнечника изучали в зернопаропропашном (севооборот А – чистый пар, озимая пшеница, озимая пшеница, подсолнечник, яровой ячмень) и зернотравянопропашном (севооборот Б – горох, озимая пшеница, подсолнечник, яровой ячмень, эспарцет) севооборотах, развернутых в пространстве и во времени, в трехкратной повторности. Высевали сорта (Донской 60, Хуторок, Казачий) и гибриды (Статус, Грант) подсолнечника отечественной селекции. Делянки были размещены рендомизировано. Использовали два уровня минерального питания растений: 1 – N 40 P 20 K 20 и 2 – N 80 P 40 K 40 в сравнении с естественным плодородием (контроль), а также две системы основной обработки почвы – чизельную и отвальную. Основную обработку почвы осуществляли на глубину 25–27 см. Вносили фосфорно-калийные удобрения (азофоска) под основную обработку почвы, подкормку аммиачной селитрой – по всходам. Посев проводили в I–II-й декадах мая.

Подсолнечник убирали в начале сентября. Средняя продолжительность вегетационного периода составляла 110–120 суток. Урожайность определяли по методике в изложении Б.А. Доспехова (2011) с учётной площади 25 м2 с последующим взвешиванием, затем пересчитывали в тонны на гектар и приводили к стандартной влажности и 100 % чистоте [16].

Математическую обработку полученных результатов проводили с использованием Microsoft Excel и программы Statistica 13.3 [17].

Результаты и обсуждение. Неустойчивая урожайность пропашных культур объясняется, прежде всего, значительным колебанием осадков, выпадающих за вегетационный период. Одним из показателей, позволяющих оценить погодные условия как всего года в целом, так и периода вегетации культуры, является гидротермический коэффициент Г.Т. Селянинова (ГТК) [15]. При среднемноголетних значениях количества осадков и среднемесячных температур ГТК вегетационного периода подсолнечника составлял 0,83. В наших исследованиях этот показатель значительно колебался в разные годы исследования – от 0,27 до 1,12. В среднем фактические значения ГТК вегетационного периода составили 0,55 (или на 37,5 % меньше среднемноголетних значений). В мае фактические значения ГТК достигали 0,93 и к августу снижались до 0,27.

Распределение среднемноголетнего количества осадков в период вегетации подсолнечника неравномерно. Так, наибольшее их количество по среднемноголетним данным выпало в июне (67,0 мм). Фактические средние значения количества осадков в исследуемый период с мая (50,9 мм) по август (20,8 мм) уменьшились почти в 2,5 раза. Суммарное количество осадков за вегетационный период подсолнечника в годы исследований было меньше на 28,0 % среднемноголетних значений (149,5 и 207,0 мм соответственно).

Среднесуточные температуры воздуха по среднемноголетним данным (норма) нарастали помесячно – от 16,1 ℃ в мае до

23,0 ℃ в июле. В августе среднемесячная температура снизилась на 1,0 ℃ – до 22,0 ℃. Фактические значения температуры воздуха в годы исследований (2011– 2019 гг.) были на 1,5–2,6 ℃ выше среднемноголетних, в том числе в мае – на 1,5 ℃, в июне – на 2,6, в июле – на 1,6, в августе – на 2,5 ℃.

Уменьшение количества осадков в период июнь – август и повышение среднесуточных температур вегетационного периода подсолнечника за годы исследований свидетельствует о нарастающей аридиза-ции климата в зоне и является одной из причин нестабильности валового сбора маслосемян подсолнечника (табл. 1).

Нарастание среднесуточных температур и уменьшение количества осадков особенно четко видно на диаграмме (рис. 1). Количество осадков за вегетационный период подсолнечника (май – август) было больше нормы только три года из 14 лет исследований (21,4 %), а в остальные годы недобор их в среднем составлял 63,8 мм. Средняя температура воздуха вегетационного периода подсолнечника в течение всех лет наблюдения была больше на 1,2–3,0 ℃, или в среднем на 1,9 ℃. Об этом свидетельствует линия тренда, подтверждающая уменьшение количества осадков, выпадающих за вегетационный период подсолнечника, при нарастании среднесуточных температур.

Таблица 1

Характеристика гидротермических показателей вегетационного периода подсолнечника, п. Рассвет, 2011–2024 гг.

■ Осадки, мм ---Линейная (Осадки, мм) а (a)

б (b)

Table 1

Characteristics of hydrothermal indicators during the sunflower growing season, vil. Rassvet, 2011–2024

Показатель		Месяц				Вегетационный период (май – август)
		Май	Июнь	Июль	Август
Сумма осадков, мм	Норма	48,0	67,0	54,0	38,0	207,0
	2011–2024 гг.	50,9	42,0	35,8	20,8	149,5
Средняя температура воздуха, °С	Норма	16,1	19,9	23,0	22,0	20,3
	2011–2024 гг.	17,6	22,5	24,6	24,5	22,3
ГТК	Норма	0,96	1,12	0,76	0,56	0,83
	2011–2024 гг.	0,93	0,60	0,47	0,27	0,55

Рисунок 1 – Вегетационный период подсолнечника, п. Рассвет, 2011–2024 гг.: а) отклонение от нормы суммы осадков; б) отклонение от среднесуточной температуры воздуха Fig. 1 – Sunflower growing season, vil. Rassvet, 2011–2024:

• a) deviation from normal sum of precipitation; b) deviation from average daily air temperature

Изменения гидротермических условий вегетационного периода подсолнечника отразились на его урожайности, которая в годы исследований больше зависела от нормы внесения полного минерального удобрения и влагообеспеченности года, чем от способа обработки почвы. В варианте с естественным уровнем плодородия почвы (контроль) средняя урожайность составляла 1,44–1,52 т/га, применение удобрений в средней норме (N 40 P 20 K 20 ) привело к увеличению урожайности подсолнечника на 23,6 %, а повышенной (N 80 P 40 K 40 ) – на 45,3 % (табл. 2).

Гидротермические условия периода вегетации подсолнечника оказывали решающее влияние на его урожайность. Основным фактором этого влияния является средняя температура воздуха как каждого месяца в отдельности, так и в среднем за вегетационный период (май – август). Количество выпавших осадков (с учетом почвенной влаги, накопленной за период с октября по апрель), оказывало меньшее влияние на урожайность подсолнечника, хорошо отзывающегося на оптимальные значения относительной влажности воздуха и содержание продуктивной влаги в почве, которые зависят от количества осадков в осенне-зимне-весенний период [18]. Поэтому на его урожайность в меньшей степени влияет сумма осадков вегетационного периода (r = 0,40…0,16), за исключением осадков июня, когда отмечалась отрицательная корреляция с урожайностью (r = -0,35…-0,51). Между температурным режимом (повышение средней температуры воздуха) и урожайностью выявлена отрицательная зависимость, особенно в первые фазы развития и в фазе цветения, приходящиеся соответственно на май и июль (r = -0,51…-0,63). В среднем за май – август между температурным режимом и урожайностью подсолнечника установлена отрицательная корреляция (r = -0,69…-0,74) (табл. 3).

Таблица 2

Урожайность подсолнечника в зависимости от конструкции севооборота, уровня минерального питания и способа обработки почвы, т/га, п. Рассвет, 2011–2024 гг.

Table 2

Sunflower yield depending on crop rotation design, mineral nutrition level, and soil treatment method, t/ha, vil. Rassvet, 2011–2024

Севооборот	Способ обработки почвы	Норма применения удобрения
		контроль	N 40 P 20 K 20	N 80 P 40 K 40
А	Чизельная	1,47 ± 0,10	1,83 ± 0,12	2,15 ± 0,14
	Отвальная	1,44 ± 0,09	1,80 ± 0,12	2,10 ± 0,14
Б	Чизельная	1,52 ± 0,11	1,85 ± 0,13	2,21 ± 0,16
	Отвальная	1,49 ± 0,10	1,85 ± 0,12	2,16 ± 0,15

Таблица 3

Корреляционные отношения урожайности и гидротермических показателей вегетационного периода подсолнечника, п. Рассвет, 2011–2024 гг.

Table 3

Correlation between yield and hydrothermal indicators during the sunflower growing season, vil. Rassvet, 2011–2024

Севооборот	Фон удобрений	Сумма осадков, мм					Средняя температура воздуха, °С
		Май	Июнь	Июль	Август	Сумма	Май	Июнь	Июль	Август	Средняя
А	Ф-0	0,06	-0,51	0,12	0,12	0,17	-0,65	-0,04	-0,58	0,11	-0,71
	Ф-1	0,21	-0,39	0,29	0,19	0,04	-0,61	-0,13	-0,63	0,11	-0,74
	Ф-2	0,31	-0,36	0,47	0,21	0,15	-0,58	-0,19	-0,60	0,10	-0,74
Б	Ф-0	0,08	-0,52	0,15	0,12	0,15	-0,60	-0,01	-0,63	0,09	-0,69
	Ф-1	0,23	-0,38	0,30	0,17	0,05	-0,57	-0,05	-0,67	0,03	-0,73
	Ф-2	0,31	-0,35	0,45	0,23	0,16	-0,51	-0,10	-0,62	0,01	-0,70

Оптимальными значениями для получения урожая подсолнечника в пределах 2,5 т/га при внесении средней нормы удобрений (N 40 P 20 K 20 ) являются среднесуточные температуры около 22,0 ℃ и сумма осадков больше 300 мм за вегетационный период май – август. При указанных параметрах метеорологических условий и внесении удобрений в повышенной норме (N 80 P 40 K 40 ) можно увеличить урожайность до 3,0 т/га (рис. 2).

Экономической характеристикой возделывания подсолнечника является не только получение валового урожая, но также и окупаемость удобрений прибавкой урожая семян. Эффективность использования удобрений под культуру определяется соотношением прибавки урожая к дозе внесённых удобрений в действующем веществе на гектар севооборотной площади.

б (b)

в (c)

Рисунок 2 – Зависимость урожайности подсолнечника от гидротермических показателей вегетационного периода и внесения удобрений, п. Рассвет, 2011–2024 гг: а) естественное плодородие; б) N 80 P 20 K 20 ; в) N 80 P 40 K 40

Fig. 2 – Dependence of sunflower yield on hydrothermal indicators of the growing season and fertilizer application, vil. Rassvet, 2011–2024:

a) natural fertility; b) N 80 P 20 K 20 ; c) N 80 P 40 K 40

а (a)

Внесение удобрений в средней норме (N40P20K20) позволило получить окупаемость прибавки урожая в размере 4,31– 4,37 кг семян/кг д.в. внесённых удобрений за все годы исследования с преимуществом по отвальной основной обработке почвы, а увеличение нормы внесения удобрений в два раза (N40P20K20) незначительно повлияло на их окупаемость и даже снизило ее – до 4,13–4,28 кг/кг д.в., или на 6,5–7,3 %. Внесение повышенной нормы удобрений привело к снижению окупаемости, несмотря на увеличение урожайности подсолнечника на 0,73 т/га (51 %), в сравнении со средней нормой почти в два раза (табл. 4).

В среднем за период исследования при благоприятных условиях вегетационного периода для развития подсолнечника (средняя температура воздуха 21,0– 22,0 °С и количество осадков 220–300 мм) возможно получить наивысшую окупаемость удобрений прибавкой урожая семян до 5,0–6,0 кг/кг при внесении средней нормы (N 40 P 20 K 20 ). Снижение количества осадков вегетационного периода до 100– 140 мм или увеличение среднесуточной температуры до 23,0–24,0 °С приводит к падению окупаемости удобрений прибавкой урожая до 1,5–2,5 кг/кг (рис. 3).

Таблица 4

Окупаемость удобрений прибавкой урожая подсолнечника в зависимости от нормы их применения и способа обработки почвы, кг семян/кг д.в., п. Рассвет, 2011–2024 гг.

Table 4

Cost recovery of fertilizers in the form of sunflower yield increase depending on their application rate and soil treatment method, kg of seeds/kg a.i., vil. Rassvet, 2011–2024

Севооборот	Способ обработки почвы	Норма применения удобрений
		N 40 P 20 K 20	N 80 P 40 K 40
А	Чизельная	4,42	4,20
	Отвальная	4,46	4,13
Б	Чизельная	4,31	4,28
	Отвальная	4,47	4,17

а (a)

б (b)

Рисунок 3 – Зависимость окупаемости удобрений урожаем подсолнечника от гидрометрических показателей вегетационного периода, п. Рассвет, 2011–2024 гг.: а) N 40 P 20 K 20 ; б) N 80 P 40 K 40

Fig. 3 – Dependence of fertilizer cost recovery in the form of sunflower yield on hydrometric indicators of the growing season, vil. Rassvet, 2011–2024:

a) N 40 P 20 K 20 ; b) N 80 P 40 K 40

Увеличение нормы внесения удобрений до N 80 P 40 K 40 позволило расширить диапазон метеорологический условий, при которых их окупаемость находится в пределах 4,5–6,0 кг/кг. Температурный режим увеличивается до 23,5 °С, а количество осадков снижается до 160 мм за вегетационный период. По-видимому, внесение повышенных норм удобрений позволяет снизить температурный стресс растений (повысить устойчивость растений к более высоким температурам воздуха) и более экономно использовать влагу почвы и выпадающих осадков в течение вегетации. Наиболее эффективное использование влаги для получения единицы урожая подсолнечника при одинаковом количестве осадков можно получить на высоком фоне удобрений [18]. В последние десятилетия наблюдается аридизация климата, сопровождающаяся ростом среднесуточных температур при одновременном сокращении количества осадков в вегетационный период, что отрицательно сказывается на урожайности подсолнечника и прибавках урожая, однако научно обоснованное применение удобрений позволяет растениям лучше адаптироваться к неблагоприятным метеорологическим условиям [11].

Заключение. В условиях Приазовской зоны Ростовской области в последние десятилетия (2011–2024 гг.) наблюдается увеличение средней температуры воздуха в вегетационный период подсолнечника на 1,2–3,0 °С при одновременном уменьшении суммы выпадающих осадков на 63,8 мм. Урожайность подсолнечника в этих условиях колеблется в пределах от 1,44 до 2,21 т/га в зависимости от нормы внесения полного минерального удобрения. Выявлена незначительная связь между урожайностью подсолнечника и суммой осадков (r = 0,40…0,16) и более сильная отрицательная корреляция (r = -0,69…-0,74) со средней температурой воздуха.

Оптимальными значениями для получения высоких урожаев (2,5 т/га и выше) являются среднесуточная температура воздуха в пределах 21,0–22,0 °С и сумма осадков больше 300 мм за вегетационный период (март – август). Благоприятными метеорологическими условиями для получения наивысшей окупаемости действующего вещества удобрений прибавкой урожая семян подсолнечника до 5,0–6,0 кг/кг при внесении средней нормы (N40P20K20) является средняя температура воздуха 21,0–22,0 °С и суммарное количество осадков 220–300 мм в течение вегетационного периода. Увеличение нормы внесения удобрений до N80P40K40 позволяет повысить устойчивость растений к высоким температурам воздуха, вызванным неблагоприятными погодными условиями и получить окупаемость удобрений прибавкой урожая семян подсолнечника в пределах 4,5–6,0 кг семян/кг д.в. при увеличении средней температуры воздуха до 23,5 °С и уменьшении количества осадков до 160 мм за вегетационный период.