Влияние условий влагообеспеченности на урожайность зернового сорго и проса в Донбассе

Введение. Сорго и просо являются культурами позднего срока сева, и их реакция на воздействие внешней среды резко отличается от других зерновых культур. Это наиболее теплолюбивые, жаро- и засухоустойчивые среди полевых культур, которые в условиях сильной засухи временно приостанавливают рост и впадают в состояние анабиоза, а с улучшением влагообеспеченности восстанавливают свой рост и развитие [1, 2]. Их транспирационный коэффициент составляет 200–250. Главным фактором получения своевременных, полноценных и дружных всходов этих культур является оптимальная влагообеспеченность посевного слоя почвы и температура на глубине заделки семян не ниже 10-12 °С для проса и 12–15 °С для сорго. Для нормального периода вегетации для проса необходима сумма активных температур на уровне 1800–2100 °С, для зернового сорго в зависимости от группы спелости сорта значительно больше – в пределах 2000-3500 °С. Наибольшую потребность во влаге просо испытывает от конца кущения и до образования зерна, а сорго в период от 10 дней до выметывания и до 10 дней после цветения, т.е. длительностью 25–30 дней [3, 4].

Несмотря на высокую засухоустойчивость, эти культуры сильно реагируют на орошение и осадки, особенно в наиболее критические периоды развития. Так, при полном удовлетворении потребностей сорго в воде за счет нескольких вегетационных поливов урожайность возрастает до 9,0-10,0 т/га и экономно расходуется влага [5, 6]. Благодаря более позднему циклу развития от посева до созревания, в отличии от хлебов первой группы, они очень хорошо используют осадки второй половины лета для формирования высокопродуктивных посевов.

В связи с наиболее высокой адаптацией к выращиванию в засушливых условиях Донбасса данных поздних зерновых культур, мы поставили задачу выявить оптимальные критерии формирования их высокоурожайных агроценозов при различных погодных условиях вегетационного периода: проанализировать метеорологические условия вегетации, установить корреляционные зависимости урожайности с метеоданными.

Цель исследований . Установить лучшие сроки сева проса и сорго зернового для формирования максимальных урожаев в зависимости от гидротермических условий вегетационного периода в условиях Донбасса.

Материалы и методы исследования. Полевые эксперименты проводились на базе ФГБОУ ВО «Луганский государственный аграрный университет имени К.Е. Ворошилова» в условиях полевого севооборота кафедры земледелия и растениеводства в период с 2015 по 2018 гг. Почва участка на опытном поле – чернозем обыкновенный маломощный слабосмытый на лессовидном суглинке с наличием в пахотном слое 3,3…3,4 % гумуса. Климат зоны проведения исследований – умеренно-континентальный с ярко выраженными засушливо-суховейными явлениями с неравномерным выпадением осадков в течение года и большими колебаниями их количества по годам. Средняя годовая температура воздуха согласно луганской метеостанции равна 8,8 °С, сумма осадков – 528 мм, сумма активных температур (>10 °С) – 3148 °С [7]. Закладку и проведение полевого опыта, учеты и наблюдения осуществляли по общепринятым методикам [8, 9]. Опытные данные обрабатывали с помощью статистических методов дисперсионного и корреляционного анализов [STATISTICA 10; программа MS Exсel 2010]. Из метеорологических показателей учитывались: сумма активных температур, количество осадков и гидротермический коэффициент Г.Т. Селянинова (ГТК) [10] в основные фазы вегетации культур.

Все агротехнические приемы выполняли в оптимальные сроки в соответствии с зональными рекомендациями по выращиванию зерновых культур [11, 12]. Минеральные удобрения в виде фона N 60 Р 40 (сорго) и N 30 Р 30 (просо) вносили до посева: фосфорные удобрения в виде простого суперфосфата – осенью под вспашку, а азотные – весной под культивацию. Предшественник – озимая пшеница. В опыте изучали сроки сева – 25.04; 15.05; 5.06. Объекты исследований – просо сорта Мироновское 51 и зернового сорго – среднераннего гибрида Спринт W. Площадь учетной делянки – 25 м², повторность в опыте – трех- и четырехкратная. Сев сорго проводили ручной односошниковой сеялкой «Слобожанка» (г. Харьков) с нормой высева – 350 тыс./га всхожих семян, глубиной заделки семян – 4-5 см и шириной междурядий – 70 см, а проса – с нормой высева 2,5 млн./га всхожих семян и шириной междурядий 45 см. В стадии 3 листочков у сорго проводили ручное формирование густоты растений на уровень 140 тыс./га. Посевы проса и сорго в период вегетации поддерживали в чистом фитосанитарном состоянии.

Результаты исследования и их обсуждение . Агрометеорологические условия в период исследований контрастно различались по годам и со средней многолетней нормой, что позволило дать объективную оценку корреляционной зависимости урожайности от гидротермического режима при различных сроках сева изучаемых культур (табл. 1).

Таблица 1 – Изменение ГТК по месяцам за период исследований

Годы	Вегетационный период						( X̅ ± S x̅ )	V, %
	апрель	май	июнь	июль	август	сентябрь
2015	2,48	0,84	0,78	0,43	0,23	0,53	0,88±0,33	92,4
2016	1,09	1,68	0,38	1,20	0,56	1,59	1,08±0,22	48,8
2017	2,19	1,08	1,00	1,21	0,18	0,28	0,99±0,30	73,6
2018	0,42	0,81	1,20	0,72	0,13	0,72	0,67±0,15	54,5
( X̅ ± S x̅ )	1,55±0,48	1,10±0,20	0,84±0,18	0,89±0,19	0,28±0,10	0,78±0,28	0,91±0,09
S	0,96	0,40	0,35	0,38	0,19	0,57	0,18
V, %	62,1	36,6	41,8	43,0	70,7	73.0	19,5
Норма	0,99	0,97	1,21	1,05	0,61	1,16	1,00

За период краткосрочных (2015-2018 гг.) опытов ГТК за апрель-сентябрь составил 0,91, а самым засушливым месяцем выявлен август (ГТК = 0,28). Установлено, что в пределах вегетационного периода одного года вариабельность влагообеспеченности по месяцам была очень значительной (> 20 %) и колебалась в очень широких пределах (от 48,8 до 92,4 %).

Согласно оценочной шкале условий увлажнения по значениям ГТК [10], условия увлажнения проса и сорго можно охарактеризовать таким образом: 2016 и 2017 годы – наиболее благоприятные, а 2015 и 2018 – малоблагоприятные, очень засушливые.

Контрастные погодные условия периода вегетации по годам характеризуются варьированием урожайности зернового сорго и проса при различных сроках сева (таблицы 2 и 3). Наименьший коэффициент вариации (20,5 %) получен при втором сроке сева сорго, и при первом сроке сева проса, а самое большое варьирование (V = 38,5 %) урожаев отмечено по последнему летнему сроку сева зернового сорго и II сроке сева проса. При этом разница в урожайности по годам составила (Y max – Y min = 3,75 т/га) 107,1 %. Наиболее высокий средний уровень урожайности зернового сорго и проса по всем срокам сева получен в условиях благоприятного по влагообеспеченности 2016 года – 8,02 и 3,05 т/га соответственно, а самый низкий по сорго (4,69 т/га) – в засушливом 2017 году, по просу (1,78 т/га) в 2018 году.

Таблица 2 – Урожайность зернового сорго в зависимости от сроков сева (2015-2017гг.), т/га

Сроки сева	Урожайность зерна, т/га				S x	S	V, %
	2015 г.	2016 г.	2017 г.	средняя
I – 25 апреля	7,29	8,82	4,34	6,82	1,31	2,28	33,4
II – 15 мая	6,52	7,98	5,28	6,59	0,78	1,35	20,5
III – 5 июня	3,50	7,25	4,44	5,06	1,13	1,95	38,5
НСР 05 , т/га	0,37	0,53	0,25

Таблица 3 – Урожайность проса в зависимости от сроков сева (2016-2018 гг.), т/га

Сроки сева	Урожайность зерна, т/га				S x	S	V, %
	2016 г.	2017 г.	2018 г.	средняя
25 апреля	2,90	2,13	2,00	2,34	0,28	0,49	20,8
15 мая	3,11	2,50	1,42	2,34	0,49	0,86	36,5
5 июня	3,15	2,06	1,92	2,38	0,39	0,67	28,3
НСР 05 , т/га	0,51	0,25	0,34

Зависимость урожайности сорго зернового и проса от условий увлажнения в разные периоды развития культуры соответственно изучаемых сроков сева наглядно выражается показателями корреляционного анализа (табл. 4).

Таблица 4 – Показатели корреляционной связи урожайности с гидротермическими условиями в основные периоды развития зернового сорго и проса при различных сроках сева

Периоды развития	I срок сева (25.04)		II срок сева (15.05)		III срок сева (5.06)
	сорго	просо	сорго	просо	сорго	просо
Количество осадков, мм
Всходы – кущение	-0,46	0,43	-0,62	0,38	-0,91	0,64
Кущение – цветение	-1,00	0,92	-0,98	-0,99	0,96	0,005
Цветение – полная спелость	0,79	-0,35	0,85	0,90	0,90	0,89
Всходы – полная спелость	0,81	0,77	0,10	0,86	0,98	0,49
ГТК
Всходы – кущение	0,14	0,91	-0,63	0,71	-0,88	-0,67
Кущение – цветение	-1,00	-0,08	-0,99	-0,99	0,97	-0,27
Цветение – полная спелость	0,76	-0,91	0,83	0,90	0,94	0,78
Всходы – полная спелость	0,62	-0,50	-0,12	-0,78	1,00	-0,20

Сильная корреляционная зависимость урожайности от количества осадков на посевах сорго при I сроке сева получена за периоды «цветение – полная спелость» (r = 0,79) и «всходы – полная спелость» (r = 0,81); при II сроке – за период «цветение – полная спелость» (r = 0,85); при III сроке сева – за периоды «кущение – цветение» (r = 0,96), «цветение – полная спелость» (r = 0,90) и за весь период вегетации «всходы – полная спелость» (r = 0,98). На посевах проса сильная прямая корреляционная связь (r = 0,7–0,9) урожайности с количеством осадков при I сроке отмечена в период «кущение–цветение», при II и III сроках сева в период «цветение–полная спелость».

Корреляция урожайности сорго с условиями увлажнения посевов по значениям гидротермического коэффициента (ГТК) Селянинова была сильной прямой за период «цветение – полная спелость» при I (r = 0,76) и II (r = 0,83) сроках сева. Учет урожая с делянок III срока сева показал сильную прямую корреляционную cвязь урожайности зерна со степенью увлажнения (ГТК) во все периоды развития, начиная с фазы кущения и до полного созревания (r = 0,941,00). Установлено, что при III сроке сева сорго за период вегетации «всходы – полная спелость» корреляционная связь урожайности с ГТК была прямой полной (r = +1,00), т.е. перешла в функциональную зависимость.

Корреляционная зависимость урожая зерна проса с условиями увлажнения по значениям ГТК была прямой сильной (r > 0,7) в период «всходы–кущение» при I и II сроках сева и составила r = 0,91 и r = 0,71 соответственно, a в период «цветение–полная спелость» (r = 0,90 и r = 0,78) – при II и III сроках сева. Следует отметить, что за период «всходы – полная спелость» на всех сроках сева отмечалась обратная корреляционная связь урожайности с ГТК, которая варьировала от r = -0,20 (III срок) до r = -0,78 (II срок сева).

Выводы. Гидротермические условия вегетационного периода при выращивании зернового сорго в годы исследований сложились крайне неодинаково, что в целом повлияло и на урожайность культуры, которая в малоблагоприятном по увлажнению 2015 году (ГТК V-IX – 0,56) в среднем по всем срокам сева составила 5,77 т/га, в благоприятном 2016 году (ГТК V-IX – 1,08) – 8,02 т/га и в засушливом во второй половине вегетации 2017 году (ГТК V-IX – 0,75) – 4,69 т/га зерна. За годы опытов варьирование уровня урожайности при посеве 25 апреля составило 33,4 %, 15 мая – 20,5 % и 5 июня – 38,5 %.

Весенние предпосевные запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы (25 апреля) за годы опыта не имели существенной корреляционной связи с урожайностью сорго при всех изучаемых сроках сева.

За период «всходы – полная спелость» наибольшее количество осадков (182,4 мм) выпало на посевы сорго I срока сева – 25 апреля, что на 24,1 % превысило количество осадков на делянках сорго при втором (15 мая) и на 21,4 % – при III (5 мая) сроках сева. Важным фактором наибольшей эффективности первого срока сева сорго является то, что наиболее критический период «цветение – полная спелость» обеспечивается большей суммой осадков (в среднем 60,0 мм), в сравнении с более поздними сроками сева. Благодаря этому при первом сроке сева гидротермический коэффициент Селянинова также был наибольший (ГТК – 0,76), что значительно превысило его значения при втором (ГТК – 0,64) и третьем (ГТК – 0,63) сроках сева.

В целом условия увлажнения года по значениям гидротермического коэффициента (ГТК) Селянинова оказывали сильное влияние на продуктивность посевов проса при первом и втором сроках сева в период «всходы–кущение» (r = 0,91 и r = 0,71 соответственно). Осадки во второй половине вегетации на посевах раннего срока сева оказывали сильное отрицательное влияние на урожайность проса (r = -0,91), а на посевах среднего и позднего сроков сева отмечена сильная прямая корреляция (r = 0,78–0,90).

Посевы проса при I сроке сева (25 апреля) характеризовались наиболее благоприятными условиями влагообеспеченности. При этом периоды развития («цветение–полная спелость») и «всходы – полная спелость» были обеспечены наибольшим количеством осадков – 103,0 мм и 182,9 мм соответственно, что обеспечивало высокую корреляционную связь (r = 0,77) урожайности с суммой осадков за весь период вегетации.