Воздействие предшественников и метеорологических условий на урожайность ярового ячменя

Введение . В настоящее время уровень урожайности сельскохозяйственных культур обуславливается погодными условиями, типом почвы и хозяйственной деятельностью. Из рассмотренных факторов погодные условия занимают первое место и обеспечивают колебание урожаев по годам [1–3].

По утверждению многих исследователей [4–6], из природных и антропогенных факторов на продуктивность зерновых культур наибольшее влияние оказывают погодные условия, а затем по убыванию располагаются минеральные удобрения, севооборот.

Обобщение многолетних исследований показало, что условия увлажнения и температура воздуха в течение вегетационного периода играли существенную роль в формировании урожаев [7–10]. Поэтому при оценке севооборотов климатическим факторам необходимо уделять не меньшее внимание, чем плодородию почвы.

Для территории Свердловской области характерна выраженная климатическая зональность в широтном и меридиальном направлениях с большим разнообразием гидротермических условий [11], поэтому для повышения стабильности производства зерна и эффективности внедряемых агротехнических приемов необходим учет особенностей погоды для каждой природной зоны.

Цель исследований . Выявить влияние предшественников и погодных факторов на урожайность ярового ячменя в полевых севооборотах

Материалы, методы и условия . Исследования выполнены в Уральском научно-исследовательском институте сельского хозяйства в отделе земледелия и кормопроизводства (филиал ФГБНУ УрФАНИЦ УрО РАН). С 2002 г. проводится изучение полевых севооборотов с максимальной ориентацией на биологические факторы. Во второй и третьей ротации севообороты изучались по следующим схемам: 1. Зернопаротравяной – чистый пар, озимая рожь, ячмень с подсевом трав, клевер 1 г.п., пшеница. 2. Зернопаросидеральный (без многолетних трав) – сидеральный пар (рапс), пшеница, овес, горох, ячмень. 3. Зернотравяной (бобовые культуры 40 %) – горох, пшеница с подсевом трав, клевер 1 г.п., ячмень, овес. 4. Зернотравяной с насыщением многолетних трав 20 % – однолетние травы + поукосно рапс, ячмень с подсевом трав, клевер 1 г.п., пшеница, овес. 5. Зернотравяной с насыщением мн. трав 40 % – ячмень с подсевом трав, клевер 1 г.п., клевер 2 г.п., пшеница, овес.

Почва опытного участка – темно-серая лесная тяжелосуглинистая с содержанием гумуса 4,67– 5,06 %, легкогидролизуемого азота – 136–181 мг, подвижного фосфора – 206–268, обменного калия –

150–168 мг/кг почвы, сумма поглощенных оснований – 27,6–33,9 ммоль на 100 г почвы, рН сол – 4,9–5,1.

Изучение севооборотов проводится с размещением во времени и пространстве на трех фонах питания.

• 1.    Контроль (без удобрений).

• 2.    Минеральный – с применением умеренных норм минеральных удобрений из расчета на 1 га севооборотной площади N 30 Р 30 К 36 .

• 3.    Органо-минеральный – использование навоза, сидератов, соломы на фоне минеральных удобрений N 24 Р 24 К 30 .

Непосредственно под ячмень вносили сложные удобрения в дозе N 30 Р 30 К 30 .

За годы исследований погодные условия заметно различались по выпадению осадков и среднесуточными температурами воздуха от среднемноголетних данных. Одним из показателей, характеризующих агрометеорологические условия в летний период, является гидротермический коэффициент по Селянинову (ГТК) [12].

Результаты и их обсуждение . Наблюдения показали, что засушливые годы отмечены в трех годах исследований, при этом острозасушливые условия – в 2016 г. (табл. 1). В условиях засухи на Среднем Урале недобор осадков составил 6–21 % от нормы, в то же время превышение среднесуточной температуры воздуха в летний период равнялось 2,3–4,1 градусам. Это свидетельствует, что для данной зоны в большей степени характерна воздушная засуха, в результате которой сильно прогревается почва, усиливая тем самым испарение влаги из нее. Уменьшение запасов продуктивной воды в почве в летний период существенно снижает весеннелетнюю выживаемость растений, а высокие температуры воздуха в августе в момент налива зерна способствуют уменьшению массы 1000 зерен.

В большинстве лет исследований отмечены умеренно-увлажненные условия. Количество осадков в летний период было практически на уровне среднемноголетних показателей, несколько выше в июле. Набор эффективных температур (выше 5 °С) в данных условиях выше нормы. Достаточное увлажнение пахотного слоя в первой половине лета при закладке продуктивных стеблей и формировании колоса обеспечивает более высокую продуктивность ярового ячменя по сравнению с другими погодными условиями.

В избыточно-увлажненные годы большая часть осадков выпадает в июне-июле, превышение над нормой составляет около 43–47 %. Среднесуточные температуры воздуха в летние месяцы, как правило, близки к среднемноголетним данным. Избыток влаги в первой половине вегетации способствует дополнительному кущению растений, в результате не все боковые побеги формируют полноценный колос. Нерациональное использование основных элементов питания в процессе вегетации, а также их вымывание из корнеобитаемого слоя, в особенности ми- нерального азота, не обеспечивают увеличение сбора зерна фуражной культуры по сравнению с благоприятными гидротермическими условиями.

Таблица 1

Гидротермические условия	Показатель	Месяц
		Июнь	Июль	Август
Засушливые, ГТК* – 0,88 (2010, 2012, 2016 гг.)	Осадки, мм	57,0	65,9	69,6
	Температура, °С	17,5	19,3	18,6
	ГТК	0,82	0,84	0,78
Умеренно-влажные, ГТК – 1,48 (2007–2009, 2011, 2013, 2017 гг.)	Осадки, мм	65,0	87,7	70,8
	Температура, °С	15,7	18,3	15,9
	ГТК	1,32	1,39	1,44
Избыточно-влажные, ГТК – 2,15 (2014–2015 гг.)	Осадки, мм	99,7	120	70,4
	Температура, °С	15,8	17,8	14,4
	ГТК	1,82	2,58	1,56
Среднемноголетние, ГТК – 1,64	Осадки, мм	68	84	74
	Температура, °С	15,1	17,6	14,5
	ГТК	1,32	1,29	1,58

* ГТК за вегетационный период с температурой свыше 10 °С.

Абиотические факторы в летний период (2007–2017 гг.)

При недостаточном увлажнении в контрольном варианте наибольшая урожайность ячменя достигнута при размещении его по занятому пару, а наименьшая – по яровым зерновым (табл. 2). В годы с умеренным увлажнением максимальный сбор зерна получен по гороху, прибавка урожая ячменя составила 0,4–0,75 т/га по отношению к другим предшественникам. Это связано с лучшей минерализацией растительных остатков зернобобовой культуры в течение вегетации растений, а также невысокой продуктивностью клевера в засушливые годы (2010, 2012 гг.). Во влажные годы наибольший сбор зерна достигнут по озимой ржи, по другим предшественникам прибавка урожая ниже на 0,08–0,35 т/га. Разница в сборах зерна в основном обусловлена заметным ростом засоренности в посевах ячменя по другим предшественникам. В целом за годы наших исследований по воздействию на урожай ячменя при естественном плодородии предшественников по убыванию можно расположить в следующем порядке: горох, клевер, озимая рожь, занятый пар, яровые зерновые.

Гидротермические условия оказывали заметное влияние на отдачу от минеральных и органических удобрений. Так, в условиях засухи внесение минеральных удобрений обеспечило дополнительный прирост урожая ячменя на уровне 0,75–1,19 т/га по сравнению с контролем, наименьшая отдача от минеральных туков получена при размещении фуражной культуры по пласту клевера и яровым зерновым. Аналогичная закономерность выявлена по органо-минеральному фону питания.

Максимальные урожаи ячменя на удобренных фонах получены в условиях умеренного увлажнения, увеличение сбора зерна по отношению к контролю на минеральном и органо-минеральном фонах питания варьировало на уровне 0,88–1,70 и 1,13–1,78 т/га соответственно. Наибольшие прибавки зерна получены при размещении ячменя по пласту клевера, а наименьшие – по гороху. Из всех лет исследований урожайность ячменя в севооборотах достигала 5,0 т/га и выше только в 2011, 2017 гг.

Анализ урожайных данных ячменя в условиях избытка осадков в первой половине вегетации растений свидетельствовал, что, несмотря на получение сбора зерна на уровне 3,0–3,5 т/га, отдача от удобрений была на уровне 0,81–1,10 т/га, за исключением предшественника занятый пар, т.е. она была близка к засушливым условиям. При избыточном увлажнении существенная часть питательных веществ расходовалась на формирование вегетативной массы боковых побегов, а не на продуктивный колос.

Таблица 2

Влияние метеорологических условий и предшественников на урожайность ячменя в севооборотах (2007–2017 гг.), т/га

Предшественник	Условия вегетационного периода
	Засушливые, ГТК< 1,2	Умеренно-влажные, ГТК –1,2–1,7	Влажные, ГТК >1,7
	Без удобрений
Озимая рожь	1,69	2,59	2,36
Горох*	1,66	3,03	2,17
Клевер 1 г.п.	1,70	2,63	2,28
Занятый пар	1,87	2,56	1,96
Яровые зерновые	1,53	2,28	2,01
	Минеральный фон
Озимая рожь	2,88	3,98	3,36
Горох	2,70	3,92	2,98
Клевер 1 г.п.	2,45	4,33	3,21
Занятый пар	3,05	4,22	3,37
Яровые зерновые	2,30	3,92	3,02
	Органо-минеральный
Озимая рожь	2,89	4,11	3,46
Горох	2,68	4,16	3,25
Клевер 1 г.п.	2,40	4,41	3,26
Занятый пар	2,92	4,09	3,54
Яровые зерновые	2,21	3,84	3,02
НСР 05 для частных различий	0,54

* - данные по гороху за 2012-2017 гг.

Усредненные данные за две ротации севооборотов показали, что, несмотря на многообразие погодных условий, на окультуренной темно-серой почве на естественном фоне плодородия можно получать урожайность ячменя на уровне 1,89–2 ,31 т/га (табл. 3).

Наименьший сбор зерна достигнут в зернотравяном севообороте с насыщением многолетними травами 40 %, т.е. при удалении от пласта клевера урожаи яровых зерновых (3-я культура) падают.

Таблица 3

Урожайность ячменя в севооборотах и окупаемость 1 кг д.в. удобрений (среднее за 2007–2017 гг.)

Севооборот	Фон питания	Урожайность ячменя, т/га	Прибавка зерна к контролю	Окупаемость 1 кг д.в. удобрений, кг зерна
Зернопаротравяной	1	2,24	–	–
	2	3,57	1,33	14,8
	3	3,66	1,42	7,17
Зернопаросидеральный	1	2,29	–	–
	2	3,20	0,91	10,1
	3	3,37	1,08	7,25
Зернотравяной (бобовые культуры 40 %)	1	2,31	–	–
	2	3,62	1,31	14,6
	3	3,65	1,34	9,71
Зернотравяной с насыщением многолетними травами 20 %	1	2,26	–	–
	2	3,75	1,49	16,5
	3	3,67	1,41	9,59
Зернотравяной с насыщением многолетними травами 40 %	1	1,89	–	–
	2	3,34	1,45	16,1
	3	3,25	1,36	12,4
НСР 05		0,38

В большинстве изучаемых севооборотов урожайность ячменя на удобренных фонах питания в среднем составила около 3,6–3,8 т/га. Наименьшие сборы зерна получены в зернопаросидеральном и зернотравяном с двумя полями клевера севооборотах. При наличии в севооборотах бобовых трав отдача от удобрений была выше по сравнению с зернопаросидеральным без клевера. Запашка рапса на сидерат в паровом поле оказывала действие в течение двух – трех лет в отличие от клевера.

Расчеты по окупаемости 1 кг д.в. удобрений выявили, что наибольшие показатели в большинстве севооборотов получены на минеральном фоне. Сочетание минеральных и органических удобрений снижало отдачу от удобрений на 3,7–7,6 кг зерна, меньше всего при использовании навозноминеральной системы и сочетании сидерата с соломой два раза за ротацию с минеральными туками.

Выводы . В умеренно-увлажненных условиях максимальная урожайность ячменя на минеральном и органо-минеральном фонах питания получена по клеверу, по другим предшественникам – ниже на 0,11–0,57 т/га.

Внесение минеральных и органических удобрений обеспечило дополнительный сбор зерна фуражной культуры на уровне 0,91–1,49 т/га по отношению к естественному фону плодородия темно-серой почвы. Наименьший выход зерна получен при его размещении в зернопаросидеральном и зернотравяном (2 поля клевера) севооборотах.

Окупаемость 1 кг д.в. удобрений на минеральном фоне составила 10,1–16,5 кг, при совместном применении минеральных и органических удобрений отдача от них снижалась на 3,7 – 7,6 кг зерна, меньше всего при использовании навозно-минеральной системы и сочетании сидерата с соломой два раза за ротацию с минеральными туками.