Засоренность агрофитоценоза и продуктивность пшеницы яровой в лесостепных агроландшафтах Омской области

Введение . Яровая пшеница в Омской области – ведущая зерновая культура, занимающая площадь более 1,40 млн га, или 73 % от посевов зерновых и зернобобовых. В последние годы урожайность пшеницы в регионе стабилизировалась на уровне 1,50–1,80 т/га и менее, что связано с засушливостью климата (350–420 мм осадков), нарушением зональных агротехнологий, ограниченным применением удобрений (менее 12 кг/га), повышенным засорением посевов [1, 2].

В Западно-Сибирском регионе из 25 млн га пашни имеет высокую засоренность – более 6, овсюгом – до 3, другими просовидными – более 5 млн га, что приводит к ежегодным потерям 3– 4 млн т зерна. По наблюдениям Омской СТАЗР, в области свыше 1 млн га в сильной степени засорены многолетними корнеотпрысковыми, овсюгом – 500–600 тыс. га, другими мятликовыми видами – до 700 тыс. га. Повсеместно распространены двудольные малолетние сорняки: горцы, пикульники, щирицы, смолевка и другие. По этой причине только в Омской области ежегодные потери зерна достигают 600 тыс. т. В агрофитоценозах зерновых культур устойчиво встречается более 15 видов, из них 3–4 преобладающих [3, 4].

Выявлено, что при минимизации обработки почвы в полевых севооборотах, даже в короткоротационных, наблюдается устойчивая закономерность повышения засоренности агрофитоценоза. Внесение удобрений провоцирует нарастание засоренности посевов зерновых культур, так как они обладают более высокой потенциальной способностью в потреблении элементов питания [5, 6].

Цель исследования – выявить агроэкологические особенности влияния обработки почвы и средств интенсификации в зернопаровом севообороте по непаровым (зерновые) предшественникам на засоренность агрофитоценоза и урожайность яровой пшеницы в лесостепи Омской области.

Объекты и методы . Опыты проведены в лесостепной почвенно-климатической зоне в стационарном зернопаровом севообороте Омского АНЦ в период 2004–2019 гг., где изучались 4 системы основной обработки почвы и 4 варианта применения средств интенсификации. Почва лугово-черноземная, тяжелосуглинистая с содержанием гумуса до 8 %, pH – 6,4.

Размещение вариантов систематическое, повторность 4-кратная. Двухфакторный опыт включает:

Фактор А – система обработки почвы: 1 – отвальная на глубину 20–22 см ежегодно; 2 – комбинированная – вспашка в паровом поле и под третью пшеницу после пара, плоскорезная на глубину 10–12 см под вторую пшеницу после пара и ячмень; 3 – плоскорезная на глубину 10– 12 см под все культуры; 4 – минимально-нулевая – в паровом поле культивация на глубину до 6–8 см, в остальных полях без осенней обработки. Подготовка пара по типу раннего, в том числе вспашка на глубину 20–22 см.

Фактор В – 4 варианта средств химизации, включая контроль и комплексное применение средств химизации (удобрения, гербициды, фунгициды, ретарданты). Яровую пшеницу (Памяти Азиева, Омская-36) высевали 18–25 мая с нормой 4,5–4,8 млн всхожих зерен на 1 га. Посев сеялкой СЗ-3,6, с 2012 г. – ПК Selford. Уборка однофазная Sampo-130 с внесением измельченной соломы на поле. Учет засоренности по- севов проведен по методическим рекомендациям [7].

Погодные условия за годы исследований (16 лет) в целом были близкими к среднемноголетним (ГТК – 1,10). Наиболее низкие показатели ГТК (0,55–0,69) отмечались в засушливые годы (2008, 2010, 2012, 2014 гг.).

Результаты и их обсуждение. Наблюдениями установлено, что предшественник, обработка почвы и средства химизации в зернопаровом севообороте оказывают заметное влияние на засоренность агрофитоценоза (табл. 1).

Менее засоренные посевы пшеницы на варианте без применения средств химизации формируются на отвальной обработке почвы – 26,1–35,8 %. Минимальная обработка способствовала повышению как численности (196– 256 шт/м2), так и биомассы сорного компонента в агроценозе (640–646 г/м2), или в 1,3–1,5 раза до сильной степени 38,5–45,2 %.

Таблица 1

Влияние агротехнологий возделывания пшеницы яровой на засоренность посевов (% от биомассы) (2004–2018 гг.)

Обработка почвы в севообороте (фактор А)	Предшественник (В)						Среднее по А
	Пшеница после пара			Вторая пшеница
	Без удобрений	N 30 P 30	Гербициды	Без удобрений	N 30 P 30	Гербициды
Отвальная	26,1	26,8	13,5	35,8	28,5	13,1	24,0
Комбинированная	34,3	28,9	9,8	40,9	27,4	8,5	25,0
Плоскорезная	33,5	30,2	10,9	44,7	35,6	11,4	27,7
Минимально-нулевая	38,5	30,5	12,3	45,2	34,7	14,5	29,3
Среднее по В	33,1	29,1	11,6	41,6	31,6	11,9

Повторные посевы пшеницы яровой (третья культура после пара) приводят к повышению засоренности посевов как по численности (до 171–181 шт/м2), так и по удельной биомассе в агрофитоценозе (до 31,6–41,6 %), а относительно парового предшественника – в 2,5–2,8 раза. Исследованиями в Сибири выявлено, что минимизация обработки черноземных почв и повторные посевы яровой пшеницы, удельный вес которых достигает 30–40 %, приводит к снижению продуктивности сельскохозяйственных культур. Снижение эффективности минимальных приемов обработки почвы, особенно при ограниченном применении средств химизации, обусловлено снижением биологической активности и питательного режима, ухудшением фитосани-тарного состояния, нарастанием засоренности агрофитоценоза [2, 8].

В полевом севообороте засоренность посевов яровой пшеницы на минимальной системе обработки почвы, особенно численность сорного компонента, возрастала до 172–256 шт/м2, или в 1,6 раза, до сильной степени – в среднем 29,3 %. В лесостепной почвенной климатической зоне Новосибирской области минимизация обработки почвы в севообороте в течение 5–7 лет приводила к нарастанию засоренности посевов зерновых культур в 1,4–1,8, а полный отказ от обработки почвы – в 2,3 раза. В то же время при интенсивных агротехнологиях возделывание зерновых культур, мульчирующей поверхностной обработке почвы фитосанитарная ситуация в основном стабилизируется за счет активизации процессов саморегуляции в верхнем супрессивном слое почвы [5, 9].

Систематическое внесение ограниченных доз удобрений за 30–40 лет стабилизировало численность и видовой состав сорного компонента в посевах пшеницы по непаровым предшественникам.

Выявлено, что при применении удобрений конкурентоспособность пшеницы к сорным растениям повышается. В то же время на начальных этапах применения удобрений в севообороте отмечается нарастание в агрофитоценозе сорного компонента, особенно двудольных. Так, в начале освоения севооборота (1984–1993 гг.) засоренность яровой пшеницы после непарового предшественника составила на варианте без химизации 10,4–16,7 %, а при применении удобрений доля сорняков в посевах возрастала до 16,4–23,4 %, или в среднем на 37 %. Ранние сроки посева, пониженная всхожесть семян и изреженность стеблестоя яровой пшеницы, особенно при внесении удобрений, способствуют повышению засоренности агрофитоценоза [10].

Установлено, что на черноземных почвах лесостепной зоны конкуренция между растениями яровой пшеницы и сорняками возрастает в большей мере за азот и калий и меньше за фосфор, который активно усваивается сорняками в начале вегетации. На черноземных почвах Тюменской области выявлено, что в условиях повышенной конкуренции сорные растения интенсивней используют элементы питания. Так, на засоренных вариантах содержание азота в сорных растениях уже в фазу полных всходов составляло до 2,9 %, а в растениях яровой пшеницы – только 0,6–1,8 % на сухое вещество. Перед уборкой в сорняках содержание азота было в 2,7–4,1 раза выше, чем в культуре [6, 10]. Аналогичная закономерность повышения конкуренции сорняков в посевах яровой пшеницы установлена на черноземных почвах лесостепи Омской области (табл. 2).

Таблица 2

Компонент агрофитоценоза	Вынос, кг/га
	азот		фос	ор	калий
	кг/га	%	кг/га	%	кг/га	%
Щирица колосовидная
Посев яровой пшеницы без сорняков	61,1	100	23,5	100	83,6	100
Щирица (128 шт/м2)	189,8	311	14,1	60,0	285,7	348
Произрастание щирицы (30–50 шт/м2) в посевах пшеницы яровой	52,2	85,4	20,3	86,4	61,5	73,6
Осот полевой
Посев яровой пшеницы без сорняков	56,1	100	12,9	100	87,1	100
Осот (58 шт/м2)	65,7	117	6,8	52,7	236,0	271
Произрастание осота в посевах пшеницы	41,6	74,2	6,8	52,7	48,9	56,1

Вынос NPK из почвы растениями пшеницы (350 шт/м2) и сорняками в агрофитоценозах (среднее за 4 года)

В посевах яровой пшеницы с сорными растениями возрастает конкуренция за ограниченные водные ресурсы и элементы питания. Так, растения щирицы, произрастающей вне конкуренции с культурой, выносят азота и калия из верхнего слоя чернозема почти в 3 раза больше, чем яровая пшеница. В агрофитоценозе с сорняками культура потребляет из почвы азота на 15 % меньше. В целом однолетние сорняки обладают высокой потенциальной способностью к усвоению элементов питания, однако в агрофитоценозе потребление сдерживается культурными растениями ценою снижения их потенциальной продуктивности. Наибольшей вредоносностью в по- севах яровой пшеницы обладают злостные корнеотпрысковые сорняки (табл. 3).

Многолетние корнеотпрысковые сорняки в агрофитоценозе угнетают культуру значительно сильнее. В посевах яровой пшеницы осот полевой выносит из почвы азота на 26 %, фосфора – на 47 и калия – на 44 % меньше, чем при отсутствии конкуренции с сорняками. Потенциальная продуктивность от осота полевого снижается до 18–45 %; осота розового – до 25–38; молокана татарского – до 6–20 %. Конкурентная способность яровой пшеницы по отношению к корнеотпрысковым сорнякам проявляется слабее, чем к однодольным.

Таблица 3

Потери урожая зерна пшеницы яровой в зависимости от степени засорения посевов корнеотпрысковыми сорняками (среднее за 4 года)

Степень засорения	Численность сорняков, шт/м2	Урожайность зерна, т/га	Снижение урожайности
			т/га	%
Осот полевой (НСР 05 = 0,33 т/га)
Посев без сорняков (контроль)	0	3,07	0	0
Слабая	27	2,50	0,57	18,5
Сильная	58	1,70	1,37	44,6
Осот розовый (НСР 05 = 0,40 т/га)
Посев без сорняков (контроль)	0	2,24	0	0
Слабая	9	1,67	0,57	25,4
Сильная	18	1,39	0,85	38,0
Молокан татарский (НСР 05 = 0,31 т/га)
Посев без сорняков (контроль)	0	3,20	0	0
Слабая	15	3,01	0,19	5,9
Сильная	25	2,58	0,62	20,0

Определение транспирации в опытах показало, что в расчете на 100 растений расход влаги составил: у пшеницы – 0,8–1,2 мм/сут; щирицы колосовидной – 3,3; жабрея – 1,9 и осота полевого – до 4,5 мм/сут, т. е. суточная транспирация у сорняков протекает в 2,5–3,5 раза интенсивнее, чем у растений яровой пшеницы [10].

Многолетними наблюдениями установлено, что средства интенсификации оказывают существенное влияние на степень засоренности агрофитоценоза и видовой состав сорного компонента в посевах пшеницы яровой (табл. 4).

В целом по фактору системы обработки почвы наименьшая биомасса культуры (876– 1046 г/м2) и наибольшая засоренность посевов (34,8–40,7 %) формировались при экстенсивной технологии возделывания яровой пшеницы.

Применение на посевах гербицидов (дикоти-циды + граминициды) способствовало повышению биомассы пшеницы яровой на 316–479 г/м2, или 36,1–45,8 %, при снижении засоренности агрофитоценоза в 2,9–3,6 раза.

Таблица 4

Вариант	04 05 12 О О — 05 £	Засоренность агрофитоценоза						8 * Ш о о
		шт/м2			г/м2
		О ф о СО	X о	О	о со	X о сЕ СЕ	ф О
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Вто		рая пшеница после пара
Без химизации (контроль)	1046	159	50	109	558	345	213	34,8
Гербициды	1525	120	9	111	243	46	197	11,8
Удобрения	1337	139	29	110	559	310	249	29,5

Окончание табл. 4

1	2	3	4	5	6	7	8	9
Комплексная химизация	1882	80	7	73	186	43	143	9,0
Среднее	1448	125	24	101	386	186	200	21,0
НСР 05	185	51	7	Ff < Ft	132	99	Ff < Ft	5,5
Коэф. корреляции с урожайностью r крит. = 0,95	0,94	–0,96	–0,73	–0,95	–0,74	–0,69	–0,80	–0,73
Третья пшеница после пара
Без химизации (контроль)	876	160	29	131	601	375	226	40,7
Гербициды	1192	111	22	89	153	47	106	11,3
Удобрения	1246	171	30	141	550	296	254	30,6
Комплексная химизация	1416	113	23	90	180	40	140	11,2
Среднее	1182	139	26	113	372	190	182	23,9
НСР 05	163	44	6	Ff	93	83	67	4,7
Коэф. корреляции с урожайностью r крит. = 0,95	0,87	–0,69	–0,67	–0,69	–0,79	–0,78	–0,79	–0,79

Степень засоренности агрофитоценоза и видовой состав сорного компонента в посевах пшеницы яровой

Систематическое применение в севообороте удобрений (N24P36 на 1 га пашни) повышало биомассу культуры до 1246–1337 г/м2 (на 27,8– 42,2 %), однако засоренность посевов пшеницы оставалась, как и на экстенсивном варианте, на уровне сильной степени. Оптимизация условий питания растений и оздоровление фитосани-тарного состояния посевов при комплексной химизации способствуют нарастанию биомассы пшеницы яровой (1416–1882 г/м2) при снижении численности и массы сорняков в 3,6–3,9 раза (до 9,0–11,2 %). На экстенсивных фонах при минимальной обработке и внесении удобрений без средств защиты растений происходит увеличение как численности, так и биомассы сорного компонента в посевах культуры [11–13]. Нарастание в агрофитоценозе сорняков, особенно на минимальной обработке, происходит в основном за счет численности (до 109– 141 шт/м2) просовидных, удельное количество которых достигает 69–82 %, а при внесении удобрений – 83 %. Количество двудольных, с преобладанием сорняков устойчивых к 2,4-Д, была незначительной – 19 %. Изменение видового состава двудольных сорняков отмечается в смене видов: чувствительных к гербицидам на устойчивые к ним [14]. Повышенная засоренность посевов зерновых культур в лесостепных агроландшафтах Западной Сибири оказывает негативное влияние на продуктивность зерновых культур. Многолетними наблюдениями установлено, что сопряженность засоренности посевов с урожайностью пшеницы яровой повсеместно имеет отрицательную направленность [15, 16]. Согласно коэффициенту детерминации на второй пшенице после пара отрицательное влияние численности и биомассы двудольных сорняков на урожайность культуры составляет до 48–53 %, а мятликовых – достигает 64–90 %. Аналогичная закономерность, с меньшей сопряженностью, наблюдается также на повторных посевах яровой пшеницы (45–62 %) и на ячмене (r = –0,56–0,80), причем снижение продуктивности зерновых культур возрастает от отвальной к минимальной обработке с 26,3 до 35,8 %.

Наблюдениями установлено, что систематическая обработка посевов гербицидами (дика-тицид + граминицид) в зернопаровом севообороте приводит к существенному снижению засоренности агрофитоценоза и повышает урожайность пшеницы яровой, в зависимости от предшественника и системы обработки почвы, на 0,44–0,60 т/га, или 26–58 %. Выявлено, что относительная прибавка зерна на менее засоренной отвальной системе обработки почвы составляет 26–43 % с повышением на минимальном варианте до 37–58 % (табл. 5).

Таблица 5

Система обработки почвы	Предшественник
	Пшеница после пара				Вторая пшеница
	s s zr Ф 00 L0 S X	Cl zr kO Ф 1________	Прибавка		zr 05 Ф 00 LO s X	Cl zr kO Ф	Прибавка
			т/га	%			т/га	%
Отвальная	1,68	2,12	0,44	26,2	1,29	1,85	0,56	43,4
Комбинированная	1,56	2,16	0,60	38,5	1,23	1,78	0,55	44,7
Плоскорезная	1,42	1,93	0,51	35,9	0,92	1,42	0,50	54,3
Минимально-нулевая	1,34	1,84	0,50	37,3	0,86	1,36	0,50	58,1
Среднее	1,50	2,01	0,51	34,0	1,07	1,60	0,53	48,1

Влияние агротехнологий на урожайность зерна пшеницы яровой (среднее 2004–2019 гг.)

Заключение. Таким образом, в лесостепных агроландшафтах Омской области степень и видовой состав сорного компонента в посевах пшеницы яровой формируются со временем и зависят от предшественника, системы обработки почвы в севообороте и применения средств химизации. Более засоренные агрофитоценозы, как по численности (до 196–215 шт/м2), так и по биомассе сорных растений (до 646 г/м2), формируются на минимальной обработке почвы и повторных посевах яровой пшеницы в основном за счет усиления конкуренции растений за водные и питательные ресурсы. Комплексное применение средств интенсификации способствует нарастанию биомассы яровой пшеницы (1416– 1882 г/м2) при снижении численности и биомассы сорняков в 3,6–3,9 раза (9,2–11,2 %), в основном за счет подавления мятликовых. Сопряженность продуктивности пшеницы яровой с уровнем засоренности посевов имеет отрицательную направленность с количеством и биомассой двудольных сорняков – до 48–53 %, а с мятликовыми достигает 64–90 %. Повышение урожайности зерна пшеницы яровой при систематическом (более 15 лет) применении гербицидов (дикатициды + граминициды) в зернопаровом севообороте достигает 0,44–0,60 т/га (26,2–58,1 %). Применение гербицидов на посевах пшеницы яровой по непаровому предшественнику способствовало повышению белковости зерна на 0,62 % и клейковины – на 1,9 %, без заметных изменений массы 1000 зерен, на- туры и стекловидности.