Актуальность темы. Важнейшей задачей формирующегося многоукладного отечественного сельского хозяйства должно стать устойчивое повышение эффективности производства зерна. В Российской Федерации сосредоточено 6,7% мировых посевов зерновых культур, однако производство зерна составляет только 2,3% от мирового объема. Это связано с низкой урожайностью, которая в 1,7 раза меньше среднемировой.
В сложившихся экономических условиях выход из кризиса видится в развитии адаптивной интенсификации растениеводства, что требует решения принципиально новых задач в области фундаментальных и прикладных исследований.
Необходим пересмотр технологических основ возделывания зерновых культур. Актуальной задачей становится формирование технологий разного уровня интенсивности, адаптированных к конкретным почвенно-климатическим условиям (Жученко, 1983, 2000; Ладонин, 1999; Исаев, Платонов, 2001; Кирюшин, 2001; Парахин, Амелин, 2003).
Низкий потенциал плодородия дерново-подзолистых почв определяет необходимость развития зерновой отрасли с использованием эффективных систем обработки почвы, средств химизации, новых сортов. Наращивать производство зерна в регионе можно только при переходе к экономически обоснованным технологиям с учетом ресурсного обеспечения конкретного товаропроизводителя.
Предполагается, что биологизация и экологизация интенсификацион-ных процессов в растениеводстве на уровне технологий способны обеспечить высокую урожайность, экономию невозобновляемых ресурсов, экологическую устойчивость агрофитоценозов (Мальцев, Каюмов, 2002).
Однако экспериментальных подтверждений данной концепции явно недостаточно, требуется теоретическое обоснование и проведение комплекс-
ных исследований по изучению технологических приемов регулирования продуктивности зерновых культур в адаптивном растениеводстве.
Цель и задачи исследований. Основная цель исследований заключалась в теоретическом обосновании и разработке практических рекомендаций введения в технологический цикл возделывания приемов адаптивной интенсификации растениеводства как основы высокой и устойчивой урожайности зерновых культур.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
1. Дать научное обоснование приемам регулирования состояния посевов зерновых культур в севообороте с использованием анализа метеорологических характеристик.
2. Обосновать оптимальные параметры основных элементов адаптивных технологий: сорт, обработка почвы, удобрения, пестициды, регуляторы роста.
3. Изучить в процессе сортосмен влияние оптимизации минерального питания на реализацию потенциальной продуктивности и устойчивость урожаев яровой мягкой пшеницы.
4. Исследовать фитоценотические взаимосвязи в посевах зерновых культур при разных уровнях интенсификации технологических приемов.
5. Выявить механизм адаптации зерновых культур к абиотическому и биотическому стрессу и предложить приемы преодоления его негативных последствий.
6. Провести энергетическую и экономическую оценку изучаемых элементов технологий возделывания зерновых культур.
Научная новизна. На основании 24-летних исследований впервые для условий Центрального региона Нечерноземной зоны Российской Федерации теоретически обоснованы, разработаны и комплексно оценены основные элементы адаптивных технологий возделывания зерновых культур.
Разработана концепция подбора сортов зерновых культур для разноин-тенсивных технологий возделывания в условиях Центрального региона.
Доказано, что предлагаемые технологии обеспечивают полноценную работу фотосинтетического аппарата растений и посевов как фотосинтези-рующих систем, улучшают морфофизиологические составляющие продукционного процесса и на этой основе дают возможность получения высоких и стабильных урожаев зерновых культур хорошего качества.
Научно обоснованы дифференцированные уровни использования средств химизации обеспечивающие оптимальное фитосанитарное состояние посевов яровых и озимых зерновых культур.
Получены новые данные о специфике ростовых и физиологических реакций современных сортов яровой мягкой пшеницы на регуляторы роста в нормальных и стрессовых условиях возделывания и установлена целесообразность включения препаратов группы брассиностероидов в технологический процесс.
Статистически обоснованы количественные взаимосвязи динамики урожайности яровых и озимых зерновых культур с фитоценотическими показателями, составляющими продукционного процесса и агрометеорологическими условиями вегетационного периода за годы проведения опытов.
Предлагаемые технологии возделывания зерновых культур энергетически, экономически выгодны и экологически безопасны.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Использование предлагаемых элементов адаптивных технологий возделывания зерновых культур на разноокультуренных дерново-подзолистых почвах способствует повышению реализации потенциальной урожайности сортов, уменьшает зависимость урожая от неблагоприятных погодных условий.
2. Разработанный комплекс технологических мероприятий с разноин-тенсивной переменной по глубине обработкой почвы и дифферен-
8
цированным использованием средств химизации позволяет получать в Центральном регионе высокие и стабильные урожаи зерна хорошего качества.
3. Испытанная в условиях многолетнего полевого опыта система защиты растений обеспечивает оптимизацию фитосанитарного состояния посевов, является основой стабильности и высокой урожайности зер- новых культур.
4. В системе совершенствования адаптивных технологий возделывания зерновых культур перспективно использование эпина - синтетического регулятора роста и развития растений из группы брассиносте-роидов.
Практическая значимость и реализация результатов исследования. Сельскохозяйственным предприятиям предложены для освоения дифференцированные технологии возделывания зерновых культур при разной обеспеченности материально-денежными средствами и агрохимическими ресурсами на уровне урожайности 1,8-4,5 т/га.
Внедрение научных разработок позволяет рационально распределять ресурсы, подбирая лучшие способы обработки почвы, средства защиты рас- тений и сорта для увеличения и стабилизации производства зерна на дерново-подзолистых почвах Центрального региона Российской Федерации.
Рекомендации по включению элементов адаптивных технологий в севообороты с зерновыми культурами реализованы в ряде сельскохозяйственных предприятий разных форм собственности на площади 4350 га.
Опубликованные по материалам диссертации монографии, учебные и методические пособия используются в учебном процессе профессиональной подготовки студентов, переподготовке и повышении квалификации специалистов агропромышленного комплекса Смоленской области.
Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены на Всесоюзном научно- производственном семинаре (Москва, 1985),
Всесоюзном совещании преподавателей основ сельского хозяйства (Вильнюс, 1986), Координационном семинаре - совещании преподавателей физиологии растений (Смоленск, 1993), Научно-практических международных и региональных конференциях (Смоленск, 1988, 1995, 1996, 1997, 1999, 2001, 2002, 2004), Международных научно-практических конференциях (Симферополь, 1998; Москва, 2001, 2002; Сыктывкар, 2001; Минск, 2003; Брянск, 2004), Российских научно-практических конференциях (Рязань, 2002; Ярославль, 2003), Международных чтениях памяти В.В. Станчинского (Смоленск, 2000, 2004).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 49 работах.
Личный вклад автора. Выполненная работа является итогом личных исследований автора, а также выполненных под ее руководством по разработанным ею программам.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 409 страницах компьютерной верстки формата А4, состоит из восьми глав, выводов, предложений производству и приложений. Работа содержит 104 таблицы и 10 рисунков, 26 приложений. Список литературы включает 552 источника, в том числе 31 на иностранных языках.
Автор выражает искреннюю признательность профессору А.В. Амелину, профессору В.Е. Долгодворову, профессору Т.И. Пузиной, профессору Б.С. Лихачеву, доценту Е.М. Елагиной за консультации и благодарит аспирантов, студентов и лаборантов, принимавших участие в данной работе.
10
1. Приемы регулирования условий возделывания и технологические аспекты реализации продуктивности зерновых культур в адаптивном растениеводстве
(обзор литературы)
1.1. Агроэиологичесиая роль систем обработки почвы и севооборота в оптимизации условий роста и развития
зерновых культур
Создание оптимальных условий для формирования высокого и устойчивого урожая зерновых культур в значительной степени определяется применяемой системой обработки почвы. Состояние растений в агрофитоценозе во многом зависит от того, какое механическое воздействие оказано на почву рабочими органами почвообрабатывающих орудий. Роль обработки почвы как фактора регуляции условий роста и развития зерновых культур следует оценивать в связи с другими факторами интенсификации земледелия (Доспехов, Пупонин, 1978; Макаров, 1987; Кирюшин, 1995; Рассадин, 1996; Суюн-дуков и др., 2001; Макаров и др., 2002).
Основная обработка почвы - очень мощное средство воздействия на ее свойства и, как следствие, на состояние агрофитоценозов. Обработкой можно вызвать проявление противоположных процессов, соотношение которых зависит от способа и периодичности обработки: оструктуривание -деагрегация, минерализация - гумификация, уплотнение-разуплотнение, гомогенизация -гетерогенизация строения почвенного профиля, новообразование или разрушение почвы (Медведев, 1988, 1991; Хохлов, Маймусов, 1990).
Функции обработки и доля ее в формировании урожайности зерновых культур в очень значительной степени зависят от уровня интенсификации земледелия. Исследования, выполненные в нашей стране и за рубежом свидетельствуют о том, что при высоких дозах удобрений, активном использовании пестицидов и мелиорантов, применении ретардантов и других регуляторов роста долевое участие обработки в формировании урожая не превышает 8-12% (Рассадин, 1996). Такое положение характерно для почв с высоким
11
потенциальным плодородием и благоприятными для растений агрофизическими свойствами. Долевое участие обработки почвы составило на связном черноземе ВНР для озимой пшеницы 13-14%, а на каштановых почвах УССР в орошаемых условиях 7,5-17,4% (Пупонин, 1984). В избыточно и нормально влажные годы роль глубины основной обработки в создании урожая зерновых культур уменьшается и составляет 0,3-5,9%, а в засушливые возрастает до 9,4-30,0% (Пупонин, 1987).
При низком уровне интенсификации земледелия, когда уровень применения удобрений и средств защиты растений снижается, роль обработки возрастает и заключается в поддержании необходимого для зерновых культур фитосанитарного состояния агрофитоценозов, мобилизации и повышении доступности питательных веществ, поддержания благоприятного уровня агрофизических свойств (Семенов и др., 1980; Пупонин и др., 1992; Рассадин, 1996; Гриценко, 1993; Мальцев, Каюмов, 2002).
Цель обработки почвы под зерновые состоит в создании благоприятных условий для прорастания семян и развития растений путем обеспечения оптимального водно-воздушного, теплового и питательного режима почвы. Обработка должна обеспечить:
- оптимизацию плотности и структурного состояния;
- равномерное распределение в пахотном слое органических остатков предшествующих культур, удобрений и мелиорантов;
- устранение уплотнений в пахотном слое, плужной подошве и подпочве для беспрепятственного проникновения корней в пахотный и подпахотный слои;
- регулирование численности сорных растений, вредителей и возбудителей болезней;
- сохранение почвенной влаги;
- предотвращение эрозии и дефляции;
12
- выравнивание поверхности поля для качественного посева зерновых;
- энергосбережение и экономичность.
Проектирование конкретных технологий возделывания зерновых культур в условиях современной экономической и экологической ситуации в стране требует разработки технологических моделей основной обработки почвы в зависимости от конкретных почвенно-климатических условий и биологических особенностей зерновых культур (Кочетов и др., 1990; Шпаар, 1992, Парахин, Лобков и др., 2000; Макаров и др., 2002,2003; Кувшинов, 2003). Перед технологами стоит задача разработки эффективных ресурсосберегающих систем обработки почвы применительно к разным уровням интенсификации земледелия, обеспечивающих достаточную и экономически оправданную продуктивность растений (Пупонин, Матюк, 1986; Полев, 1995; Гордеев и др., 2000; Степанова, 2001).
Приемы основной обработки почвы, которыми располагает современное земледелие, весьма разнообразны, а выполняемые ими функции иногда невозможно компенсировать с помощью других, даже экономически более выгодных приемов (Макаров, Картамышев, 1998; Матюк и др., 2003; Сдобников, 2003). В то же время в зависимости от комплекса сопровождающих условий интенсивность основной обработки может быть сокращена и сведена к агрономически, экологически и экономически обоснованному минимуму (Моргун, Шикула, 1984, Kahnt, 1986; Ellmer, 1999).
Изменение агрофизических свойств почвы в положительном для зерновых культур направлении традиционно связывается с отвальной обработкой, теоретические основы которой в нашей стране заложили П.А. Косты-чев, А.Г. Дояренко, В.Р. Вильяме. Обоснованию необходимости культурной вспашки под зерновые культуры в Нечерноземной зоне посвящены работы В.В. Гриценко (1971); В.П. Нарциссова (1976); С.С. Сдобникова (1983, 2003).
13
По современным представлениям, оптимизация агрофизических свойств почвы как блока системы окультуривания малоплодородных почв Центрального региона зависит от способов основной обработки и может быть достигнута разными путями. Теоретическую основу минимализации обработки почвы под зерновые культуры на дерново-подзолистых почвах разной степени окультуренности заложили работы Б.А. Доспехова (1976), С.А. Наумова (1979); А.И. Пупонина (1984) на основе исследований А.И. Бараева (1988), проведенных в степных районах.
Система обработки почвы под зерновые культуры в севообороте должна строиться с учетом биологических особенностей зерновых культур, уровня засоренности полей, потенциальной опасности развития болезней и появления вредителей, типа и разновидности почвы, степени ее окультуренности, климатических и погодных условий. Комплекс перечисленных факторов определяет уровень эффективности систем земледелия и технологий выращивания зерновых культур. Экологические и экономические причины вызывают необходимость снижения интенсивности обработки почвы и уменьшения числа рабочих операций при использовании почвообрабатывающей техники (Рассадин, 1996, Кочетов, 1999; Парахин, 2003). В зависи- мости от конкретных условий на первый план выходит решение той или иной задачи основной обработки.
Благоприятные условия для роста и развития зерновых культур складываются при оптимальных параметрах агрофизических свойств почвы, важнейшими из которых являются плотность и структурный состав. Необходимость и интенсивность рыхления пахотного слоя связаны с расхождениями между показателями равновесной и оптимальной для растений плотности почвы (Доспехов, 1976; Бондарев, Медведев, 1980; Пупонин, 1987; Медведев, 1991; Будилов, 1996; Смирнов, 2003). Изучение реакции зерновых культур на физическое состояние почвы разных типов и разновидностей в полевых
14
опытах позволило выявить интервалы оптимальных значений плотности почвы (Кулаковская, 1978, 1980; Пупонин, 1984).
Плотность почвы зависит от гранулометрического состава, гумусиро-ванности, количества водопрочных агрегатов, влажности почвы и кардинальным образом регулируется с помощью вспашки. Равновесную плотность суглинистой почвы 1,35-1,50 г/см3 путем вспашки можно довести до 0,8-0,9 г/смз, после чего почва приобретает рыхлое состояние, особенно необходимое на ранних этапах развития зерновых культур (Ламан и др., 1987; Казаков, 1991; Дергунов, 1994; Чулкина и др., 2003).
В научной литературе преобладает мнение о слабой реакции зерновых культур на способ основной обработки почвы. Многочисленные исследования показывают, что эта группа культур формирует примерно одинаковую продуктивность по фону отвальной и безотвальной вспашки, особенно при размещении по пропашным предшественникам (Пупонин и др., 1982; Казаков, 1991; Мальцев, Каюмов, 2002).
Другие авторы отмечают, что равновесная плотность почв в Центральном регионе устанавливается примерно с середины вегетации зерновых культур, вследствие чего в течение второй половины лета развитие этих культур протекает в неблагоприятных условиях (Кулаковская, 1980; Шепту-хов и др., 1993). По одним сведениям, это не снижает урожай (Парахин, Лобков, 2002), по другим - урожай существенно снижается, либо наблюдается тенденция к снижению (Бугачук, 2001; Старикова, 2003). Недостаточная длительность исследований не позволяет делать категорические выводы о безусловном равенстве традиционной и минимальной обработок в формировании урожая зерновых культур. Видовая и сортовая специфика реакции на обработку отмечается при выращивании яровых и озимых зерновых культур на дерново-подзолистых и серых лесных почвах (Голуб, 1998; Мальцев, Каюмов, 2002). Поэтому следует выяснить этот вопрос в длительных полевых и модельных опытах. Мало также сведений о влиянии на урожай таких
15
способов обработки, как чизельная, отвальная разноглубинная со щелевани-ем.
Число и глубина механических обработок влияют также на структурное состояние пахотного горизонта, связанного со способностью к уплотнению и заплыванию. Если доля водопрочных агрегатов высокой агрономической ценности (0,25-10 мм) превышает 40%, то возможна минимализация, а на почвах тяжелых, заболоченных, оглеенных для выращивания зерновых культур следует использовать традиционную обработку и одновременно создавать предпосылки для использования ресурсосберегающих технологий (Шептухов и др., 1993; Вьюгин, 1997).
Роль основной обработки почвы в регулировании водного режима заключается в переводе осадков в корнеобитаемый слой, уменьшении испарения с поверхности почвы, с целью создания и поддержания достаточных запасов продуктивной влаги, сокращении поверхностного стока на склоновых землях. Накопление влаги актуально не только для районов с недостаточным увлажнением, но и для Центрального региона Российской Федерации, поскольку майские засухи здесь повторяются регулярно (Шашко, 1985), и тенденция усиливается в настоящее время (Неттевич 2001; Войтович и др., , 2003). Изучение влияния обработок на водный режим - важное направление в поисках путей стабилизации урожайности зерновых культур.
Механические обработки являются сильными регуляторами режима органического вещества и биогенных элементов в почве. Следствием разных обработок становится неодинаковая степень минерализации гумусовых веществ, биологической активности почвы, дифференциации пахотного слоя (Кулаковская, 1980; Лыков, 1982, 1985; Савич и др., 2001). Для отдельных видов зерновых культур определены нижние границы и оптимальные параметры содержания гумуса, при которых возможно надежное выращивание данных культур (Семенов и др., 1980; Вальков, 1986; Минеев, 1990). В то же время существуют противоположные позиции исследователей относительно
16
непосредственного влияния гумусированности на урожай. Участники международной конференции «Устойчивое управление органическим веществом почв», проходившей в Англии в 2000 г., пришли к выводу о том, что попытки установить критические уровни содержания общего органического вещества в почвах с целью оценки их устойчивости не увенчались успехом.
Предполагается, что более успешным будет использование для таких оценок соотношения биологически разрушенного и гумифицированного органического вещества, которое предложено оценивать как индекс устойчивого землепользования (Бучкина, Соан, 2001).
Обработка почвы наряду с севооборотом выполняет основную функцию по регулированию фитосанитарного состояния агроценозов (Воробьев и др., 1991; Баздырев, 1995; Лопоносова, 2001; Чебыкина, 2002; Смирнов, 2003). Формирование благоприятного пищевого и водного режима для роста и развития растений обусловливают их физиологическую устойчивость не только к абиотическим стрессам, например к засухе, но и к биотическому стрессу, то есть к сорному компоненту, комплексу вредителей и болезней. К положительным последствиям минимализации, косвенно улучшающим фи-тосанитарное состояние почвы и посевов, можно отнести снижение потерь гумуса почвы при существенном улучшении водного режима, что повышает ее биогенность и супрессивность, а следовательно, улучшает фитосанитарное состояние корнеобитаемого слоя. Насыщенный органическими остатками и влагой верхний слой почвы создает условия для активной жизнедеятельности облигатных и факультативных сапрофитов. Чрезмерное уплотнение ухудшает фитосанитарную обстановку.
Существуют диаметрально противоположные мнения относительно влияния системы основной обработки на развитие болезней. С.С. Санин (2003) отмечает, что распространение в последние годы упрощенных техно- логий обработки почвы привело к усилению развития корневых гнилей, сеп-ториоза, гельминтоспориозных пятнистостей зерновых культур. В равной
17
мере это относится по мнению автора, и к энергосберегающими технологиям, связанным с уменьшением глубины вспашки и внедрением поверхностных обработок. В то же время вспашка с оборотом пласта в 10-15 раз снижает запасы почвенной инфекции корневых гнилей и 8-10 раз септориозных инфекций по сравнению с нулевой обработкой. В.А. Чулкина с соавторами (1985, 1991, 2003) утверждают, что способы обработки почвы оказывают неоднозначное влияние на развитие болезней различной эпифитотиологии, приводят многочисленные примеры снижения распространения и развития болезней по фонам минимализации обработок. В литературе мало сведений о воздействии на фитопатогены и вредителей при сочетании обработок и удобрений, обработок и сортов.
Система основной обработки почвы имеет исключительно важное значение для борьбы с сорной растительностью. Наиболее кардинально решает проблему засоренности отвальная обработка, проведенная в оптимальные сроки на глубину не менее 20-22 см (Фисюнов, 1984; Захаренко, 1985, 1995; Баздырев, Сафонов, 1990; Лабунский, 2003). Переход к безотвальной системе обработки усиливает засоренность зерновых культур, что немедленно отражается на урожайности, так как при возрастании числа сорняков, например, с 5 до 500 урожайность пшеницы снижается на 63% (Чулкина и др., 2000).
Приемы почвозащитной основной обработки, вызывая дифференциацию почвенного профиля по плодородию, одновременно приводят к сосредоточению повышенной численности вредных организмов в верхнем слое почвенного профиля мощностью 0-10 см и общему увеличению засоренности зерновых культур (Баздырев, 1995, 2003; Захаренко, 2000). Объективная оценка разных систем обработки почвы по отношению к сорному компоненту агрофитоценозов может быть дана только после длительного и тщательного изучения в многолетних опытах, так как положительные и отрицательные последствия засоренности как фактора формирования продуктивности проявляются постепенно. |
