Продуктивность озимой пшеницы в зависимости от метеоусловий и обработки почвы при многолетних исследованиях

Полный текст

Изменение метеорологических условий в период роста и развития сельскохозяйственных культур является важной проблемой, оказывающей большое влияние на формирование продуктивности [1, 2]. Большая часть сельскохозяйственной территории России характеризуется гидротермической недостаточностью, что требует особого внимания к агротехнологии возделывания зерновых культур, опирающейся на почвенно-климатические условия географического положения [3-5].

Климат Самарской области умеренно-континентальный, характеризующий погодные условия в период вегетации сельскохозяйственных культур резкими колебаниями температуры и неравномерным выпадением осадков [1, 2, 6, 7]. Озимая пшеница в Самарской области имеет большое значение в увеличении производства зерна, дает урожаи выше яровой пшеницы. По сравнению с яровыми зерновыми озимая пшеница формирует мощную корневую систему, что делает ее более устойчивой к недостатку влаги и менее страдающей от весенней засухи [8-11].

Цель исследований – повышение продуктивности озимой пшеницы при различных способах основной обработки почвы.

Задачи исследований – анализ многолетних исследований изменения зеленой массы растений озимой пшеницы в разные фазы периода вегетации, выживаемости растений к уборке и урожайности в зависимости от метеорологических условий и способов основной обработки почвы.

Материал и методы исследований.

Материал для анализа – данные метеорологической станции «Усть-Кинельская» по изменению погодных условий в Самарской области в период вегетации озимой пшеницы с 2014 по 2022 гг. [12].

Для сравнительных исследований были рассчитаны гидротермические коэффициенты для периода активно протекающих физиолого-продукционных процессов озимой пшеницы – май-август.

Период активной вегетации в 2014 г. характеризовался как очень засушливый (ГТК=0,34) с накоплением суммы активных температур 2869 градусов (выше нормы на 107 градусов) и количеством выпавших осадков – 97 мм (в два раза меньше среднемноголетнего значения). Сумма активных температур и количество выпавших осадков в 2015, 2018-2021 гг. не превышали 2934 градусов и 147 мм. Гидротермический коэффициент был на уровне 0,5 и характеризовал условия как засушливые. В 2016 году наблюдалось повышение температурного режима и количества осадков, что на 529 градусов и 230 мм выше среднемноголетних значений. Условия такого периода характеризовались как засушливые (ГТК=0,86). В 2017 году в период вегетации сложились слабо засушливые условия (ГТК=1,06) с накопленной суммой активных температур на 100 градусов выше среднего значения и количеством осадков на 23% выше среднемноголетнего значения (230 мм). В 2022 году в весенний период осадков выпало почти в 2,2 раза больше среднемноголетнего значения. Температурный режим в летние месяцы был на уровне многолетней нормы с превышением количества осадков в июне на 14,9 мм, в июле – 12,1 мм (норма 47 мм). В августе осадки выпадали только в первой половине месяца. ГТК=0,88 характеризовал условия как засушливые.

Исследования в зоне засушливого земледелия были проведены на опытном поле Самарского государственного аграрного университета, представленного типичным черноземом среднемощным среднесуглинистым со средним содержанием в пахотном слое гумуса, средой pH солевой вытяжки (6,5-6,7), близкой к нейтральной, высокой обеспеченностью подвижным фосфором (148-168 мг/кг), гидролизуемым азотом (89-129 мг/кг) и обменным калием (161-204 мг/кг) (по Чирикову) [13].

Озимая пшеница сорта Светоч возделывалась в пятипольном зернопаровом севообороте с чередованием культур: чистый пар – озимая пшеница – зернобобовые культуры (горох и соя) – яровая мягкая пшеница – ячмень. Сорт Светоч среднеспелый, рекомендован для возделывания в Самарской области, со средней урожайностью в регионе 2,31 т/га, обладающий повышенной зимостойкостью, устойчивостью к полеганию и засухоустойчивостью на уровне стандарта [14].

В качестве основной обработки почвы изучались: 1) вспашка на 20-22 см; 2) безотвальное рыхление на 10-12 см; 3) без осенней механической обработки почвы. Повторность опытов трехкратная. Площадь делянок 750 м². За период вегетации озимой пшеницы проводили фенологические наблюдения и учеты согласно методике Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Урожай зерна приводили к 14%-й влажности и 100%-й чистоте. Статистическая обработка данных проводилась по Б. А. Доспехову (1985) [14] с использованием пакета компьютерных программ Excel и «Пакета программ по статистике». Сравнение корреляций проведено по следующей градации: при r < 0,3 связь является слабой, при r = 0,3-0,7 – средней, при r > 0,7 – сильной.

Результаты исследований.

Наблюдение за приростом биомассы растений озимой пшеницы в разные фазы развития показало, что интенсивность этого процесса во многом зависит от сложившихся погодных условий в период вегетации и способов основной обработки почвы.

В таблице 1 представлена масса растений (г/м²) озимой пшеницы в фазы выхода в трубку, колошения и молочной спелости за годы исследований (2014-2022 гг.) в зависимости от способов основной обработки почвы.

 

Таблица 1. Масса растений (г/м²) озимой пшеницы в разные фазы ее развития

Способ основной обработки почвы	Масса растений, г/м2	Год исследований									Среднее
		2014	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021	2022
Вспашка на 20-22 см	Выход в трубку	773	863	911	952	865	869	867	863	940	878
	колошение	1050	1089	1102	1234	1078	1082	1081	1076	1125	1102
	Молочная спелость	1643	1713	1873	2053	1720	1721	1725	1730	1947	1792
Рыхление на 10-12 см	Выход в трубку	764	861	908	943	856	858	864	862	939	873
	колошение	1034	1078	1089	1220	1078	1082	1076	1073	1116	1094
	молочная спелость	1601	1701	1848	1977	1713	1720	1741	1716	1971	1776
Без механической обработки	выход в трубку	763	858	891	933	859	863	853	849	938	867
	колошение	1030	1074	1081	1202	1071	1077	1072	1084	1100	1088
	молочная спелость	1583	1687	1822	1960	1687	1677	1681	1686	1935	1746
В среднем масса растений, выход в трубку		767	861	903	943	860	863	861	858	939	-
В среднем масса растений, колошение		1038	1080	1091	1219	1076	1080	1076	1078	1114	-
В среднем масса растений, молочная спелость		1609	1700	1848	1997	1707	1706	1716	1710	1951	-
ГТК		0,34	0,5	0,86	1,06	0,5	0,52	0,52	0,51	0,88	-

 

Изменение надземной массы растений озимой пшеницы происходило в течение всего периода вегетации. Так, в фазу выхода в трубку процесс накопления биомассы растений совершался благодаря приросту листьев и стебля и изменялся по годам от 763 до 952 г/м². Более половины массы растений накапливалось к фазе колошения (от 1030 до 1234 г/м²) и к фазе молочной спелости достигало 1583-1977 г/м². Наибольшее накопление биомассы растений по вегетации отмечалось в 2017 и 2022 гг., что в среднем было выше, по сравнению с другими годами исследований, в фазу выхода в трубку – на 42-167 г/м², колошения – на 141-181 г/м², молочной спелости – на 287-388 г/м².

В зависимости от способов основной обработки почвы в среднем за годы исследований масса растений по вспашке и рыхлению была несколько выше по сравнению с вариантом без осенней механической обработки почвы. Так, в фазе выхода в трубку масса растений увеличивалась на 6-11 г/м², в фазе колошения на 7-14 г/м², в фазе молочной спелости на 30-46 г/м².

Одним из важных показателей, влияющих на продуктивность озимой пшеницы, является выживаемость растений к концу их роста и развития (табл. 2).

 

Таблица 2. Выживаемость (%) и урожайность (т/га) озимой пшеницы

Способ основной обработки почвы	Показатель	Год исследований									Среднее
		2014	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021	2022
Вспашка на 20-22 см	выживаемость, %	69,3	72,2	72,9	74,6	72,1	72,3	72,3	72,1	74,1	72,5
	урожайность, т/га	3,12	2,74	2,74	4,47	2,70	2,19	2,74	2,73	5,70	3,24
Рыхление на 10-12 см	выживаемость, %	67,8	71,8	72,6	73,4	71,7	71,8	71,6	71,7	73,1	71,7
	урожайность, т/га	3,09	2,76	2,58	4,36	2,63	2,07	2,62	2,83	5,75	3,19
Без осенней механической обработки	выживаемость, %	64,2	71,3	71,6	72,1	71,2	71,2	71,1	71,0	72,2	70,7
	урожайность, т/га	3,03	2,82	2,74	4,32	2,63	2,06	2,62	2,85	5,60	3,19
В среднем выживаемость, т/га		67,1	71,8	72,4	73,4	71,7	71,8	71,7	71,6	73,1	-
В среднем урожайность, т/га НСР05 общ		3,08 0,40	2,77 0,21	2,69 016	4,38 0,26	2,65 0,25	2,11 0,18	2,66 016	2,80 0,22	5,68 0,40	-
ГТК		0,34	0,5	0,86	1,06	0,5	0,52	0,52	0,51	0,88	-

 

Выживаемость растений к уборке в среднем была выше в 2015, 2016, 2018-2021 гг. (72%) и в 2017 и 2021 гг. (73%) и на 5-6%, соответственно, превышала результаты, полученные в 2014 г.

По способам основной обработки почвы выживаемость растений и урожайность по вспашке были в разы выше по сравнению с рыхлением и без осенней механической обработки почвы.

 

Рис. 1. Зависимость урожайности озимой пшеницы от гидротермического коэффициента

 

На рисунке 1 представлена зависимость урожайности озимой пшеницы от гидротермического коэффициента.

Период активной вегетации озимой пшеницы, характеризующийся как засушливый с ГТК=0,5, способствовал получению невысоких показателей урожайности озимой пшеницы, изменяющихся по годам от 2,06 до 2,85 т/га. В 2014 г. (ГТК=0,34) ранневесенняя засуха не оказала значительного влияния на урожайность пшеницы, так как сложившиеся условия для налива зерна были благоприятные. По сравнению с годами при значении ГТК=0,5 урожайность в 2014 году в среднем возрастала на 0,31 т/га. В 2016 году при ГТК=0,86 урожайность озимой пшеницы составляла в среднем 2,77 т/га, на что сказалась недостаточная влагообеспеченность растений осенью и неустойчивый температурный режим в начале зимнего периода, создающие напряженность для нормального осеннего развития и перехода в период покоя озимых культур. Однако дальнейшие условия зимнего периода благоприятствовали нормальной перезимовке. Наибольшая урожайность озимой пшеницы была получена в сложившихся слабо засушливых условиях 2017 г. (ГТК=1,06) и 2022 г. (ГТК=0,88), чему способствовало весенняя теплая погода и обильное выпадение осадков (в 2,2 раза больше среднемноголетнего значения), несколько пониженный температурный режим в начале июня (ниже нормы на 2,2°С) и количество осадков выше нормы.

Для определения взаимосвязи между исследуемыми показателями были рассчитаны коэффициенты корреляции и выведены уравнения регрессии (табл. 3).

 

Таблица 3. Коэффициенты корреляции и уравнения регрессии

Признак	Коэф-фициент корреляции	Уравнение регрессии	Признак	Коэф-фициент корреляции	Уравнение регрессии
1	2	3	4	5	6
ГТК – урожайность зерна	0,66	y = 0,141x+0,1815	ГТК – выживаемость растений, %	0,74	y = 0,097x-6,3309
ГТК – урожайность зерна по вспашке	0,66	y = 0,143x+0,1684	ГТК – выживаемость растений по вспашке	0,91	y = 0,140x-9,4967
ГТК – урожайность зерна по рыхлению	0,63	y = 0,132x+0,2108	ГТК – выживаемость растений по рыхлению	0,78	y = 0,115x-7,5903
ГТК – урожайность зерна по варианту без осенней механической обработки почвы	0,66	y = 0,146x+0,1685	ГТК – выживаемость растений по варианту без осенней механической обработки почвы	0,59	y = 0,058x-3,4291
Масса растений (выход в трубку) – урожайность	0,53	y = 2,674x+789,89	Масса растений (колошение) –урожайность	0,55	y = 2,503x+1015,9
Масса растений (выход в трубку) по вспашке – урожайность	0,53	y = 2,638x+795,73	Масса растений (колошение) по вспашке – урожайность	0,59	y = 2,809x+1013
Масса растений (выход в трубку) по рыхлению – урожайность	0,54	y = 2,741x+786,61	Масса растений (колошение) по рыхлению – урожайность	0,56	y = 2,741x+786,61
Масса растений (выход в трубку) по варианту без осенней механической обработки почвы	0,52	y = 2,626x+787,66	Масса растений (колошение) по варианту без осенней механической обработки почвы – урожайность	0,50	y = 2,084x+1022,7
Масса растений (молочная спелость) – урожайность	0,63	y = 9,509x+1452,4	Масса растений (молочная спелость) по вспашке – урожайность	0,70	y = 8,495x+1527,8
Масса растений (молочная спелость) по рыхлению – урожайность	0,70	y = 8,421x+1515	Масса растений (молочная спелость) по варианту без осенней механической обработки почвы – урожайность	0,70	y = 8,584x+1479,7

 

Полученные коэффициенты корреляции показали, что по всем показателям была линейная прямая зависимость. Наблюдалась тесная взаимосвязь между ГТК и урожайностью (r=0,66 при p ˂ 0,05) – для формирования высокой урожайности необходим высокий ГТК. Кроме того, довольно хорошая связь прослеживалась между ГТК и урожайностью, полученной по вспашке (r=0,66 при p ˂ 0,05), рыхлению (r=0,63 при p ˂ 0,05) и на варианте без осенней механической обработки почвы (r=0,66 при p ˂ 0,05). Между ГТК и выживаемостью растений к уборке существовала сильная корреляционная связь (r=0,74 при p ˂ 0,05), которая изменялась на вариантах со вспашкой и рыхлением (r=0,91, 0,78 при p ˂ 0,05), и средняя – на варианте без осенней механической обработки почвы (r=0,59 при p ˂ 0,05). Корреляционная связь между массой растений, полученной в фазы выхода в трубку, колошения, и урожайностью была средней, а в молочную спелость – сильной (r=0,70, p ˂ 0,05) – для формирования высокой урожайности необходимо увеличение массы растений в данные фазы развития пшеницы.

Заключение.

Результаты исследований многолетних опытов при сложившихся метеоусловиях и влияния их на продуктивность озимой пшеницы показали, что в годы с наличием достаточного количества почвенной влаги и сложившимся оптимальным температурным режимом в период активной вегетации растений (май-август) накапливалась большая биомасса, работающая в дальнейшем на повышение урожайности озимой пшеницы, что было отмечено хорошей корреляционной связью (r=0,53 – в фазе выхода в трубку, r=0,55 – в фазе колошения, r=0,70 – в фазе молочной спелости, пpи p ˂ 0,05). При этом урожайность составила в 2017 г. (ГТК=1,06) – 4,38 т/га, в 2022 г. (ГТК=0,88) – 5,68 т/га (в фазу молочной спелости r=0,70 p ˂ 0,05), выживаемость растений к уборке – 73% (r=0,74 при p ˂ 0,05). Корреляционный анализ показал тесную связь между ГТК и урожайностью (r= 0,66, p ˂ 0,05) – для формирования высокой урожайности необходим высокий ГТК. Как исключение, в 2016 г. при ГТК=0,86 урожайность составила в среднем 2,69 т/га, в 2014 г. при ГТК=0,34 – 3,08 т/га, к такому результату привели неблагоприятно сложившиеся условия для пшеницы в осенне-зимний период. В зависимости от способов основной обработки почвы биомасса растений, полученная в фазу молочной спелости по вспашке и рыхлению, превышала значения на 30-46 г/м² по сравнению с вариантом без осенней механической обработки почвы (в фазу молочной спелости по всем способам основной обработки почвы r=0,70, p ˂ 0,05). По вспашке выживаемость растений и урожайность были значительно выше по сравнению с вариантами с рыхлением и без осенней механической обработки почвы.

Об авторах

Наталья Павловна Бакаева

Самарский государственный аграрный университет

Email: bakaeva_np@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4784-2072

доктор биологических наук, профессор

Россия, Усть-Кинельский, Самарская область

Ольга Леонидовна Салтыкова

Самарский государственный аграрный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: saltykova_o_l@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9654-5950

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Россия, Усть-Кинельский, Самарская область

Список литературы

Дополнительные файлы