Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Специальность: 06.01.09 - растениеводство

06.01.04 - агрохимия

ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ОЗИМОЙ РЖИ НА ЮГО-ЗАПАДЕ РОССИИ

Малявко Галина Петровна

Брянск - 2009

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Стратегической задачей агропродовольственной политики государства является формирование эффективного конкурентноспособного агропромышленного производства, обеспечивающего продовольственную безопасность страны и сохранение природных ресурсов. Национальная продовольственная безопасность невозможна без стабильного высококонкурентного рынка зерна.

В Нечерноземной зоне России озимая рожь - самая распространенная продовольственная культура. Она обладает высокими адаптивными свойствами к условиям выращивания, однако её урожайность остается низкой и далеко отстает от потенциальных возможностей. В условиях нынешнего экономического кризиса наращивать производство высококачественного продовольственного зерна озимой ржи в регионе можно только при переходе к энергосберегающим технологиям с использованием эффективных систем обработки почвы, норм высева семян, систем удобрений и средств защиты растений.

В настоящее время при снижении объемов применения средств химизации в существующих системах земледелия весьма актуально определение оптимальных доз удобрений, особенно при комплексном применении с пестицидами, что одновременно решает вопросы экологии, энергосбережения, повышения урожайности и качества получаемой продукции. Это вызывает необходимость поиска принципиально новых научных решений стабилизации производства зерна с учетом ресурсного обеспечения отечественного товаропроизводителя и радиоактивного загрязнения почв юго-западной части Нечерноземной зоны России в результате аварии на Чернобыльской АЭС.

Предполагается, что биологизация интенсификационных процессов в растениеводстве на уровне технологий способна обеспечить стабильную урожайность, экономию невозобновляемых энергоресурсов, экологическую устойчивость агрофитоценозов.

Однако экспериментальных подтверждений данной концепции явно недостаточно, требуется проведение комплексных исследований и эколого-агрохимическое обоснование технологий возделывания озимой ржи в конкретных почвенно-климатических условиях с учетом техногенного загрязнения окружающей среды.

Цель и задачи исследований. Целью многолетних исследований являлась разработка технологий возделывания озимой ржи с разным уровнем применения средств химизации, обеспечивающих получение стабильных урожаев высококачественного продовольственного зерна на разных типах почв юго-западной части Нечерноземной зоны России.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

На основании публикаций российских и зарубежных авторов рассмотрено значение, современное состояние и перспективы возделывания озимой ржи в Нечерноземной зоне России. Дан научный анализ основных элементов технологии: способов основной обработки почвы, норм высева семян, удобрений, средств защиты растений их значение и направления совершенствования с целью получения стабильного урожая высококачественного зерна. Особое внимание уделено уровню использования средств химизации и их роли в повышении экологической устойчивости и продуктивности озимой ржи. Проанализирована роль удобрений в повышении радиоустойчивости почв и снижении накопления ¹³⁷Cs основной продукцией. Рассмотрены экологические аспекты применения средств химизации при возделывании озимой ржи.

УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в условиях Брянской области, расположенной на юго-западе Центрального региона России в полевых и лабораторных опытах с 1993 по 2008 годы. Климат умеренно-континентальный с теплым летом, умеренно холодной зимой и достаточно устойчивым увлажнением. Годовая сумма осадков составляет в среднем 530-655 мм, однако в отдельные годы в весеннее-летний период растения остро испытывают дефицит влаги, так как дожди выпадают неравномерно. Продолжительность вегетационного периода (в пределах среднесуточных температур + 5 °С и выше) составляет 176-193 дня, а сумма температур за это время - 2450-2750 °С. Метеорологические условия за годы исследований характеризовались значительным разнообразием, что позволило достаточно объективно оценить агроэкологическую степень влияния технологий на продуктивность озимой ржи.

Экспериментальная работа в 1996-2005 гг. осуществлялась в длительном стационарном опыте Брянской государственной сельскохозяйственной академии (номер государственной регистрации 046369). Стационарный полевой опыт заложен в 1983 году в соответствии с планом научно-исследовательских работ по проблеме «Разработка и совершенствование элементов системы земледелия в условиях центрального района Нечерноземной зоны РСФСР» (государственное задание 03.01.03, регистрационная карточка № 24.1). Он также включен в реестр Государственной сети опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами (аттестат длительного опыта № 030 от 17.12.2004 г.)

Опыт 1. «Формирование высокопродуктивных посевов озимой ржи в зависимости от технологий возделывания». Исследования проводили в 1996-2000 гг. в плодосменном севообороте со следующим чередованием культур: люпин на семена - озимая пшеница (пожнивно озимая рожь на сидерат) - кукуруза на силос - ячмень (пожнивно озимая рожь на сидерат) - гречиха - озимая рожь и тритикале (пожнивно озимая рожь на сидерат) - картофель - овес или просо.

Почва опытного участка серая лесная легкосуглинистая сформированная на карбонатном суглинке, содержание гумуса (по Тюрину) в пахотном слое 3, 8-4, 4 %. Реакция почвенного раствора слабокислая (рН_сол 5, 2-5, 4 %), гидролитическая кислотность 3, 1-3, 2. Сумма поглощенных оснований (по Каппену-Гильковицу) - 16, 3 мг/экв на 100 г почвы; степень насыщенности основаниями 85, 6 %; содержание подвижного фосфора 14, 3-28, 7 и обменного калия 11, 5-21, 2 мг/100 г почвы.

В опыте применялся системный подход к исследованиям. В качестве единственного различия выступал не отдельный агроприем, а завершенная технология. Технологии возделывания озимой ржи были развернуты на фонах с нормами высева семян: 6, 0, 4, 5 и 3, 0 млн. шт на 1 гектар, по каждой из которых изучались разные уровни использования органических удобрений и средств химизации.

1. Интенсивная технология базируется на использовании зеленого удобрения (ЗУ) в последействии, соломы гречихи (С) в прямом действии, минеральных туков в расчетных нормах под планируемый урожай зерна 5, 0 т/га в сочетании с микроэлементами (МЭ - Zn, Мо и Сu по 100 г/га) и пестицидами - фундозол (0, 5 кг/га) + метафос (0, 5 л/га) + базагран (3л/га) + тилт (0, 5 л/га) + кампозан или ТУР (4 л/га) (П).

2. Умеренная - основана на применении навоза (Н) в последействии, сниженных на 45% норм минеральных удобрений, микроэлементов и пестицидов.

3. Биологическая - предусматривает весь комплекс органических удобрений - навоз и сидерат в последействии, солома в прямом действии, ограниченное применение минеральных туков (N₄₅) в сочетании с микроэлементами и минимальным использованием пестицидов - кампозан или ТУР (4 л/га).

4. Альтернативная технология - контрольный вариант (навоз и сидерат в последействии, солома в прямом действии) без применения средств химизации.

При использовании сидерата озимой ржи на удобрение в почву поступало 10-12 т/га органической массы, соломы зерновых культур 5 т/га. Перепревший

навоз применялся под пропашные культуры (картофель и кукурузу) в нормах 50 и 40 т/га соответственно.

Опыт 2. «Урожайность озимой ржи в зависимости от уровня интенсификации технологий возделывания». Исследования выполнены в 2001 - 2005 гг. в севообороте: кормовые бобы - озимая рожь (пожнивно озимая рожь на сидерат)- гречиха - суданская трава - ячмень (пожнивно озимая рожь на сидерат). Перепревший навоз вносился под суданскую траву 40 т/га. Технологии возделывания озимой ржи предусматривали разные способы основной обработки почвы: вспашка (ПЛН-4-35) на глубину 23-25 см, безотвальное рыхление культиватором плоскорезом (КПГ-2, 2) на 23-25 см и поверхностная обработка (БДТ-3) на 10-12 см с существующими (опыт 1) системами удобрений.

Интенсивная и умеренная технологии включали применение пестицидов - ленок (6 г/га), тилт - премиум (0, 33 кг/га), суми - альфа (0, 2 л/га). В биологической и альтернативной технологиях применение химических средств защиты растений исключено.

Минеральные удобрения в форме нитрофоски (16:16:16) вносили локально на глубину 6-8 см сеялкой СЗ-3, 6 после предпосевной обработки. Подкормку аммиачной селитрой (N₄₅) осуществляли во время возобновления весенней вегетации, некорневую подкормку 20% раствором мочевины и микроэлементами - в фазу выхода в трубку.

Повторность вариантов в опыте трехкратная, общая площадь делянок 237, 6 м² (22, 0 х 10, 8 м), учетная - 200 м², расположение систематическое.

Объект исследований сорт - Пурга. Включен в Госреестр по Центральному (3) региону с 1993 года, оригинатор НИИСХ Центральных районов Нечерноземной зоны.

Опыт 3. «Агроэкологическая оценка комплексного применения средств химизации при возделывании озимой ржи в условиях радиоактивного загрязнения дерново-подзолистых песчаных почв юго-запада России». Исследования выполнены в 1993-2008 гг. на Новозыбковской государственной сельскохозяйственной опытной станции ВНИИА имени Д.Н. Прянишникова.

Полевой опыт закладывали согласно «Программы и методики исследований в географической сети полевых опытов по комплексному применению средств химизации в земледелии, 1990».

Опыт развернут на четырех полях плодосменного севооборота со следующим чередованием культур: картофель - овес - люпин на зелёный корм - озимая рожь.

Почва опытного участка дерново-подзолистая рыхлопесчаная, сформированная на древнеаллювиальной супеси, подстилаемой связным песком. Мощность гумусового горизонта составляет 20-22 см. Исходные показатели агрохимической характеристики почвы пахотного слоя следующие: содержание органического вещества - 2, 14-2, 51 % рН_KCl - 6, 74-6, 95, гидролитическая кислотность (по Каппену-Гильковицу) - 0, 58-0, 73 мг-экв./100 г почвы, сумма поглощенных оснований (по Каппену-Гильковицу) - 7, 18-16, 88 мг-экв. на 100 г, содержание подвижных Р₂О₅ и К₂О (по Кирсанову) - соответственно 38, 5-51, 0 и 6, 9-11, 7 мг на 100 г почвы.

Удельная активность почвы опытного участка 2300-3000 Бк/кг, плотность загрязнения почвы цезием-137 в результате Чернобыльской катастрофы колебалась в пределах 526-666 кБк/м².

Схема опыта включает следующие варианты:

1. Контроль - без внесения удобрений; 2. Последействие 80 т/га навоза; 3. Последействие 40 т/га навоза + N₇₀P₃₀K₆₀; 4. N₇₀P₃₀K₆₀; 5. N₁₄₀P₆₀K₁₂₀;

6. N₂₁₀P₉₀K₁₈₀; 7. Последействие навоза 40 т/га + N₇₀P₃₀K₆₀ + пестициды;

8. N₇₀P₃₀K₆₀ + пестициды; 9. N₁₄₀P₆₀K₁₂₀ + пестициды; 10. N₂₁₀P₉₀K₁₈₀ + пестициды.

В качестве органического удобрения использовали подстилочный навоз крупного рогатого скота с содержанием ¹³⁷Cs в среднем 890 Бк/кг. Из минеральных удобрений применялись: аммиачная селитра (34, 5 %), суперфосфат простой (20 %), хлористый калий (56 %). Всю расчетную дозу фосфорных удобрений вносили в предпосевную культивацию почвы. Азотные и калийные удобрения применяли дробно: N₇₀K₆₀ = N₃₀K₃₀ до посева с осени + N₄₀K₃₀ - весеннее отрастание; N₁₄₀K₁₂₀ = N₃₀K₃₀ до посева с осени + N₇₀K₉₀ - весеннее отрастание + N₄₀ - выход в трубку; N₂₁₀K₁₈₀ = N₃₀K₃₀ до посева с осени + N₉₀K₁₅₀ - весеннее отрастание + N₉₀ - выход в трубку.

Согласно схемы опыта применялись пестициды: фундазол - 0, 6 кг/га; кампозан - 4, 0 л/га; байлетон- 0, 6 кг/га и децис - 0, 3 кг/га.

Повторность вариантов опыта четырехкратная, расположение делянок систематическое, посевная площадь 90 м², учетная 70 м².

Объект исследований - сорт озимой ржи Пуховчанка. Включен в Госреестр по Центральному (3) региону с 1985 г. Оригинатор Белорусский НИИ земледелия и кормов.

Агротехника возделывания озимой ржи в опытах, кроме изучаемых элементов технологий соответствовала общепринятой для Центрального региона Нечерноземной зоны России. Уборку урожая проводили поделяночно зерноуборочным комбайном «Сампо-500» методом прямого комбайнирования.

Агрохимические анализы почвы выполнены в Брянском центре «Агрохимрадиология» по методикам принятым в агрохимической службе. Величина рН_КСl - ионометрическим методом (ГОСТ 24483-84), гидролитическая кислотность - по Каппену (ГОСТ 26212 - 84), содержание Р₂О₅ и К₂О - по Кирсанову в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26207-84), содержание гумуса - по Тюрину (ГОСТ 26212-83), сумма поглощенных оснований - по Каппену - Гильковицу (ГОСТ 27034-85), степень насыщенности основаниями - расчетным методом.

Полевые и лабораторно-аналитические исследования выполняли в соответствии с общепринятыми методиками (Доспехов, 1968; 1979; 1985; Ничипорович, 1961; Методика НИИСХ Центральных районов Нечерноземной зоны, 1982; Программа и методика исследований в Географической сети полевых опытов по комплексному применению средств химизации в земледелии, 1990; Практикум по агрохимии, 2001).

Густота стояния растений в посевах определялась в период полных всходов, после перезимовки и перед уборкой урожая с расчетом показателей полевой всхожести, полноты всходов, выживаемости и сохранности растений (по методике ГСУ).

Фотосинтетическая деятельность посевов и накопление растениями сухого вещества определялись в течение вегетации озимой ржи по следующим фазам шкалы Фикеса: 2 - начало кущения, 5 - начало выхода в трубку, 8 - появление последнего листа, 10.2 - начало колошения, 10.5.1. - начало цветения, 11.1. - молочная спелость зерна. На основании полученных результатов рассчитывался фотосинтетический потенциал посевов, чистая продуктивность фотосинтеза и выход зерна на 1000 единиц фотосинтетического потенциала.

Учет засоренности проводился перед обработкой посевов озимой ржи гербицидом, через месяц и перед уборкой урожая (Фисюнов, 1984).

Технологические качества зерна: масса 1000 зерен согласно ГОСТ 10842-89, натура зерна - по ГОСТ 10840-64, посевные качества - по ГОСТ 12038-66. Число падения определялось по методу Хагберга-Пертена (ГОСТ 27676-88).

Биохимический состав зерна определялся с применением следующих методов: общий азот -- фотометрический индофенольный (ГОСТ - 13496.4-84), протеин - пересчетом по коэффициенту 5, 83, крахмал - с антроновым реактивом (ГОСТ - 26176-91), жир - по обезжиренному остатку (ГОСТ - 13496.15-85), сахар - с антроновым реактивом (ГОСТ - 26176-91), нитраты - ионометрически, зола - сжиганием и прокаливанием (ГОСТ -26226-84), Р₂О₅ - ванадомолибдатным методом (ГОСТ - 26657-85), К₂О -фотометрически, СаО - комплексонометрическим методом (ГОСТ - 26570-95), MgO - трилонометрически. Макро- и микроэлементарный химический анализ зерна выполнен во Всероссийском научно-исследовательском институте минерального сырья имени Н.М. Федоровского (ВИМС) масс-спектральным с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) и атомно-эмиссионным с индуктивно связанной плазмой (ICP-AES) методами на спектрометре Elan-6100.

Содержание радионуклида ¹³⁷Сs в растительных образцах - на гаммаспектрометре «Гамма - 1С».

Математическую обработку экспериментальных данных осуществляли методами дисперсионного, корреляционно-регрессионного анализов по Б.А. Доспехову (1985).

Экономическая эффективность технологий возделывания озимой ржи рассчитана по методике Всероссийского НИИ экономики сельского хозяйства на основе типовых технологических карт. Энергетическая оценка выполнена по методическим разработкам ВИМ, ВИУА.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изменение агрохимических свойств почвы под влиянием систем удобрения

Продуктивность сельскохозяйственных угодий и рентабельность растениеводческой отрасли в значительной степени зависят от применения удобрений, возможности поддержания и повышения достигнутого уровня плодородия почв (Войтович, 1997; Минеев, Гомонова, 1998; Минеев, 2004; Белоус, Шаповалов, 2006).

В результате исследований выявлено, что за 15 лет проведения эксперимента (1983-1998 гг.) содержание гумуса в серой лесной легкосуглинистой почве имеет тенденцию к повышению на 0, 11-0, 34 % по сравнению с исходным. Наиболее четко она выражена на биологической и альтернативной технологиях. Количество подвижного фосфора возросло в 1, 5-2, 0 раза, обменного калия в 1, 2-1, 4 раза. Заметно увеличилось содержание подвижных форм молибдена, бора, кобальта и марганца, но снизилось количество цинка и меди. Актуальная кислотность почвы с момента закладки полевого опыта тоже заметно улучшилась и стабилизировалась на уровне РН_КС1 5, 1-5, 5, то есть стала слабокислой. Минеральные туки, применяемые в течение 15 лет, не способствовали повышению кислотности почвы, так как при этом решающую положительную роль сыграло применение различных видов органических удобрений. Содержание тяжелых металлов было значительно ниже ПДК.

В опыте 3 после трех ротаций плодосменного севооборота (1993-2005 гг.) на контрольном варианте отмечено снижение содержания органического вещества с 1, 91 до 1, 61, увеличилась гидролитическая кислотность, уменьшилась сумма поглощенных оснований (S), произошло некоторое снижение содержания подвижных форм фосфора и обменного калия.

По минеральной системе удобрения с низкими дозами N₇₀P₃₀K₆₀ также отмечено снижение содержания органического вещества. Внесение подстилочного навоза 80 т/га, минеральных туков в дозе N₂₁₀P₉₀K₁₈₀ способствовало поддержанию органического вещества на исходном уровне, органо-минеральная система удобрения имела некоторую тенденцию к его повышению (+ 0, 25 %).

Органическая система сдерживала подкисление почвы, органо-минеральная и минеральная системы удобрения способствовали повышению гидролитической кислотности почвы. Актуальная кислотность почвы под влиянием органической, органо-минеральной и минеральной системы удобрения с низкими и средними дозами NPK практически не изменилась, а повышенная доза способствовала подкислению почвенного раствора.

Органическая и органо-минеральная системы удобрения оказали стабилизирующее действие на содержание подвижных фосфатов в почве, в то время как по минеральной отмечено снижение содержания подвижного фосфора даже при повышенных дозах NPK. Накопление обменного калия наблюдалось в вариантах с совместным внесением органических и минеральных удобрений, а также по минеральным фонам разной степени насыщенности. Наибольших значений эти показатели достигали при внесении повышенных доз минеральных туков (N₂₁₀P₉₀K₁₈₀).

Таким образом, в плодосменном севообороте наиболее благоприятные условия для сохранения и улучшения агрохимических свойств почвы создаются при применении органической и органо-минеральной системы удобрения.

Особенности формирования высокопродуктивных агроценозов озимой ржи в зависимости от технологии возделывания

Для получения высоких и устойчивых урожаев зерна озимой ржи важно сформировать оптимальный по густоте агрофитоценоз, так как сбалансированное обеспечение растений жизненно важными факторами достигается в посевах с оптимальной структурой и плотностью.

Исследования 1996-2000 гг. показали, что максимальное количество растений в фазу всходов 483-498 шт/м² было в технологиях с нормой высева семян 6 млн. шт/га. При уменьшении нормы высева семян на 25 и 50% густота всходов снизилась до 368-379 и 254-256 шт/м² соответственно, однако имела место четко выраженная тенденция повышения показателей структуры посевов (рис. 1).

Рис. 1. Структура посевов озимой ржи в зависимости от технологии возделывания

Наибольшие значения полевой всхожести 80, 4 - 81, 0, полноты всходов 84, 7 - 85, 3, зимостойкости 83-93, выживаемости 64-75, 7 и сохранности растений 75, 6-88, 7 % получены в технологиях с нормой высева 3, 0 млн. шт/га. По причине того, что при более редком посеве исключается заражение семян друг от друга, растения глубже закладывают узел кущения вследствие меньшего затенения, больше накапливают сахаров, лучше зимуют, закаляются и выживают к периоду уборки как более жизнестойкие. По степени влияния на зимостойкость, выживаемость и сохранность растений озимой ржи неоспоримые преимущества имели интенсивная и умеренная технологии.

В опыте 2 полевая всхожесть и полнота всходов в технологиях с применением вспашки, поверхностной и плоскорезной обработок были близки по значениям и находились в пределах 73, 9-78, 3; 76, 1-78, 0; 75, 6-78, 2 и 77, 8-82, 5; 80, 2-82, 2; 79, 7-82, 3 % соответственно. Данная закономерность четко прослеживается при учете выживаемости и сохранности растений. Лучшие показатели фитоценотической эффективности посев формировались на интенсивных и умеренных технологиях.

Совершенствование технологии возделывания озимой ржи должно в первую очередь улучшать эффективность использования световой энергии в процессе фотосинтеза. В соответствии с теорией фотосинтетической продуктивности А.А. Ничипоровича (1956, 1963, 1970, 1971, 1988) величина урожая определяется площадью ассимилирующих органов и временем их работы.

Данные, полученные в результате наших исследований (опыт 1), показали, что максимальная площадь листовой поверхности формировалась по интенсивной и умеренной технологиям с нормой высева семян 6, 0 млн. шт/га 56, 4-55, 9 тыс. м²/га (табл. 1). Снижение нормы высева семян, дозы минеральных удобрений и пестицидов приводило к уменьшению площади листьев.

Запасы ассимилянтов, показателем которых является накопление сухого вещества значительно возрастали при переходе от альтернативных к биологическим технологиям, меньшая зависимость наблюдалась от биологических - к умеренным и нивелировалась от умеренных к интенсивным. С увеличением уровня применения средств химизации от альтернативного до интенсивного сбор сухой биомассы возрастал с 116, 6 до 128, 6 ц/га по норме высева 6, 0 млн. шт/га, с 109, 5 до 119, 2 ц/га - 4, 5 млн.шт/га, и с 103, 0 до 110, 3 ц/га - 3, 0 млн.шт/га.

Большое значение для накопления органического вещества имеет не только величина листьев, но и продолжительность их работы, то есть фотосинтетический потенциал (ФП). Прямо пропорционально площади листьев более высокие значения ФП 1867-2454 тыс.м² х дней/га отмечены по технологиям с нормой высева семян 6, 0 млн. шт/га. Наибольшей величины фотосинтетический потенциал достиг в интенсивной и умеренной технологиях по всем фонам норм высева семян. Урожайность довольно тесно коррелирует с ФП (г = 0, 76-0, 94).

1. Фотосинтетическая деятельность посевов озимой ржи при разных технологиях возделывания (1998-2000 гг.)

Примечание: в числителе - ассимиляционная площадь листьев, тыс. м²/га; в знаменателе - накопление сухого вещества, ц/га; ЧПФ представлена за межфазный период 10.2-10.5.1.

Чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) озимой ржи заметно увеличилась в технологиях с нормой высева семян 3, 0 млн. шт/га, что связано с улучшением обеспеченности растений основными факторами жизнедеятельности. Усиление фона питания способствующее получению более высоких значений показателей ассимиляционной поверхности, приводило к взаимному затенению листьев и в большинстве случаев не позволяло в полной мере реализовать фотосинтетический потенциал, способствуя снижению ЧПФ. По альтернативным технологиям ЧПФ достигла максимальных значений 4, 6-4, 9 г/м² в сутки в расчете на фотосинтезирующую поверхность листьев. В связи с этим наблюдается обратная зависимость между урожайностью и чистой продуктивностью фотосинтеза (г = - 0, 53).

Наибольшая продуктивность работы листьев (ПРЛ) 1, 9-2, 7 кг зерна/тыс. ед. ФП нами получена в технологиях с минимальной нормой высева семян, увеличение которой на 25 и 50% приводило к снижению данного показателя. Возрастающие уровни минерального питания в сочетании с пестицидами оказали неоднозначное влияние на зерновую производительность ФП. ПРЛ находилась на одном уровне по интенсивным и умеренным технологиям, по альтернативным выход зерна на тысячу единиц фотосинтетического потенциала был ниже на 19-30%.

Таким образом, благодаря поддержанию на высоком уровне чистой продуктивности фотосинтеза, которая обуславливает более интенсивное накопление органического вещества и способствует увеличению выхода зерна на 1000 единиц фотосинтетического потенциала, достаточно высокая ПРЛ формируется по технологии с нормой высева семян 3, 0 млн. шт/га и умеренным фоном питания.

Исследования 1996-2000 гг. показали, что продуктивная кустистость озимой ржи варьировала от 1, 25 до 1, 54 имея тенденцию к повышению по технологиям с нормой высева семян 3, 0 млн. шт/га.

Озерненность колоса по альтернативным технологиям составляла 27, 7 - 31, 6, биологическим 31, 3 - 39, 1, умеренным 33, 9 - 41, 3, интенсивным 34, 1 - 41, 2 шт. В технологиях с нормой высева семян 6, 0 млн. шт/га число зерен в колосе находилось в интервале 27, 7-34, 1 шт, снижение которой на 25 и 50 %, приводило к увеличению озерненности соответственно на 5, 7 - 10, 5 и 14, 1 - 24, 9 %. Масса зерна с колоса под влиянием технологий возделывания заметно возрастала от 0, 95 до 1, 59 г, максимального значения 1, 59 г достигла по умеренной технологии с нормой высева семян 3, 0 млн. шт/га за счет лучшего индивидуального развития растений озимой ржи, что непосредственно отразилось на урожайности.

По результатам исследований (1996-2000 гг.) выявлено, что урожайность зерна озимой ржи по умеренным технологиям была практически одного порядка с интенсивными (рис. 2), что указывает на принципиальную возможность, оптимизируя блок химизации, получать высокий урожай при значительно меньшем расходе на единицу площади минеральных удобрений. Это имеет не только существенное экономическое, но и важное экологическое значение. Использование органических удобрений с минеральными туками N₄₅ в подкормку на биологических технологиях также способствовало значительному росту урожайности, прибавка составила 0, 89 - 1, 29 т/га. По альтернативным технологиям, основанным на применении органических удобрений и полном исключении средств химизации урожайность озимой ржи была ниже, но стабильна по годам.

Рис. 2. Урожайность озимой ржи в зависимости от технологий возделывания, т/га НСР₀₅: 1996 г. - 0, 23; 1997 г. - 0, 25; 1998 г. - 0, 19; 1999 г. - 0, 25; 2000 г. - 0, 20 т/га

Урожайность озимой ржи по технологиям с нормой высева семян 3, 0 млн. шт/га и разным уровнем применения средств химизации, не уступала аналогичным технологиям с увеличенными на 25 и 50 % нормами высева семян, что подтверждается результатами статистического анализа.

Исследования 2001-2005 гг. показали, что озимая рожь формировала практически равную урожайность в технологиях со вспашкой 3, 04 - 5, 04 т/га, плоскорезной и поверхностной обработками почвы 3, 07 - 4, 95 и 2, 98 - 4, 95 т/га соответственно, различия между вариантами несущественны.

По альтернативным технологиям урожайность составила 2, 98-3, 07 т/га. Минимальное использование минеральных туков в биологических технологиях способствовало росту урожайности на 36-41, умеренное в сочетании с пестицидами на 56 - 63, а интенсивное на 61 - 66 %. Интенсивное использование средств химизации не приводило к достоверному увеличению урожайности в сравнении с умеренным фоном питания. Следовательно, предпочтение нужно отдать умеренным, биологическим и альтернативным технологиям возделывания озимой ржи с поверхностной обработкой почвы и нормой высева семян 3, 0 млн. шт/га.

Качество зерна озимой ржи в зависимости от технологий возделывания

Широкое использование зерна озимой ржи в хлебопекарной промышленности обуславливает ряд специфических требований, предъявляемых к его качеству. Известно, что пищевые достоинства зерна определяются его биохимическим составом, главным образом количеством белка. Исследования 1996-2000 гг. показали, что по содержанию общего азота и сырого белка выделились технологии с нормой высева семян 3, 0 млн. шт/га (рис. 3). Явное превосходство имела интенсивная технология, которой несколько уступала умеренная.

Рис. 3. Содержание общего азота и сырого белка в зерне озимой ржи в зависимости от технологии возделывания

Содержание нитратов в зерне озимой ржи не превышало норматив (93 мг/кг) и находилось в пределах 78-84 мг/кг, различия между технологиями были незначительными.

Содержание крахмала имело тенденцию к повышению при снижении норм высева семян и увеличении уровня применения средств химизации. В технологиях с нормой высева семян 6, 0 млн. шт/га этот показатель возрастал с 47, 2 до 50, 1 %, сниженной на 25 % - с 47, 8 до 51, 0 а на разреженных посевах - с 48, 4 до 51, 6 %.

Для получения хлеба хорошего качества необходимо поддерживать определенное соотношение между белком и крахмалом (Минеев, 1980; Касаева, 1982; Толстоусов, 1987). Оптимальное соотношение между белком и крахмалом 4, 85-4, 94 отмечено в технологиях с нормой высева семян 3, 0 млн. шт/га.

Содержание сырого жира в зерне озимой ржи варьировало в пределах 1, 77-1, 84 % (рис. 4), зольных элементов: Р₂О₅ - 0, 90-1, 01, К₂О - 0, 59-0, 67, СаО - 0, 10-0, 13 и МgО - 0, 17-0, 23 %.

Рис. 4. Содержание жира и зольных элементов в зерне озимой ржи в зависимости от технологии возделывания

Исследованиями не выявлено, каких-либо закономерностей в их изменении в зависимости от технологий возделывания.

К числу показателей, имеющих важное технологическое значение для ржи, относят натуру и массу 1000 зерен. Зерно ржи с высокой натурой и массой 1000 зерен дает в большинстве случаев выход муки больше, чем мелкозерное (Казаков, 1983; Кичигин, 1983; Егоров и др., 1984; Козьмина и др., 2006). По данным 1996-2000 гг. натура зерна озимой ржи была на уровне базисных кондиций 676-684 г/л, масса 1000 зерен колебалась от 34, 3 до 37, 5 г, лучшие показатели отмечены в технологии с нормой высева семян 3, 0 млн. шт/га по умеренному фону питания.

Хотя стекловидность зерна у озимой ржи не играет такой важной роли как у пшеницы, но от неё зависят режим и схема помола (Строна, 1966; Казаков, 1983, Козьмина и др., 2006). Стекловидность зерна озимой ржи колебалась от 15 до 18 %, имея тенденцию к повышению в технологиях с применением средств химизации.

Число падения является основным показателем качества продовольственного зерна ржи для хлебопечения. Чем ниже активность амилолитических ферментов, тем выше число падения и соответственно хлебопекарные свойства зерна и наоборот, чем выше активность углеводно-амилазного комплекса, тем ниже качество хлеба (Козьмина, 1961; 1969; Приезжая и др., 1971; Бабанина, 1981; Ауэрман, 1984; Гончаренко, 2000). Показатели углеводно-амилазного комплекса (табл. 2) соответствовали технологическим требованиям, укладываясь по числу падения в интервал 186-198 сек. Согласно ГОСТ 16990 - 88 по показателю «Число падения» такое зерно относится ко второму классу качества (140-200 сек) и при переработке в муку любого выхода гарантирует устойчивое хорошее качества хлеба.

2. Изменение показателей хлебопекарных качеств зерна озимой ржи в зависимости от технологии возделывания (1998-2000гг.) (норма высева семян 3, 0 млн. шт/га)

Высота амилограммы находились в пределах 574-638 единиц амилографа, что свидетельствует о пригодности муки для выпечки хлеба, как на закваске, так и на дрожжах. Зерно с лучшими хлебопекарными качествами формировалось по интенсивной и умеренной технологиям.

Таким образом, высококачественное продовольственное зерно озимой ржи в условиях серых лесных почв юго-западной части Нечерноземной зоны России можно получать не только по интенсивной и умеренной, но также по биологической и альтернативной технологиям с нормой высева семян 3, 0 млн. шт/га.

Обязательными анализами партии семян являются определение чистоты, всхожести и в этом же анализе ненормируемого официально, но важного в технологическом аспекте показателя энергии прорастания. Исследования 1996-2000 гг. показали, что чистота семян озимой ржи была высокой 96-99% по всем технологиям возделывания.

Учитывая то обстоятельство, что значительные площади посева озимой ржи в Нечерноземной зоне России засеваются свежеубранными семенами, были проведены соответствующие наблюдения за изменением энергии прорастания и всхожести семян озимой ржи в зависимости от технологий возделывания. Через месяц после наступления полной спелости энергия прорастания семян составила 29-61, всхожесть 34-65 %, максимальные показатели отмечены на биологических и альтернативных технологиях.

Спустя шесть месяцев после уборки энергия прорастания и лабораторная всхожесть значительно возросли до уровня 86-94 и 93-97% соответственно. По интенсивной и умеренной технологиям с минимальной нормой высева наблюдалась тенденция повышения посевных качеств семян озимой ржи. Следовательно, данные семена нужно использовать в качестве переходящего семенного фонда. Технологии с нормой высева 3, 0 млн. шт/га также представляют особый интерес на семенных участках при размножении дефицитных сортов и семян высоких репродукций, что способствует значительному увеличению коэффициента размножения и улучшению качества семян.

Влияние агрохимических приемов на урожайность и качество озимой ржи

Агрохимическая составляющая технологий возделывания озимой ржи должна основываться на разумном сочетании доз, видов, форм, способов внесения удобрений в севообороте в едином комплексе с пестицидами. Исследованиями 1993-2008 гг. установлено, что минимальная урожайность зерна озимой ржи 6, 9 ц/га, получена на контроле (табл. 3). Озимая рожь является завершающей культурой севооборота и испытывает последействие удобрений внесенных под все предшествующие культуры. В варианте последействия 80 т/га навоза урожайность озимой ржи увеличилась на 2, 4 ц/га по отношению к контролю, следовательно, навоз, внесенный под первую культуру севооборота - картофель, проявил свое последействие в течение четырех лет, что также подтверждается исследованиями М.Н. Новикова (1994) проведенными в условиях легких дерново-подзолистых почв. При совместном внесении минеральных удобрений N₇₀Р₃₀К₆₀ с половинной дозой навоза 40 т/га за счёт эффекта взаимодействия урожайность увеличилась в 2, 3 раза, а по минеральной системе с дозой N₁₄₀Р₆₀К₁₂₀ - в 2, 8 раза. Дальнейшее повышение фона питания до N₂₁₀Р₉₀ К₁₈₀ не привело к росту урожайности, она наоборот снизилась, что объясняется депрессирующим действием высоких доз минеральных удобрений в засушливые годы, а также полеганием растений в годы с обильными осадками в период созревания хлебов.

Комплексное применение систем удобрений и средств защиты растений позволило получить максимальную прибавку 8, 5 ц/га зерна при высокой дозе минеральных удобрений. Минеральная система удобрения N₁₄₀Р₆₀К₁₂₀ в комплексе с химическими средствами защиты растений обеспечила урожайность озимой ржи одного порядка с фоном N₂₁₀Р₉₀ К₁₈₀ + пестициды, различия между указанными вариантами несущественны. Высокая эффективность применения пестицидов отмечена также по органо-минеральной системе удобрения. Поэтому при выборе системы удобрения озимой ржи следует исходить из складывающейся финансово-экономической ситуации конкретного хозяйства.

3. Влияние удобрений и химических средств защиты растений на урожайность зерна озимой ржи, ц/га

Перед сельскохозяйственной наукой и практикой стоит задача не только систематического увеличения урожайности, но и повышения качества получаемой продукции. Содержание сырого белка в зерне озимой ржи по всем вариантам опыта было высоким 11, 9-12, 6 %, а максимальное 12, 6 % получено при внесении средней дозы минеральных удобрений N₁₄₀Р₆₀К₁₂₀. Дальнейшее повышение минерального фона не привело к увеличению его содержания, органическая и органо-минеральная системы удобрений так же оказались менее эффективными.

Комплексное применение средств химизации способствовало некоторому снижению содержания сырого белка в сравнении с аналогичными вариантами без пестицидов. Вероятно, это связано с ростовым разбавлением концентрации азота в результате повышения урожая основной и побочной продукции при использовании химических средств защиты растений.

Основным показателем качества белка при использовании его в пищу или на корм является биологическая ценность, которая зависит от количества незаменимых аминокислот (Heger, Frudrych, 1981; Козьмина и др., 2006). Усиление фона питания способствовало увеличению содержания аминокислот в зерне озимой ржи (табл. 4). Максимальное содержание аминокислот 103, 06 г/кг сухого вещества (в том числе незаменимых 29, 13 г) получено по минеральной системе удобрения N₁₄₀Р₆₀К₁₂₀. Применение пестицидов несколько снижало содержание аминокислот в зерне озимой ржи в сравнении с аналогичным фоном питания.

4. Влияние средств химизации на содержание аминокислот в зерне озимой ржи, г на 1 кг сухого вещества (среднее за 2005 - 2006 гг.)

Примечание: знаком * отмечены незаменимые аминокислоты

Исследования 1996-2008 гг. позволяют констатировать, что уровень нитратов (рис. 5) в зерне озимой ржи не превышал норматив и колебался от 52 мг/кг на контроле до 64 мг/кг по фону N₂₁₀Р₉₀К₁₈₀, применение пестицидов на всех фонах питания не приводило к его увеличению.

Рис.5. Влияние систем удобрения и пестицидов на содержание нитратов в зерне озимой ржи, мг/кг