Влияние агротехнических приемов на урожайность озимой пшеницы и ее прогнозирование в различных погодных условиях в ЦЧр

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Специальность 06.01.01. - Общее земледелие, растениеводство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Влияние агротехнических приемов на урожайность озимой пшеницы и ее прогнозирование в различных погодных условиях в ЦЧр

Виноградов Дмитрий Юрьевич

Рамонь - 2014

Диссертационная работа выполнена в Государственном научном учреждении

«Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и

защиты почв от эрозии» Россельхозакадемии в 2011-2013 гг.

Научный руководитель:доктор сельскохозяйственных наук,

Дубовик Дмитрий Вячеславович

ГНУ «ВНИИЗиЗПЭ» Россельхозакадемии

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Беседин Николай Васильевич

ФГБОУ ВПО «Курская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора И.И. Иванова», заведующий кафедрой почвоведения, агрохимии и земледелия

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Котлярова Екатерина Геннадьевна

ФГБОУ ВПО «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия имени В. Я. Горина», профессор кафедры земледелия и агрохимии

Ведущая организация: ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных культур» Россельхозакадемии

Защита состоится «06» июня 2014 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 006.065.01 при Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы имени А.Л. Мазлумова» Россельхозакадемии по адресу: 396030, Воронежская область, Рамонский район, п. ВНИСС, д. 86; тел./факс (47340) 5-33-26; E-mail: dissovetvniiss@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы имени А.Л. Мазлумова» Россельхозакадемии и на сайте ГНУ ВНИИСС: gnuvniiss.narod.ru

Диссертация размещена на сайте ГНУ ВНИИСС: gnuvniiss.narod.ru

«20» марта 2014 года.

Автореферат размещен на сайте ГНУ ВНИИСС: gnuvniiss.narod.ru

«3» апреля 2014 года, на сайте ВАК при Министерстве образования и науки РФ www.vak.ed.gov.ru «4» апреля 2014 года. Дата рассылки автореферата - «30» апреля 2014 года.

И.о. ученого секретаря диссертационного совета, Минакова

доктор сельскохозяйственных наук Ольга Александровна

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. По мнению многих исследователей (А.Н. Деревянко, 1989; A.Weber, M. Sievers, 1985; F.N. Kogan, 1986; И.М. Стребков, 1989; А.Ю. Айдиев, М.Г. Асадова, И.Ю. Синько, 2006; Н.М. Доманов, П.И. Солнцев, 2011), других ученых, климатические и погодные условия зачастую имеют решающее значение для формирования урожая.

Исследования по оценке климатических и погодных условий с целью прогнозирования урожайности озимой пшеницы, в том числе с учетом почвенных условий, местоположения и, в значительно меньшей степени, агротехники выращивания проводились в нашей стране и за рубежом с построением, как правило, сложных динамических моделей или для прогнозирования урожайности для большой, на уровне региона, территории (В.М. Пасов, Л.М. Перекальская, 1989; A. Faber, Z. Bloch, M. Czajkowski, 1996; О.Д. Сиротенко, 1989; А.Н. Полевой, Т.А. Гончарова, Ф.С. Рачкулик, 1986; Е.С. Уланова, Л.Н. Литвиненко, С.И. Маликова, 1987; И.Б. Загайтов, Л.П. Яновский, 2011 и другие). Очевидным недостатком сложных моделей являются трудности в формировании исходной информационной базы, и как следствие появление методических ошибок (Ю.В. Сепп, 1988), а методы регионального прогнозирования не всегда применимы к конкретному хозяйству, полю.

Агротехнические факторы также оказывают значимое воздействие на конечный результат (А.И. Шабаев, Н.М. Жолинский, Т.В. Демьянова и другие, 2010; В.К. Бугаевский, В.М. Кильдюшкин, А.А. Романенко, 2005; Г.Н. Черкасов, И.Г. Пыхтин, А.В. Гостев и другие, 2012).

Поэтому, для повышения и стабилизации урожайности озимой пшеницы важное значение имеют агротехнические факторы во взаимосвязи с конкретными почвенными и погодными условиями.

В почвенно-климатических условиях ЦЧР взаимодействие комплекса агротехнических факторов на урожай озимой пшеницы во взаимосвязи с количественной оценкой погодных условий в целом остается недостаточно изученным, что не обеспечивает возможность прогнозирования урожайности озимой пшеницы на небольшой территории с необходимой достоверностью.

Следовательно, вопросы прогнозирования урожайности озимой пшеницы в зависимости от складывающихся погодных условий, имеющихся почвенных ресурсов и используемой агротехники в конкретном хозяйстве являются актуальными в земледелии ЦЧР.

Цель работы: выявить зависимость урожайности и качества зерна озимой пшеницы от агроклиматических факторов, основных агротехнических приемов и плодородия почв; создать модель, позволяющую прогнозировать урожайность озимой пшеницы в зависимости от указанных факторов на локальном уровне и компьютерную программу для расчета прогнозируемой урожайности.

Задачи исследований: прогнозирование урожайность пшеница

1. Определить влияние агроклиматических показателей на урожайность и качество зерна озимой пшеницы.

2. Оценить степень влияния агротехнических факторов в различных погодных условиях на урожайность и качество зерна озимой пшеницы.

3. Выявить зависимость урожайности озимой пшеницы от уровня плодородия почвы во взаимосвязи с агроклиматическими показателями.

4. Создать модель, позволяющую прогнозировать урожайность озимой пшеницы в зависимости от плодородия почвы, используемых агротехнических приемов и складывающихся погодных условий.

Научная новизна заключается в том, что установлены зависимости урожайности и качества зерна озимой пшеницы от агроклиматических факторов во взаимосвязи их с агротехническими приемами и уровнем плодородия почв. На основе анализа установленных зависимостей разработана модель прогнозирования урожайности озимой пшеницы. Для практического использования модели на уровне сельскохозяйственного предприятия создана компьютерная программа для прогнозирования урожайности озимой пшеницы в конкретных погодных условиях весенне-летнего периода и в зависимости от применяемой агротехники в ЦЧР.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты по зависимости урожайности и качества зерна озимой пшеницы от агроклиматических факторов и агротехнических приемов и уровня плодородия почвы, разработанная на их основе модель с помощью созданной компьютерной программы могут применяться при обосновании технологии возделывания и для прогнозирования урожайности озимой пшеницы в условиях конкретного сельскохозяйственного предприятия в ЦЧР.

Исследования проводились в 2011-2013 г. лично автором в стационарном полевом многофакторном опыте ГНУ ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии. В исследованиях использованы исходные данные за 1987-2010 г. лаборатории систем земледелия и агрохимии ГНУ ВНИИЗиЗПЭ и первичные метеорологические данные метеостанции «Петринка» ФГБУ «Ценрально-Черноземное УГМС» за 1986-2012 г.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Зависимость урожайности озимой пшеницы от уровня плодородия почв и агроклиматических условий зимнего периода и периода активной вегетации растений.

2. Влияние агротехнических факторов на урожайность и качество зерна озимой пшеницы в зависимости от агроклиматических факторов периода активной вегетации растений.

3. Математическая модель, позволяющая прогнозировать урожайность озимой пшеницы в условиях Курской области.

Апробация работы. Основные положения диссертации представлены на: Всероссийской научной конференции (с международным участием) «Методы оценки сельскохозяйственных рисков и технологии смягчения последствий изменения климата в земледелии». - Санкт-Петербург, АФИ, 2011г.; Всероссийской научно-практической конференции «Информационно-технологическое обеспечение адаптивно-ландшафтных систем земледелия». - Курск, ГНУ ВНИИЗ и ЗПЭ, 11-13 сентября 2012 г.; Всероссийской научной конференции «Агротехнологическая модернизация земледелия». - Курск, ГНУ ВНИИЗ и ЗПЭ, 11-13 сентября 2013 г. Постановлением Президиума Россельхозакадемии от 19 декабря 2013 г. материалы диссертации признаны лучшей завершенной научной разработкой в 2013 году среди молодых ученых и специалистов по земледелию.

Публикации результатов исследований. Содержание работы опубликовано в 6 работах, в том числе 3 в рекомендованных изданиях ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 161 странице, состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части из 6 глав, выводов, предложений производству, списка литературы, списка иллюстративного материала и приложений. Работа содержит 27 таблиц, 29 рисунков, 6 формул (уравнений), 9 приложений. Список использованных литературных источников включает 382 наименования, в том числе 107 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. агротехника, Погодные условия и урожайность озимой пшеницы (литературный обзор)

Рассмотрены факторы, обусловливающие урожайность озимой пшеницы.

Приведен анализ методических подходов к прогнозированию урожайности озимой пшеницы в зависимости от различных факторов.

На основе анализа научной литературы за 1985-2012 годы показано, что действие и взаимодействие основных агротехнических факторов на урожайность озимой пшеницы обусловлено региональными почвенно-климатическими условиями. Наиболее предпочтительным является прогнозирование урожайности озимой пшеницы на основе математико-статистических методов, учитывающих тесноту и направленность взаимодействия основных факторов формирования урожая озимой пшеницы применительно к конкретным почвенно-климатических условиям.

Объекты и методы исследований

Основные исследования проводились в стационарном полевом многофакторном опыте ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии в 2011-2013 гг. лично автором, с привлечением исходных данных за 1987-2010 г. лаборатории систем земледелия и агрохимии ГНУ ВНИИЗиЗПЭ и первичных метеорологических данных метеостанции «Петринка» ФГБУ «Ценрально-Черноземное УГМС» за 1986-2012 г.

В стационарном многофакторном полевом опыте по моделированию систем земледелия изучаются их важнейшие элементы: севообороты, способы основной обработки почвы, органические и минеральные удобрения.

Предусмотрено изучение севооборотов с разным соотношением основных групп полевых культур. Севооборот (А) - зернопаропропашной: черный пар, озимая пшеница, сахарная свекла, ячмень. Севооборот (В) - зернотравянопропашной: клевер, озимая пшеница, сахарная свекла, ячмень + клевер. Севооборот (С) - почвозащитный, зернотравяной: клевер, клевер, озимая пшеница, ячмень + клевер. За исследуемый период высевалась озимая пшеница сортов: Мироновская 808; Льговская 167; Московская 39.

Исследовались два вида основной обработки почвы: отвальная и безотвальная обработка почвы. Система отвальной обработки почвы заключалась в проведении вспашки почвы под пропашные культуры на глубину 25-27 см, а под зерновые культуры севооборота - на 20-22 см. Система безотвальной обработки почвы предусматривает глубину безотвального рыхления аналогичную глубине рыхления на отвальной обработке. Действие органических удобрений исследовалось на двух уровнях: без внесения органических удобрений и внесение органических удобрений в дозе 12 т/га севооборотной площади. Органические удобрения вносились однократно за ротацию севооборота в количестве 48 т/га под сахарную свеклу (севообороты А,В), ячмень (севооборот С).

Минеральные удобрения исследовались на двух уровнях: первый уровень - без удобрений, второй уровень - N40P80K80 под озимую пшеницу.

Варианты опыта заложены в 2-х кратной повторности. Исследовались варианты на склоне северной экспозиции.

Для агрохимической характеристики динамики плодородия почвы из пахотного слоя после уборки озимой пшеницы отбирали средневзвешенный образец почвы. В почвенных образцах определяли: гумус - по Тюрину (ГОСТ 26213-91); рН - в 1,0 н KCl вытяжке (ГОСТ 26483-85); фосфор подвижный - по Чирикову (ГОСТ 26204-91); калий подвижный - по Чирикову (ГОСТ 26204-91); щелочногидролизуемый азот - по Корнфилду (Александрова, О.А. Найденова, 1986). Качество зерна озимой пшеницы оценивалось по содержанию клейковины в зерне определяемой по ГОСТу 13586.1-68.

Полученные результаты исследований обрабатывались стандартными статистическими методами.

3. Влияние АГРОклиматических условий и уровня плодородия почвы на урожайность озимой пшеницы

Анализ данных с 1987 по 2012 год показал высокую вариабильность и отсутствие устойчивых закономерностей в изменении значений агроклиматических показателей в зимний период (Таблица 1). Снижение урожайности озимой пшеницы наблюдается как при понижении температуры воздуха, так и при увеличении глубины промерзания почвы (Рисунок 1).

Таблица 1.

Характеристика агроклиматических показателей зимнего периода (декабрь-январь, среднедекадные за 1986-2012 г.)

Агроклиматический показатель	Xmin	Xmax	?X	НСР05
Температура воздуха, оС: декабрь	-20.1	4.1	24.2	1.41
январь	-20.5	2.4	22.9	1.65
февраль	-18.9	3.5	22.4	1.56
Высота снежного покрова, см: декабрь	0	22	22	2,00
январь	0	36	36	2,78
февраль	0	41	41	3,39
Глубина промерзания почвы, см: декабрь	0	69	69	5,94
январь	0	77	77	6,08
февраль	21	84	63	5,91

Рисунок 1. Зависимость урожаности озимой пшеницы от глубины промерзания почвы в зимний период за 1987-2012 г.

В результате анализа влияния высоты снежного покрова (в среднем за зимний период) на урожайность озимой пшеницы зафиксировано снижение урожайности, как при низком снежном покрове, так и при высоком. Наибольший урожай зерна озимой пшеницы (37,4-47,0 ц/га) получен при высоте снежного покрова 20-23 см.

В целом зависимость урожайности озимой пшеницы от рассмотренных агроклиматических факторов зимнего периода выражается уравнением множественной регрессии (1):

У=42,43 - 0,18Х1+ 0,26Х2+ 1,5Х3, где (1)

R2 = 0,77; FФ = 11,58

У - урожайность озимой пшеницы, ц/га;

Х1 - глубина промерзания почвы в среднем за зимний период, см;

Х2 - высота снежного покрова в среднем за зимний период, см;

Х3 - температура воздуха в среднем за зимний период, оС;

Выявленная зависимость между весенними запасами продуктивной влаги в почве и урожайностью озимой пшеницы имеет линейный характер. Из полученных результатов следует, что весенние запасы продуктивной влаги в почве в количестве 150-200 мм достаточны в районе исследований для формирования урожая зерна озимой пшеницы. А их запасы в количестве более 250 мм в годы с нормальным или выше нормального увлажнением мая-июля являются избыточными и приводят к снижению урожайности озимой пшеницы.

Среднемноголетний гидротермический коэффициент за период май-июль составляет 1,15. В отдельные годы наблюдаются значительные отклонения этого показателя от среднемноголетних значений (Рисунок 2). Тренд гидротермического коэффициента за период исследований указывает на увеличение засушливости агроклиматических условий в районе исследований. Наиболее значимыми для роста урожайности, определены гидротермические условия за май-июнь. Их связь описывается параболой второго порядка (Рисунок 3).

Рисунок 2. Гидротермический коэффициент за период активной вегетации озимой пшеницы (май-июль) за 1986-2012 г.

Рисунок 3. Зависимость урожайности зерна озимой пшеницы от гидротермического коэффициента за май-июнь за 1986-2012 г.

Одними из основных показателей уровня плодородия почв является содержание доступных растениям форм азота, фосфора и калия.

Щелочногидролизуемого азота содержится больше в почве в том случае, когда предшественниками озимой пшеницы являются многолетние травы. При внесении минеральных и органических удобрений отмечается повышение содержания щелочногидролизуемого азота почве: в зернопаропропашном севообороте на 0,8-2,3 мг/100 г, зернотравянопропашном севообороте на 0,4-1,4 мг/100 г, зернотравяном - на 0,7-3,0 мг/100 г. Содержание подвижных форм фосфора и калия в почве зависит в основном от применения минеральных и органических удобрений (Таблица 2).

Таблица 2

Содержание элементов минерального питания в почве

Предшествен-ник	Обработка почвы	Минеральные удобрения	Органические удобрения	Содержание элементов минерального питания, мг/100 г почвы
				N	Р2О5	К2О
Черный пар	отваль-ная	без уд.	без уд.	16,8	10,3	9,4
			навоз	17,8	13,2	10,8
		NPK	без уд.	17,6	14,3	11,9
			навоз	18,0	13,8	11,1
	безот-вальная	без уд.	без уд.	18,4	9,4	8,7
			навоз	18,7	13,1	9,4
		NPK	без уд.	18,3	13,3	9,6
			навоз	19,1	17,2	11,2
Многолетние травы 1-го года	отваль-ная	без уд.	без уд.	18,7	12,6	8,7
			навоз	19,1	11,6	9,8
		NPK	без уд.	19,7	14,3	10,7
			навоз	20,1	14,3	12,4
	безот-вальная	без уд.	без уд.	18,0	11,5	10,1
			навоз	18,2	11,8	10,1
		NPK	без уд.	18,1	12,8	10,6
			навоз	18,6	14,2	10,9
Многолетние травы 2-го года	отваль-ная	без уд.	без уд.	17,1	11,7	6,9
			навоз	18,4	11,1	7,3
		NPK	без уд.	19,1	13,0	13,1
			навоз	19,3	14,8	8,8
	безот-вальная	без уд.	без уд.	19,5	10,5	7,9
			навоз	21,3	12,6	8,1
		NPK	без уд.	19,8	14,8	11,0
			навоз	20,1	13,4	9,6
НСР05	0,62	1,04	0,93

Для количественной оценки влияния уровня плодородия почвы на урожайность озимой пшеницы использован коэффициент плодородия почвы, объединяющий основные агрохимические показатели почвенного плодородия (Г.А. Чуян, Т.В. Карпинец, Е.П. Проценко, 2000). Расчет значений коэффициента плодородия в среднем за период исследований показал достаточно высокий уровень однородности уровня плодородия почв вариантов внутри полей стационарного многофакторного полевого опыта, что позволяет, при необходимости, оперировать средними значениями урожайности в статистических исследованиях.

В проведенных исследованиях выявлена прямая количественная зависимость урожайности озимой пшеницы от уровня плодородия почвы, выраженного вышеуказанным коэффициентом (Рисунок 4).

Рисунок 4. Зависимость урожайности зерна озимой пшеницы от уровня плодородия почв.

4. Влияние агротехнических факторов в различных погодных условиях на урожайность озимой пшеницы

Черный пар как предшественник по сравнению с многолетними травами первого года пользования обеспечивал большую урожайность в 74% случаев. В сравнении с многолетними травами 2-го года пользования черный пар имел преимущество в 68 % случаев. Многолетние травы первого года пользования в сравнении с многолетними травами второго года пользования обеспечивали большую урожайность зерна всего в 58% случаев. В среднем за изучаемый период урожайность озимой пшеницы выращенной по черному пару была на 3,6 ц/га выше, чем по многолетним травам первого года, и на 5,2 ц/га выше, чем по многолетним травам второго года.

Объединив годы исследования по характеру условий увлажнения оцениваемых по гидротермическому коэффициенту (А.П.Лосев, Л.Л.Журина, 2001) можно отметить, что слабое увлажнение (среднее значение ГТК 0,34) отмечалось в 20% случаев, недостаточное увлажнение (среднее значение ГТК 0,80), также в 20% случаев, оптимальное увлажнение (среднее значение ГТК 1,32) - в 25% случаев, а избыточное увлажнение (среднее значение ГТК 1,85) в 35% случаев.

В различных гидротермических условиях изменялась урожайность озимой пшеницы, возделываемой по разным предшественникам. Так, при использовании в качестве предшественника черного пара наибольшая урожайность была получена при оптимальном увлажнении - 30,5 ц/га, а наименьшая при избыточном увлажнении - 26,7 ц/га. При слабом и недостаточном увлажнении урожайность озимой пшеницы была выше, чем при избыточном на 1,0-1,4 ц/га.

В том случае, когда в качестве предшественника озимой пшеницы использовались многолетние травы первого года, наибольшая урожайность озимой пшеницы получена при избыточных условиях увлажнения - 26,1 ц/га. При слабом, недостаточном и оптимальном увлажнении средняя урожайность практически не различалась.

При возделывании озимой пшеницы по многолетним травам второго года пользования, также самая высокая урожайность получена в годы с избыточным увлажнением. В засушливые годы со слабым увлажнением урожайность озимой пшеницы по этому предшественнику резко снижается на 10,4 ц/га. При оптимальном увлажнении урожайность озимой пшеницы была несколько меньшей (на 1,7 ц/га), чем в избыточно увлажненные годы.

При избыточном увлажнении урожайность озимой пшеницы практически не отличается по всем изучаемым предшественникам. При оптимальном и недостаточном увлажнении черный пар имеет явное преимущество перед травами, как первого, так и второго года, хотя разницы между последними по степени влияния на урожайность зерна практически не наблюдается. При слабом увлажнении черный пар обеспечивает большую урожайность на 4,0 ц/га по сравнению с травами первого года, и на 11,8 ц/га по сравнению с травами второго года пользования.

При распределении периода исследований по условиям увлажнения установлено, что в любых условиях увлажнения существенной разницы между отвальной и безотвальной обработкой почвы по степени влияния на урожайность озимой пшеницы не отмечается (Таблица 3).

При избыточном увлажнении безотвальная обработка почвы способствовала повышению урожайности озимой пшеницы при посеве по многолетним травам первого года пользования на 1,8 ц/га. Отвальная обработка почвы имела преимущество по сравнению с безотвальной в условиях недостаточного увлажнения при посеве по многолетним травам второго года пользования (+4,7 ц/га).

Органические удобрения в количестве 48 т/га, внесенные один раз в ротацию четырехпольного севооборота (12 т/га севооборотной площади), во все анализируемые годы повышали урожайность озимой пшеницы. Эта прибавка существенно варьировала по годам, причем минимальный прирост урожайности от органических удобрений составлял 0,3 ц/га, максимальный 10,4 ц/га. Анализ влияния последействия органических удобрений показал, что они повышают урожайность озимой пшеницы в среднем на 6,2 ц/га.

Таблица 3.

Урожайность озимой пшеницы в зависимости от предшественника, способа основной обработки почвы и гидротермических условий, ц/га за 1987-2012 г.

Предшественник	Обработка почвы	Условия увлажнения по ГТК
		слабое	недостаточное	оптимальное	избыточное
Черный пар	отвальная	27,7	28,1	30,5	26,7
	безотвальная	26,8	29,8	31,0	26,8
Многолетние травы 1-го года	отвальная	23,7	23,4	23,8	26,1
	безотвальная	23,2	23,9	23,0	27,9
Многолетние травы 2-го года	отвальная	15,9	23,5	24,6	26,3
	безотвальная	15,8	18,8	24,2	25,6
НСР05	2,3

При изучении условий увлажнения и влияния последействия органических удобрений на урожайность зерна озимой пшеницы установлено, что наибольшую прибавку урожая (9,2 ц/га) органические удобрения обеспечивают при недостаточном увлажнении в том случае, когда озимая пшеница размещалась по черному пару (Таблица 4).

Таблица 4.

Урожайность озимой пшеницы в зависимости от предшественника,

органических удобрений и условий увлажнения, ц/га за 1987-2012 г.

Предшест-венник	Органические удобрения	Условия увлажнения по ГТК
		слабое	недостаточное	оптимальное	избыточное
Черный пар	без удобрений	27,7	28,1	30,5	26,7
	навоз 48 т/га	33,5	37,3	34,2	32,6
Многолетние травы 1-го года	без удобрений	23,7	23,4	23,8	26,1
	навоз 48 т/га	27,6	28,9	26,7	33,1
Многолетние травы 2-го года	без удобрений	15,9	23,5	24,6	26,3
	навоз 48 т/га	20,2	29,0	28,6	31,8
НСР05	2,9

Минеральные удобрения во все исследуемые годы повышали урожайность озимой пшеницы. Эта прибавка существенно варьировала по годам, причем минимальный прирост урожайности от минеральных удобрений составлял 3,6 ц/га, максимальный 15,2 ц/га. В среднем за исследуемый период прибавка урожайности от минеральных удобрений составила 8,4 ц/га.

В зависимости от условий увлажнения действие минеральных удобрений проявляется неоднозначно. Наибольшая прибавка урожая зерна озимой пшеницы отмечается в условиях недостаточного увлажнения (Таблица 5).

Таблица 5.

Урожайность озимой пшеницы в зависимости от предшественника, минеральных удобрений и условий увлажнения, ц/га за 1987-2012 г.

Предшест-венник	Минеральные удобрения	Условия увлажнения по ГТК
		слабое	недостаточное	оптимальное	избыточное
Черный пар	без удобрений	27,7	28,1	30,5	26,7
	N40P80K80	35,3	43,5	36,6	33,1
Многолетние травы 1-го года	без удобрений	23,7	23,4	23,8	26,1
	N40P80K80	28,7	35,7	28,0	34,0
Многолетние травы 2-го года	без удобрений	15,9	23,5	24,6	26,3
	N40P80K80	19,6	34,5	30,4	32,9
НСР05	3.7

Так, при посеве по черному пару в этих условиях урожайность повышалась на 15,4 ц/га, многолетним травам первого года - на 12,3 ц/га, многолетним травам второго года - на 11,0 ц/га. При слабом увлажнении наибольшую прибавку урожайности оказывали минеральные удобрения, внесенные под озимую пшеницу, размещенную по черному пару - +7,6 ц/га, а наименьшую - по многолетним травам 2-го года - +3,7 ц/га.

При оптимальных условиях увлажнения также больший прирост урожайности обеспечили удобрения, внесенные под озимую пшеницу в зернопаропропашном севообороте - +6,1 ц/га. В условиях избыточного увлажнения прибавка урожайности озимой пшеницы от минеральных удобрений была наибольшей при размещении ее посевов по многолетним травам 1-го года - +7,9 ц/га.

Зависимость урожайности озимой пшеницы от рассмотренных агротехнических приемов и условий увлажнения выражается квадратичным уравнением множественной регрессии (2):

У= 3,84Х1- 3,57Х2- 1,43Х3 + 2,95Х4 + 5,13Х5 - 0,85 Х12+27,23, (2)

где R2= 0,66; FФ = 28,4

У - урожайность озимой пшеницы, ц/га;

Х1 - увлажнение территории по ГТК (0 - слабое, 1 - недостаточное, 2 - оптимальное, 3 - избыточное).

Х2 - предшественник (0 - черный пар; 1 - многолетние травы 1-го года, 2 - многолетние травы 2-го года,);

Х3 - способ основной обработки почвы (0 - отвальная обработка; 1 - безотвальная обработка);

Х4 - органические удобрения (0 - без удобрений; 1 - последействие 48 т/га навоза за ротацию севооборота);

Х5 - минеральные удобрения (0 - без удобрений; 1 - N40P80K80 кг/га д.в.).

5. ВЛИЯНИЕ АГРОТЕХНИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В РАЗЛИЧНЫХ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЯХ НА КАЧЕСТВО ЗЕРНА ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ

Анализ качества зерна озимой пшеницы (по содержанию клейковины) за период исследований показал, что черный пар как предшественник обеспечивал наибольшее содержание клейковины в зерне в 75% случаев по сравнению с многолетними травами первого года пользования. В сравнении с многолетними травами второго года пользования черный пар имел преимущество в 90 % случаев.

Установлено, что в различных гидротермических условиях изменяется содержание клейковины в зерне озимой пшеницы возделываемой по разным предшественникам. Так, при использовании в качестве предшественника черного пара максимальное количество клейковины в зерне отмечается при оптимальном увлажнении - 29,5%, а минимальное - при слабом увлажнении - 23,8%. При недостаточном и избыточном увлажнении содержание клейковины было ниже, чем при оптимальном на 2,2 и 0,6% соответственно (Таблица 6).

В том случае, когда в качестве предшественника озимой пшеницы использовались многолетние травы первого года отмечено повышение содержания клейковины от периодов со слабым увлажнением к годам с избыточным увлажнением, при котором получено самое высокое содержание клейковины в зерне - 28,7%. Таким образом, при посеве озимой пшеницы по многолетним травам первого года прослеживается четкая тенденция к повышению качества зерна с ростом увлажненности года.

По степени влияния на содержание клейковины в зерне озимой пшеницы отвальная обработка почвы имеет преимущество, в сравнении с безотвальной, в 75% случаев. В среднем за анализируемый период содержание клейковины в зерне озимой пшеницы возделываемой на фоне отвальной вспашки была на 1,8% выше, чем на фоне безотвальной обработки.

При возделывании озимой пшеницы по черному пару при любом уровне увлажнения по степени влияния на содержание клейковины в зерне преимущество имела отвальная вспашка. Также можно отметить, что применение безотвальной обработки почвы в зернопаропропашном севообороте позволяет получить зерно с примерно одинаковым содержанием клейковины в условиях недостаточного, оптимального и избыточного увлажнения.

Таблица 6.

Содержание клейковины в зерне озимой пшеницы в зависимости от предшественника, способа основной обработки почвы и условий увлажнения за 1987-2012 г.

Предшест-венник	Обработка почвы	Условия увлажнения по ГТК
		слабое	недостаточное	оптимальное	избыточное
Черный пар	отвальная	23,8	27,3	29,5	28,9
	безотвальная	22,5	26,8	26,3	26,4
Многолетние травы 1-го года	отвальная	23,4	24,7	26,5	28,7
	безотвальная	22,9	28,1	28,2	28,8
Многолетние травы 2-го года	отвальная	22,9	26,5	24,8	25,1
	безотвальная	22,7	24,6	26,1	26,9
НСР05	1,3

При возделывании озимой пшеницы по многолетним травам первого года пользования вспашка имела преимущество лишь в условиях слабого увлажнения. При недостаточном и оптимальном увлажнении содержание клейковины было на 3,4 и 1,7% выше при использовании безотвальной обработки. При избыточном увлажнении оба способа основной обработки почвы по влиянию на содержание клейковины в зерне были равнозначными.

При использовании в качестве предшественника озимой пшеницы многолетних трав второго года пользования в условиях слабого увлажнения по влиянию на уровень содержания клейковины в зерне изучаемые способы основной обработки почвы существенно не отличались. При оптимальном и избыточном увлажнении количество клейковины в зерне было выше при использовании безотвальной обработки на 1,3 и 1,8% соответственно.

Анализ влияния последействия органических удобрений показал, что они повышают содержание клейковины в зерне озимой пшеницы в среднем на 1,0%. При изучении условий увлажнения и влияния последействия органических удобрений на качество зерна озимой пшеницы установлено, что наибольшую прибавку клейковины в зерне (2,1-2,2%) органические удобрения обеспечивают при слабом и избыточном увлажнении в том случае, когда озимая пшеница размещалась по многолетним травам второго года (Таблица 7).

В условиях недостаточного увлажнения последействие органических удобрений обеспечивает стабильный прирост клейковины в 1,3-1,6% по всем изучаемым предшественникам.

При посеве озимой пшеницы по черному пару отмечается рост прибавки клейковины от минеральных удобрений - от периодов со слабым увлажнением к годам с избыточным увлажнением. Максимальный прирост клейковины здесь зафиксирован в избыточно увлажненные годы - 3,4% (Таблица 8).

Таблица 7.

Содержание клейковины в зерне озимой пшеницы в зависимости от предшественника, органических удобрений и условий увлажнения

Предшест-венник	Органические удобрения	Условия увлажнения по ГТК
		слабое	недостаточное	оптимальное	избыточное
Черный пар	без удобрений	23,8	27,3	29,5	28,9
	навоз 48 т/га	24,2	28,9	29,9	29,7
Многолетние травы 1-го года	без удобрений	23,4	24,7	26,5	28,5
	навоз 48 т/га	23,5	26,3	27,8	28,7
Многолетние травы 2-го года	без удобрений	22,9	26,5	24,8	25,1
	навоз 48 т/га	25,0	27,8	26,0	27,3
НСР05	1,3

Таблица 8.

Содержание клейковины в зерне озимой пшеницы в зависимости от предшественника, минеральных удобрений и условий увлажнения

Предшест-венник	Минеральные удобрения	Условия увлажнения по ГТК
		слабое	недостаточное	оптимальное	избыточное
Черный пар	без удобрений	23,8	27,3	29,5	28,9
	N40P80K80	25,6	29,2	32,2	32,3
Многолетние травы 1-го года	без удобрений	23,4	24,7	26,5	28,7
	N40P80K80	24,2	26,7	27,3	29,2
Многолетние травы 2-го года	без удобрений	22,9	26,5	24,8	25,1
	N40P80K80	25,1	28,2	25,6	27,5
НСР05	1,5

В том случае, когда предшественником озимой пшеницы являлись многолетние травы первого года, минеральные удобрения оказали наибольший эффект в годы с недостаточным увлажнением (+2,0%). В остальные годы прирост клейковины был невысоким - 0,5-0,8%. При размещении посевов озимой пшеницы по многолетним травам второго года эффект от минеральных удобрений наиболее полно проявился в годы со слабым (+2,2%) и избыточным увлажнением (+2,4%). Несколько меньший прирост клейковины в зерне отмечен в годы с недостаточным увлажнением (+1,7%).

Изученные агротехнические приемы - предшественник, способ основной обработки почвы, органические и минеральные удобрения, как показано, находятся в тесной зависимости от агроклиматических факторов. Данная зависимость выражается уравнением (3):

У = 2,81Х1- 1,35Х2- 1,57Х3 + 0,74Х4 + 1,27Х5 + 1,22 Х2 Х3 - 0,51Х12+25,2, (3)

где R2= 0.84; FФ = 30,03

У - содержание клейковины в зерне озимой пшеницы, %;

Х1 - увлажнение территории по ГТК (0 - слабое, 1 - недостаточное, 2 - оптимальное, 3 - избыточное).

Х2 - предшественник (0 - черный пар; 1 - многолетние травы 1-го года, 2 - многолетние травы 2-го года,);

Х3 - способ основной обработки почвы (0 - отвальная обработка; 1 - безотвальная обработка);

Х4 - органические удобрения (0 - без удобрений; 1 - последействие 48 т/га навоза за ротацию севооборота);

Х5 - минеральные удобрения (0 - без удобрений; 1 - N40P80K80 кг/га д.в.).

6. Экономическая эффективность агротехнических факторов в различных погодных условиях

Для расчета экономической эффективности использовалась технологическая карта. Так как анализировались данные по урожайности озимой пшеницы с 1987 года и стоимость затрат на производство, и цена реализации продукции сильно менялись, то оценка экономической эффективности агротехнических приемов проводилась в ценах 2013 г.

Была проведена оценка экономической эффективности возделывания озимой пшеницы в зависимости от условий увлажнения по ГТК. В результате оценки установлено, что в условиях слабого увлажнения наибольший доход 7049 руб. на 1 га получен на варианте с использованием в качестве предшественника черного пара на фоне безотвальной обработки почвы при последействии навоза. Самую высокую рентабельность обеспечили контрольные варианты по черному пару на фоне безотвальной обработки - 92,9% и вспашки - 85,3%, что вызвано наименьшими затратами. Минеральные удобрения не обеспечили рост доходности, что обусловлено их высокой стоимостью и невысокой прибавкой урожая. При использовании в качестве предшественника многолетних трав первого года отмечается снижение уровня доходности и рентабельности по всем вариантам по сравнению с вариантами, где предшественником выступал черный пар. Наибольшая доходность и рентабельность здесь отмечается на контрольных вариантах. При посеве по многолетним травам второго года в условиях слабого увлажнения отмечается резкое снижение доходности и в большинстве случаев убыток.

В условиях недостаточного увлажнения наибольший доход в 9677 руб. на 1 га получен на варианте с использованием в качестве предшественника черного пара, на фоне отвальной обработки почвы при внесении минеральных удобрений. Уровень рентабельности на этом варианте составил 80,2%. На аналогичном варианте безотвальная обработка почвы несколько уступала по уровню доходности (на 71 руб. на 1 га), но была более рентабельной на 4,2%. При посеве по многолетним травам первого года уровень доходности и рентабельности был в целом ниже, чем при посеве по черному пару. По этому предшественнику самый высокий доход получен на фоне безотвальной обработки и последействии навоза - 5799 руб. на 1 га с рентабельностью 62,0%. При посеве по многолетним травам второго года наиболее высокий доход - 5177 руб. на 1 га получен на варианте с применением отвальной обработки почвы и внесением минеральных удобрений. В отличие от условий слабого увлажнения убытка на вариантах с этим предшественником не отмечается.

В условиях оптимального увлажнения наиболее доходным (8553 руб. на 1 га) и рентабельным (123,1%) оказался вариант с посевом озимой пшеницы по черному пару, без применения удобрений на фоне безотвальной обработки почвы. Это обусловлено резервами парового поля накапливающего минеральный азот и влагу, а также оптимальными условиями развития растений. Применение минеральных удобрений было наиболее эффективным на фоне отвальной обработки почвы. Последействие навоза по уровню доходности и рентабельности превосходило варианты с внесением минеральных удобрений. При посеве по многолетним травам первого года наиболее доходным (4553 руб. на 1 га) и рентабельным (65,5%) также был вариант без применения удобрений на фоне безотвальной обработки почвы. Как и при посеве по черному пару, внесение минеральных удобрений было более эффективным на фоне отвальной обработки почвы. При посеве озимой пшеницы по многолетним травам второго года самый высокий доход (5153 руб. на 1 га) получен при использовании безотвальной обработки почвы и без применения удобрений. Наиболее эффективным применение минеральных удобрений было на фоне отвальной обработки почвы.

В условиях избыточного увлажнения, при размещении посевов по черному пару, самый высокий доход (6453 руб. на 1 га) получен на фоне безотвальной обработки почвы без применения удобрений. На фоне отвальной обработки почвы довольно эффективным оказалось последействие навоза - 6420 руб. на 1 га дохода при рентабельности 65,0%. Минеральные удобрения, в условиях избыточного увлажнения, обеспечили большую доходность (4562 руб. на 1 га) на фоне безотвальной обработки почвы. При использовании в качестве предшественника многолетних трав первого года наибольшая доходность получена на вариантах с последействием навоза; на фоне безотвальной обработки почвы - 7099 руб. на 1 га, на фоне отвальной обработки почвы - 6670 руб. на 1 га. Хотя рентабельность была самой высокой на контрольных вариантах. Минеральные удобрения позволили получить больший доход при их внесении на фоне безотвальной обработки почвы , чем на фоне отвальной - на 1335 руб. на 1 га. При посеве озимой пшеницы по многолетним травам второго года самый высокий доход (6020 руб. на 1 га) получен на фоне отвальной обработки почвы при последействии навоза. Но наибольшая рентабельность отмечается на контрольных вариантах без применения удобрений. Доход от применения минеральных удобрений был выше по безотвальной обработке почвы, чем по отвальной на 85 руб. на 1 га.

При посеве по черному пару наиболее высокий доход производство зерна озимой пшеницы дает в условиях недостаточного увлажнения, а при посеве по многолетним травам как первого, так и второго года пользования - в условиях избыточного увлажнения. В условиях слабого, недостаточного и оптимального увлажнения наибольший доход от применения минеральных удобрений обеспечивается на фоне отвальной обработки почвы, а в условиях избыточного увлажнения на фоне безотвальной обработки почвы. Последействие навоза под озимую пшеницу в зернопаропропашном севообороте обеспечивает получение самого высокого дохода при недостаточном увлажнении, а в зернотравянопропашном и зернотравяном севообороте - в условиях избыточного увлажнения.

7. Прогнозирование урожайности озимой пшеницы в зависимости от агроклиматических и агротехнических факторов и уровня плодородия почв

Как показано проведенными исследованиями, рассмотренные агротехнические факторы - предшественник, способ основной обработки почвы, органические и минеральные удобрения, а также уровень плодородия почвы, действуют, как правило, в комплексе друг с другом и находятся в тесной зависимости от погодных условий, складывающихся в конкретном году в конкретный период развития растений озимой пшеницы.

Поэтому, в целом зависимость урожайности озимой пшеницы от рассмотренных агротехнических факторов во взаимосвязи с почвенно-агроклиматическими условиями можно выразить квадратичным уравнением множественной регрессии (4):

У= - 1,29Х1- 3,04Х2+2,93Х3+5,02Х4+0,25Х5+1,1Х6+8,0Х7 - 2,72Х72-12,97, (4)

где R2= 0,55; FФ = 28,65

У - урожайность озимой пшеницы, ц/га;

Х1 - предшественник (0 - черный пар; 1 - многолетние травы и бобовые культуры, 2 - непаровые предшественники);

Х2 - способ основной обработки почвы (0 -вспашка; 1 - безотвальная обработка);

Х3 - органические удобрения (0 - без удобрений; 1 - последействие 48 т/га навоза за ротацию);

Х4 - минеральные удобрения (0 - без удобрений; 1 - N40P80K80);

Х5 - запасы продуктивной влаги в почве в весенний период (апрель), мм;

Х6 - коэффициент плодородия;

Х7 - гидротермический коэффициент за май

На основе полученного уравнения создана компьютерная программа «Прогноз урожайности озимой пшеницы» (Рисунок 5).

Модель была апробирована по пятилетним данным урожайности озимой пшеницы, полученным в условиях полевого опыта. Гидротермические условия варьировали от засушливых до избыточно увлажненных (ГТК = 0.8-3.04, коффициент варьирования = 67%). Достоверность прогнозных расчетов урожайности озимой пшеницы составила в среднем 76%.

В 2013 г. была проведена производственная проверка предложенной модели в ЗАО «Артель» Обоянского района Курской области. На основании необходимой для прогнозирования информации об агротехнике выращивания озимой пшеницы в хозяйстве и агроклиматических данных района был рассчитан прогнозируемый уровень урожайности в 52,5 ц/га для конкретного поля площадью 95 га. После уборки зерна озимой пшеницы на данном поле, фактическая урожайность составила 55 ц/га. Результат производственной проверки предлагаемой модели показал достоверность прогноза - 95,5 %.

Рисунок 5. Компьютерная программа «Прогноз урожайности озимой пшеницы»

Выводы

1. Имеется линейная зависимость урожайности озимой пшеницы от рассмотренных агроклиматических факторов зимнего периода. Наибольшее влияние на урожайность озимой пшеницы оказывает температура воздуха в зимний период. Наиболее оптимальным является уровень снежного покрова 20-23 см. Получено уравнение зависимости урожайности озимой пшеницы от агроклиматических показателей зимнего периода, которое может быть использовано при ориентировочном прогнозировании урожайности озимой пшеницы для организации и планирования весенних полевых работ до начала периода активной вегетации растений.

2. Агроклиматическими показателями, оказывающими значимое влияние на урожайность озимой пшеницы в период ее активной вегетации, являются весенние запасы продуктивной влаги в почве и гидротермические условия мая-июня. При этом характер зависимости описывается уравнением второго порядка.

3. Установлена линейная зависимость урожайности озимой пшеницы от уровня плодородия почвы. Изучаемые агроклиматические показатели значимого влияния на характер зависимости урожайности озимой пшеницы от уровня плодородия почвы не оказывают.

4. В засушливых условиях года наилучшим предшественником для озимой пшеницы является черный пар, а при избыточном увлажнении практически все предшественники равноценны.

5. В любых условиях увлажнения отвальная и безотвальная способы обработки почвы равнозначны по степени воздействия на урожайность озимой пшеницы.

6. В условиях слабого и недостаточного увлажнения наибольший эффект от последействия органических удобрений на урожайность озимой пшеницы проявляется в том случае, когда озимая пшеница размещается по черному пару. При избыточном увлажнении последействие органических удобрений в большей степени обеспечивается при посеве по многолетним травам 1-го года пользования.

7. Наибольшая прибавка урожая зерна озимой пшеницы от внесения минеральных удобрений в дозе N40P80K80 отмечается в условиях недостаточного увлажнения. При посеве по черному пару в этих условиях урожайность повышается на 15,4 ц/га, многолетним травам 1-го года - на 12,3 ц/га, многолетним травам 2-го года - на 11,0 ц/га. При слабом и оптимальном увлажнении наибольшую прибавку урожайности оказывают минеральные удобрения, внесенные под озимую пшеницу, размещенную по черному пару. В условиях избыточного увлажнения прибавка урожайности озимой пшеницы от минеральных удобрений была наибольшей при размещении ее посевов по многолетним травам 1-го года.

8. Действие агротехнических факторов на качество зерна озимой пшеницы неоднозначно и обусловлено их взаимодействием между собой и с агроклиматическими факторами. Полученное уравнение зависимости качества зерна озимой пшеницы от исследованных факторов цлесообразно учитывать при выборе технологии выращивания озимой пшеницы.

9. При посеве по черному пару наиболее высокий доход производство зерна озимой пшеницы дает в условиях недостаточного увлажнения, а при посеве по многолетним травам как 1-го, так и 2-го года использования в условиях избыточного увлажнения. В условиях слабого, недостаточного и оптимального увлажнения наибольший доход от применения минеральных удобрений обеспечивается на фоне отвальной обработки почвы, а в условиях избыточного увлажнения на фоне безотвальной обработки почвы. Последействие навоза под озимую пшеницу в зернопаропропашном севообороте обеспечивает получение самого высокого дохода при недостаточном увлажнении, а в зернотравянопропашном и зернотравяном севообороте в условиях избыточного увлажнения.

10. Модель, созданная на основе результатов исследований зависимости урожайности озимой пшеницы от агроклиматических, агротехнических факторов и уровня плодородия почвы, а также компьютерная программа «Прогноз урожайности озимой пшеницы» могут применяться в сельскохозяйственном производстве для прогнозирования урожайности озимой пшеницы в конкретных почвенно-климатических условиях с краткосрочной и среднесрочной заблаговременностью.

Предложения производству

1. В условиях Курской области для прогнозирования урожайности озимой пшеницы с краткосрочной и среднесрочной заблаговременностью рекомендуется использовать разработанную на основе установленных зависимостей модель прогнозирования урожайности озимой пшеницы с помощью созданной компьютерной программы «Прогноз урожайности озимой пшеницы».

2. Полученную зависимость качества зерна озимой пшеницы от агроклиматических и агротехнических факторов рекомендуется использовать при выборе технологии возделывания озимой пшеницы.

Список работ опубликованных по теме диссертации

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Дубовик Д.В., Виноградов Д.Ю. Влияние климатических условий года на урожайность озимой пшеницы // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии, №7, 2012. - С. 46-47.

2. Дубовик Д.В., Виноградов Д.Ю. Погодные условия зимнего периода и урожайность озимой пшеницы // Достижения науки и техники АПК, №5, 2013. - С. 23-24.

3. Дубовик Д.В., Дубовик Е.В., Виноградов Д.Ю. Влияние агротехнических

приемов на урожайность озимой пшеницы // Земледелие, № 1, 2014. - С. 39-40.

Статьи в прочих изданиях

4. Сухановский Ю.П., Дубовик Д.В., Акименко А.С., Виноградов Д.Ю. Оценка влияния случайных факторов на урожайность сельскохозяйственных культур // Материалы всероссийской научной конференции (с международным участием) «Методы оценки сельскохозяйственных рисков и технологии смягчения последствий изменения климата в земледелии» Санкт-Петербург, 13-14 октября 2011 г. - СПб., АФИ, 2011. - С. 95-98.

5. Сухановский Ю.П., Дубовик Д.В., Виноградов Д.Ю. Оценк...