УДК 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
ББК 40 Естественнонаучные и технические основы сельского хозяйства
Исследования проводили с целью определения оптимального срока посева озимой пшеницы по различным предшественникам в условиях изменяющегося климата лесостепи Поволжья. Работу выполняли в 2013–2019 гг. в Ульяновской области на тяжелосуглинистом выщелоченном черноземе с использованием общепринятых методик. Схема опыта предусматривала изучение двух предшественников (горох и чистый пар) озимой мягкой пшеницы сорта Марафон, высеваемой в 6 сроков посева с интервалом в 10 дней (с 20 августа по 10 октября). Норма высева по чистому пару 5,0 млн всхожих семян на 1 га, по гороху – 5,5 млн всхожих семян на 1 га. Средняя годовая температура воздуха за 1961–2018 гг. повысилась на 1,8 °С. Наиболее значительное ее увеличение отмечено в последний двадцатипятилетний отрезок времени в зимние месяцы. Рост повторяемости экстремально теплых зим и вариабельности температур в зимний период существенно изменили условия перезимовки озимых культур. Увеличилась опасность развития зимующих сорняков, болезней выпревания, вымокания озимых, улучшились условия перезимовки вредителей. Смягчить опасность природно-климатической уязвимости посевов в период зимовки можно путем соблюдения оптимальных сроков посева, которые должны быть перенесены на более поздний период (на 7…9 дней), по сравнению с ранее рекомендованными. Оптимальный период посева озимой пшеницы в Ульяновской области с 30 августа по 10 сентября. Более ранние посевы интенсивнее поражаются болезнями (мучнистой росой и бурой ржавчиной), а более поздние, ушедшие в зиму в фазе всходов, – формируют низкую густоту, образуют мелкий колос и обеспечивают низкую урожайность или полностью погибают
изменение климата, озимая пшеница, предшественник, сроки сева, урожайность, качество зерна, клейковина, белок
Изменение климата – важная проблема, оказывающая большое влияние на развитие экономики и общества как в масштабах Российской Федерации, так и в рамках её регионов. В последние годы усилия учёных сосредоточены на исследовании природы климатических изменений и их воздействия на биосферу и общество [1, 2]. В свете этого особую актуальность приобретают вопросы адаптации к изменяющимся климатическим условиям сельского хозяйства, в том числе посредством новых подходов, выявления климатических рисков и смягчения их последствий. Комплексное исследование изменчивости и экстремальности климата во взаимосвязи с урожайностью и сроками посева озимой пшеницы в Ульяновской области как в одном из ведущих аграрных регионов страны имеет важное практическое значение, поскольку позволяет решать продовольственную проблему за счет более эффективного использования природно-климатических ресурсов [3, 4].
Цель исследований – определение влияния срока посева озимой пшеницы в условиях изменяющегося климата лесостепи Поволжья на перезимовку растений, урожайность и качество зерна.
Условия, материалы и методы исследований. Исследования проводили на опытном поле ФГБНУ «Ульяновский НИИСХ» в 2013–2019 гг. Исходной информацией для проведения исследований послужили данные наблюдений на шести метеостанциях (Инза, Сурское, Ульяновск, Димитровград, Сенгилей, Канадей) с 1961 по 2018 гг. Сведения о температуре воздуха и количестве осадков были взяты из Агрометеорологических ежегодников по Ульяновской области за указанный период. Кроме того, использовали данные Росстата, статистические материалы и результаты исследований развития агропромышленного производства России, а также департамента сельского хозяйства Ульяновской области [5, 6].
Климат оказывает огромное влияние на сельское хозяйство [7, 8, 9]. Для определения тенденций изменения климата использовали методику и алгоритм на базе языка программирования (Excel, Fox Pro), а также пакеты программ (Statistica, AGROS), включающие в себя стандартные методы обработки рядов наблюдений на основе математической статистики, с использованием корреляционно-регрессионного анализа и графических методов. Значимость полученных оценок проверяли путем расчета стандартных критериев Фишера и Стьюдента.
Схема опыта включала следующие варианты:
предшественник (фактор А) – чистый пар, горох;
сроки посева (фактор В) – 20.08; 30.08; 10.09; 20.09; 30.09; 10.10.
Повторность 3-кратная, учетная площадь делянок 36 м2. Размещение делянок систематическое. Посев обычный рядовой с нормой высева по чистому пару 5,0 млн шт./га, по гороху – 5,5 млн шт./га.
Почва опытного участка – чернозем выщелоченный тяжелосуглинистый среднемощны, со следующими показателями почвенного плодородия: гумус по Тюрину в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91) – 6,5 %, рН солевой вытяжки – 6,3…6,5, Р2О5 и К2О по методу Чирикова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26204-91) – соответственно 185…215 и 80…85 мг/кг. Агротехника возделывания озимой пшеницы включала двукратную обработку после гороха дискатором, предпосевную культивацию, посев, прикатывание, внесение сложных удобрений в дозе N16P16K16 при посеве. Ранневесеннюю подкормку озимой пшеницы аммиачной селитрой (в дозе 34…40 кг/га д.в.) осуществляли по мерзло-талой почве при температуре воздуха +3…+5 оС. При достижении почвой спелости проводили боронование, на слабых посевах и при выпирании растений – уплотнение почвы кольчато-шпоровыми катками. В фазе кущения с учётом порога вредоносности посевы обрабатывали гербицидами, фунгицидами и инсектицидами.
Колошение озимой пшеницы первых трех сроков сева (с 20 августа по 10 сентября) отмечали в конце мая – начале июня, в остальных вариантах – с опозданием на 4…10 дней. Восковой спелости растения достигали в третьей декаде июля, полной в конце июля – начале августа. Продолжительность вегетационного периода составила 300…340 дней.
Уборку проводили однофазным способом при влажности зерна не более 17 %. Урожайность приводили к 100 %-ной чистоте и 14 %-ной влажности.
Метеорологические условия в годы проведения исследований были различными, отмечали отклонения по количеству выпавших осадков, ходу суточной температуры воздуха и ГТК (табл. 1). В последнее десятилетие в связи с потеплением климата сумма активных температур осенью с 20 августа до прекращения вегетации (октябрь) изменялась от 545 до 803 °С, при норме 550 °С, сумма атмосферных осадков – от 86 до 239 мм, при норме 114 мм. Наибольшее количество осадков осенью (239 мм) выпало в 2013 г., наименьшее (86 мм) – в 2015 г. Сумма атмосферных осадков за период перезимовки варьировала от 130 до 347 мм при норме 124 мм, за период весенне-летнего развития (апрель–июнь) – от 60 до 191 мм при средних многолетних значениях 135 мм.
Максимальная за период исследований высота снежного покрова достигала 61…71 см
в 2018–2019 и 2017–2018 сельскохозяйственные годы, запасы воды в снеге составляли 126 и 112 мм соответственно.
При оценке влагообеспеченности территории использовали гидротермический коэффициент (ГТК) Г. Т. Селянинова [9]. Годы с достаточной влагообеспеченностью осенью практически отсутствовали. Засушливые условия формировались четыре раза (66,7 %), избыточную увлажненность отмечали в 2013 и 2016 гг. (33,3 %). В период вегетации оптимальная влагообеспеченность складывалась один раз в 2016 г. (16,7 %), три года (2015, 2017 и 2018 гг. – 50 %) характеризовались недостаточным увлажнением, в 2014 и 2019 гг. (33,3 %) отмечали засушливую погоду, что согласуется с данными А. И. Бышева, согласно которым в последние десятилетия во внетропических широтах возросла вероятность возникновения экстремальных антициклонов, что увеличивает риск таких неблагоприятных явлений как засухи летом и экстремальные морозы зимой [4].
Перед уходом в зиму и через каждые 30 дней на опытных участках озимой пшеницы отбирали монолиты на оценку морозостойкости и определяли содержание сахара в растениях в течение всего зимнего периода.
Результаты и обсуждение. От метеоусловий текущего года зависит почти половина урожайности [8, 9]. Наименьший их вклад в Ульяновской области отмечен в центральной зоне – 35,8 % (табл. 2), самый высокий – в южной (56,7 %). Метеорологическая составляющая урожайности характеризуют уровень агротехники, достигнутый в каждом году, и
указывает на ту часть изменчивости урожайности, которая связана с особенностями агрометеорологических условий вегетационных периодов.
Климат за последнее полвека заметно изменился как на глобальном, так и на региональном уровне [1, 2]. При этом в Ульяновской области отмечена тенденция к потеплению во все сезоны года (см. рисунок).
Наибольшее повышение температуры отмечено в зимние месяцы, что способствует сохранению посевов от вымерзания, создает хорошие предпосылки для возделывания, наряду с рожью и озимой пшеницей, озимого ячменя, озимой тритикале и озимого рапса. При этом значимой причиной гибели озимых становятся выпревание и вымокание (2011–2012, 2018–2019 с.-х. гг.) [4, 8].
Результаты анализа тенденций изменения дат перехода через пороговые значения (табл. 3) свидетельствуют, что на территории Ульяновской области преобладает смещение весеннего подъема температуры на более ранние сроки. Сильнее всего она прослеживается в отношении перехода температуры через 0 °С, +5 °С и +10 °С, хотя в последнем случае эта тенденция проявляется слабее [9, 10]. Одновременно осенью даты перехода температур через 10° и 5 °С наступают позднее.
Поэтому рекомендованные ранее сроки посева озимых культур целесообразно сместить на более поздний период (7…9 дней), а посев яровых, с целью оптимального использования ресурсов влаги, проводить в более ранние сроки.
Лучшие сроки посева во многом зависят от складывающихся погодных условий. При этом ранние посевы, как правило, формируют большую вегетативную массу, что создает предпосылки для отмирания самых развитых осенних побегов от выпревания, а поздние – не успевают развиться, оставаясь на первичных корнях, плохо перезимовывают и слабо отрастают, что сказывается на их продуктивности.
За годы исследований дата прекращения вегетации изменялась в диапазоне от 10 октября до 14 ноября, а ее возобновления – от 7 (2016 г.) до 18 апреля (2014 г.) при норме – 14 апреля [4]. В благоприятные для посева озимой пшеницы годы с оптимальными запасами
продуктивной влаги в пахотном слое почвы (30…40 мм) и температурным режимом всходы первых трех сроков посева (20, 30 августа и 10 сентября) по чистому пару появлялись на пятый день, по гороху на 1…2 дня позже. Их полнота по чистому пару достигала 95 %, по гороху – 83 %. К концу осенней вегетации растения достигали фазы кущения при сумме среднесуточных температур соответственно сроков посева 750, 560 и 400 °С, при оптимальной величине этого показателя, достаточной для формирования узла кущения, 550 °С.
При посеве 20 сентября (четвертый срок) к концу осенней вегетации растения озимой пшеницы находились в фазе полных всходов, 30 сентября (пятый срок) – в фазе всходов, 10 октября (шестой срок) – в состоянии наклюнувшихся проростков. Сумма среднесуточных температур в этих вариантах составляла соответственно 230, 150 и 70 °С, а в годы с холодной осенью была еще и ниже. Полнота всходов по мере задержки с посевом, по сравнению с предыдущими сроками, снижалась, а при шестом сроке отмечали их полную гибель.
К окончанию вегетационного периода растения озимой пшеницы первых трех сроков посева (с 20 августа по 10 сентября) в среднем за шесть лет исследований находились в хорошем состоянии для перезимовки и имели 2…3 побега. Высота растений первого срока посева составляла 11…24 см, второго и третьего – 11…18 см и 11…13 см соответственно. По мере задержки с посевом величина этого показателя снижалась.
В третьей декаде декабря, несмотря на перепады температуры и различную толщину снежного покрова (5…15 см), посевы оставались в хорошем состоянии. При возврате положительных температур, как это имело место в начале декабря 2015 г. (до 4…5 оС), отмечали возобновление вегетации озимой пшеницы и при удачной зимовке (январь и февраль 2016 г.) и своевременном возобновлении весенней вегетации средняя урожайность в варианте с поздним (10 октября) посевом достигала 2,38 т/га.
При определении состояния озимой пшеницы в конце зимы (третья декада февраля) снежный покров в годы исследования лежал плотным слоем толщиной 25…30 см, что хорошо защищало посевы от перепада температур в этот период времени. Лишь в годы с теплой и снежной зимой (2018–2019 гг.) возникала угроза гибели растений ранних сроков посева от выпревания.
Максимальное в опыте содержание сахара в узле кущения озимой пшеницы (9,81 %) было зафиксировано в растениях второго срока посева (30 августа). К концу зимы и в начале весны отмечали снижение величины этого показателя, по сравнению с предыдущими отборами монолитов, до 5,65 %. Такую же закономерность отмечали при поздних сроках посева, по отношению к ранним.
Оптимальные условия для возделывания озимой пшеницы в опыте в среднем за 6 лет складывались при посеве 30 августа – 10 сентября. Наибольший урожай зерна (4,8…5,1 т/га) сорта Марафон отмечен по чистому пару, по гороху он был в 1,3…1,4 раза меньше (3,7…3,8 т/га). Более ранние (20 августа), а также поздние (с 20 сентября по 10 октября) посевы обеспечивали формирование значительно меньших урожаев, в сравнении с лучшими сроками (табл. 4).
Максимальное в опыте содержание протеина (13,6 %) и клейковины (31,9 %) отмечено в зерне озимой пшеницы при позднем (10 октября) сроке посева по чистому пару, минимальное – 10 сентября по гороху (соответственно 12,2 и 28,8 %). В первом случае это можно объяснить низкой густотой стояния растений: большая площадь питания сыграла позитивную роль в создании качественного зерна озимой пшеницы. Во втором – качественные показатели были низкими из-за оптимальной плотности стеблестоя и высокой урожайности.
Наиболее значимое влияние на урожайность оказывали количество продуктивных стеблей (r=0,98), масса 1000 зерен (r=0,82) и количество осенних осадков (r=0,76), выпавших до прекращения вегетации.
Выводы. Средняя годовая температура воздуха за 1961–2018 гг. повысилась на 1,8 °С. Отмечена тенденция роста как средних, так и сезонных величин этого показателя. В зимние месяцы наблюдается тенденция роста количества выпадающих осадков. Это создает более благоприятные условия по влагообеспеченности и перезимовке озимой пшеницы. В условиях Ульяновской области преобладает тенденция к более раннему возобновлению вегетации озимой пшеницы весной, а даты перехода температур через 10° и 5 °С осенью смещаются на более поздние сроки, что приводит к увеличению продолжительности теплого и вегетационного периодов в регионе. Вследствие потепления зим вероятность вымерзания посевов снижается. В связи изложенным оптимальный срок посева озимой пшеницы в современных условиях приходится на период с 30 августа по 10 сентября.
Cведения об источнике финансирования. Работа выполнена в рамках Государственного задания
(№ АААА-А17-117041170024-6).
1. Gladun E., Dewan. BRICS Countries’ Political and Legal Participation in the Global Climate Change Agenda // BRICS Law Journal. 2016. Vol. 3. No. 3. P. 8-42.
2. Building Productive Links Between the UNFCCC and the Broader Global Climate Governance Landscape / M. Betsill, N. Dubash, М. Paterson, et al. // Global Environmental Politics. 2015. No. 15. P. 1-10.
3. Бышев В. И. Природные факторы глобальной изменчивости современного климата // Известия РАН. Сер. географическая. 2009. № 1. С. 55-70.
4. Шарипова Р. Б., Захаров С. А. Основные агроклиматические характеристики перезимовки озимых культур и их изменение // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2016. № 3 (27). С. 40-44.
5. Сельское хозяйство Ульяновской области / Отдел экономических программ, анализа и ценообразования Департамента сельского хозяйства. Ульяновск: Печатный двор, 2018. 32 с.
6. Сафонов Г. В. , Сафонова Ю. А. Влияния изменения климата на сельское хозяйство России: национальные и региональные аспекты (на примере производства зерна). М.: ОКСФАМ, 2013. № 4. С. 37-54.
7. Kim R. E., Mackey B. International environmental law as a complex adaptive system // International Environmental Agreements. 2014. Vol. 14. Issue 1. Р. 5-24.
8. Захаров А. И., Никитин С. Н., Шарипова Р. Б. Основные причины гибели озимых посевов в 2011/2012 гг. в Ульяновской области // Земледелие. 2014. № 2. С. 5-6.
9. Мирвис В. М., Гусева И. П., Мещерская А. В. Тенденции изменения временных границ теплого и вегетационного сезонов на территории бывшего СССР за длительный период // Метеорология и гидрология. 1996. № 9. С. 106-116.
10. Минин А. А. Изменчивость дат устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через пороговые значения на Русской равнине // Метеорология и гидрология. 1994. № 4. С. 66-71.
