Пшеница на черноземных склонах

Ученые провели исследования с целью усовершенствования базовых элементов агротехники выращивания озимой пшеницы на склонах. По результатам исследований определены лучшие предшественники зерновой культуры, способные минимизировать развитие эрозионных процессов, рекомендованы эффективные способы мульчировочной обработки почвы, предложена рациональная система питания растений с использованием органической продукции и минеральных удобрений. Пожнивные остатки предшественников измельчали ​​и равномерно распределяли на поле при сборе урожая. Расчет доз NPK производили с помощью нормативно-компенсационных методов, с учетом уровня продуктивности посевов и состояния плодородия почвы. Нитратный азот в почве определяли спектрофотометрическим методом, подвижные соединения фосфора и калия – по Чирикову.

Основную обработку грунта проводили отвальными плугами (контроль) и безотвальными орудиями различных модификаций (тяжелые дисковые бороны, комбинированные агрегаты, плоскорежищирезы, чизельные культиваторы, диагональные разрыхлители).

Почвы опытных участков – черноземы обычные, содержащие в пахотном слое 2,3–3,5% гумуса.

Противоэрозионная роль предшественников пшеницы определяется, прежде всего, их морфо-биологическими особенностями и агротехникой выращивания. Защитное действие культур сплошного сева, наряду с повышением индекса устойчивости почвы за счет связывания ее агрегатов мочковатой корневой системой, проявляется также в частичной задержке осадков надземной массой и уменьшении силы удара капли. При рассеивании капель вода равномерно покрывает поверхность поля, предотвращая разрушение и заиливание пор. Вегетирующие растения противодействуют концентрации стока и делают невозможным развитие линейной эрозии.

Почва смывается в значительной степени летом вследствие ливней под чистым и занятым паром; на полях после уборки гороха при их подготовке под озимые; на площадях, занятых пропашными предшественниками в первую половину вегетации, а также на участках, обработанных дисковыми орудиями после уборки зерновых колосовых. В этом случае высокая интенсивность эрозии обуславливается отсутствием растительного покрова или его низкой плотностью, утратой связанности частиц и значительным распылением почвы. На открытых участках под паром на черноземах тяжелого гранулометрического состава скорость всасывания влаги осадков может быть в 7-8 раз меньше, чем под культурой сплошного сева.

Радикальной мерой по предотвращению эрозионных процессов является перенос чистых паров со склонов на пологие ровные участки крутизной до 1°. В течение переходного периода предлагается постепенная замена черных паров на ранние, поскольку сток талых вод весной при нулевой обработке не вызывает значительного размывания почвы. Этому способствует повышение его плотности, защищенность снегом и пожнивными остатками. Поток воды распадается на маленькие ручейки и теряет скорость за счет механического торможения. В условиях высокой кольматирующей способности агрофона смывания мелкозема за пределы поля составляет 1,5-4,3 т/га, что в 4-12 раз меньше, чем на вспашке (18,6 т/га).

Противодействие раннего пара ливневой эрозии возрастает при наличии на поверхности почвы более 2,5 т/га растительного субстрата, смещении сроков основной обработки до времени массового отрастания сорняков (май), проведении ее безотвальными орудиями на глубину 12-16 см с целью сохранения мульчировочного экрана и создание комковатого состава верхнего слоя пашни. Так, при искусственном дождевании интенсивностью 3,5 мм/мин (конец июня, склон крутизной 2,5°) на участках отвальной зяби с применением рекомендуемой для зоны технологии ухода за паром сток начинался через 3,2 мин при подаче 11,2 мм воды , в то время как на раннем паре с весенней обработкой – через 7,6 мин при подаче 26,6 мм осадков. Водопроницаемость грунта и мутность стока в этом случае составляли 1,08 мм/мин и 25 г/л против соответственно 0,65 мм/мин и 39 г/л на контроле.

Для определения степени возможного развития — миграционных процессов в зависимости от предшественников озимой пшеницы используют коэффициент эрозионной безопасности этих культур по сравнению с открытым фоном (черный пар) и средневзвешенные показатели проективного покрытия ими поверхности почвы. Однако в обоих случаях трудно оценить противоэрозионную стойкость предшественника по фазам вегетации с учетом проводимых технологических операций, режима выпадения осадков, сроков уборки и подготовки почвы под сев озимых.

На наш взгляд, при выращивании пшеницы на склоновых землях целесообразнее пользоваться коэффициентами противоэрозионной эффективности различных культур, определенных по периодам их роста и развития на основе данных искусственного дождевания слоем воды 60 мм с переменной интенсивностью от 1,5 до 2,5 мм/мин.

В наших опытах на склонах до 3° (чернозем обычный среднесуглинистый) за 20 лет наблюдений повышенный сток воды и сильный слив грунта (более 5 т/га) в черном паре были зафиксированы 12 раз, на раннем и занятом – 6, на посевах кукурузы – 8 и под зерновыми колосовыми 3 раза. Самый высокий противоэрозионный эффект обеспечивают многолетние травы и стерневые предшественники, подготовка которых основывается на использовании безотвальных (плоскорез, чизель, диагональный разрыхлитель) орудий.

Одним из способов уменьшения потерь влаги является создание на поверхности почвы рыхлого слоя, что предотвращает капиллярный подток влаги и действует как мульча. Сам рыхлый слой может подсыхать до уровня ниже ВВ, однако он существенно замедляет нагрев поверхности и уменьшает скорость передвижения влаги к горизонту испарения. Оптимальная толщина изолирующего слоя на теплых склонах (южная экспозиция) составляет 6–8 см, на холодных (северная экспозиция) – 4–6 см.

Мульчирование поверхности пожнивными остатками повышает темпы поглощения атмосферных осадков почвой, частично изменяя характер ветрового режима в пользу слаботурбулентных потоков воздуха. В сочетании с понижением температуры почвы это тормозит миграцию и выдувание влаги.

Существенно ослабить высушивание почвы можно благодаря оптимизации ее строения и структуры. Определенное уплотнение верхней части пахотного слоя уменьшает некапиллярную скважность и, соответственно, снижает потери парообразной воды. Испарение также замедляется, когда в верхнем разрыхленном слое 5–7 см количество агрегатов размером 0,25–3 мм достигает 35–40%, а сумма пылевидных (до 0,25 мм) и брилистых (более 10 мм) фракций не превышает 10%. На мульчировочном агрофоне с проективным покрытием поля измельченной листостебельной массой в пределах 50-70% наилучшего противоэрозионного и влагосберегающего эффекта было достигнуто при наличии в изолирующем (верхнем) слое почвы 60-70% частиц диаметром 3-10 мм.

Заметно влияют на процессы испарения влаги технологические схемы основного возделывания почвы. В наших опытах при подготовке пашни под озимые после горохово-ячменной смеси (занятый пар) потери ее из слоя 0–30 см в течение 20 дней после дождя (42,7 мм) на участках мелкой обработки (10–12 см) и узкополосного чизелирования ( 10–22 см) составляли 19,5–19,7 мм, в то же время по вспашке (20–22 см) и плоскорезному разрыхлению слоя (20–22 см) достигали соответственно 24,3 и 22,8 мм. Изменение влажности в слое почвы 0-10 см больше зависело от способа обработки, в слое 20-30 см – от глубины разрыхления.

Известно, что минимальная влажность посевного слоя почвы, при которой прорастают семена озимой пшеницы, должна быть не ниже 15–17%, а оптимальная – в пределах 20–24%. Для получения полноценных всходов, укоренения и хорошего развития растений осенью необходимо иметь в слое 0-10 см на время сева более 10 мм продуктивной влаги; показатели до 5–7 мм считаются неудовлетворительными.

Как свидетельствуют полученные данные, в засушливые годы имеющихся запасов доступной влаги (4,4 мм) в посевном слое при отвальной обработке на глубину 20–22 см оказалось недостаточно для прорастания семян, при плоскорезной на 20–22 см (6 ,7 мм) были получены сжиженные всходы, при мелкой плоскорезной и чизельной (8,2–8,6 мм) – удовлетворительные всходы с продолжительностью доходного периода 10–12 дней. То есть в условиях частичного обезвоживания посевного слоя при вспашке и плоскорезном рыхлении почвы на глубину 20–22 см своевременность появления проростков зависит от дождей, выпадающих в послепосевной период. Учитывая сроки уборки площадей, количество вовлеченной в круговорот побочной продукции, специфику ландшафтно-климатических условий и экологическую доминанту склонового земледелия, система подготовки паров и непаровых предшественников должна быть дифференцированной,  влагоэнергосберегающей,  гарантировать формирование продуктивных посевов, сдерживать развитие эрозионных процессов. Решающее значение при этом имеет своевременность, последовательность и регламентированность проведения полевых работ функционально приспособленными и отлаженными орудиями.

Использование пашни по схеме раннего пара предусматривает отказ от зяблевой обработки, проведение фоновой дисковки в начале весенних полевых работ и последующее (через 3–4 недели) рыхление почвы безотвальными орудиями на глубину до 14–16 см – в зависимости от погодных условий, массы растительных остатков и засоренности поля. Для улучшения фитосанитарного состояния озимых посевов введение раннего пара после стерневых предшественников может включать сплошное экранирование поверхности почвы растениями пожнивной (промежуточной) культуры или внесение гербицидов из группы глифосатов по стерне.

На слабо эродированных склоновых землях крутизной до 3° для основной обработки занятых паров целесообразно использовать тяжелые культиваторы или комбинированные агрегаты с рабочими плоскорежущими органами. Последние, благодаря незначительной ширине захвата лап, оптимальному углу крышки и оснащению игольчатыми или ротационными приставками, обеспечивают при глубине разрыхления 12–14 см полную подрезку многолетних сорняков, оставляя не забитыми 60–70% пожнивных остатков, защищающих почву от смыва. .

На склонах крутизной более 3° предпочтение отдается обработке пашни на глубину до 20 см чизельными орудиями, которые формируют волнистый профиль дна борозды и плотный мульчировочный экран, способствующий быстрому пропитанию влагой осадков в пределах глубоко разрыхленных полос и лучшему сохранению ее в гребневых элементах микрорельефа с ненарушенным строением почвы.

Подготовка поля под пшеницу после многолетних трав на основе вспашки в засушливые годы приводит к чрезмерной брилистике почвы, что приводит к значительным потерям влаги, дополнительному расходу топлива и средств, торможению микробиологических процессов, ухудшению качества посевных работ. Рекомендуемая производству технология обработки слоя люцерны и эспарцета предусматривает фоновую дисковку тяжелыми боронами  на глубину 6–8 см и последующее (с отсрочкой во времени 2–3 дня) мелкое (12–14 см) рыхление комбинированными орудиями безотвального типа. При соблюдении агротехнических норм такая схема обработки исключает возможность отрастания трав, обеспечивает сохранение остаточной (теневой) влаги и дополнительное накопление ее за счет даже незначительных (7–10 мм) летних осадков.

Мелкая основная обработка на глубину 10–12 см плоскорезом  одновременно со щелкой почвы на 30–35 см, как противоэрозионный агроприем, эффективна после гороха: в этом случае почва почти не прикрыта пожнивными остатками и особенно сильно разрушается водой.

В неблагоприятные годы стерневые предшественники озимых истощают почву, создавая предпосылки для развития сорняков, поражения посевов пшеницы общими возбудителями болезней, хлебной жужелицей и пильщиком. В то же время, одним из преимуществ выращивания зерновых колосовых культур на склонах является достаточно высокая почвозащитная способность агрофона. В условиях пересеченного рельефа после стерневых культур целесообразным является использование малооперационной технологии умеренной или мелкой мульчевочной обработки почвы комбинированными машинами  или противоэрозионными культиваторами в агрегате с ротационными боронами (мотиками), которые за один проход рыхление и выравнивание поверхности поля.

Особенности склоновых земель обуславливают необходимость выращивания в хозяйстве набора районированных и перспективных сортов, разных по биологическим и хозяйственным признакам. Они должны иметь повышенную устойчивость к неблагоприятным условиям среды, в частности, к засухе и  хорошо развивать корневую систему. Посевы таких сортов обеспечивают более интенсивное накопление в почве органического вещества и увеличивают противоэрозионную стойкость пашни.

Сорта, выращиваемые на смытых почвах, должны быть чувствительны к удобрениям и дружно созревать, поскольку на склонах разной крутизны и экспозиции, даже в пределах одного поля, создаются не одинаковые условия вегетации. Например, продолжительность вегетационного периода растений одного и того же сорта, растущих на разноориентированных склонах, варьирует в пределах 5-10 дней.

Поэтому следует совмещать выращивание более скороспелых и устойчивых к засухе во второй половине вегетации сортов на южных склонах с сортами, способными продуктивно использовать влагу нижней части пронизанного корнями слоя почвы северных склонов.

При корректировке календарных сроков сева озимой пшеницы на склонах необходимо принимать во внимание, что осенняя вегетация длится 50–65 дней, и по ее окончании растения должны образовать 3–4 развитых побега.

На южных склонах летом фронт высушивания почвы по профилю вглубь передвигается в 1,2-1,5 раза быстрее, чем на северных. Так, после дождя слоем 49,5 мм интенсивность испарения влаги в опытах в первые 20 дней на теплом склоне составляла 1,3 мм, на холодном – 0,8 мм в сутки. Влажность почвы на глубине заделки семян (6–8 см) в первом случае равнялась 14,7%, во втором – 17,9%. Учитывая эти различия, посев пшеницы в засушливые годы целесообразно начинать с южных склонов и высевать семена на 2–3 см глубже по сравнению с более влажными северными склонами.

На теплых южных склонах в апреле и мае, когда бывает жарко и сухо, высокая температура и низкая влажность почвы лимитируют поступление воды и питательных веществ в растения, замедляют их рост. В итоге вышедшие из зимы в фазе 2–3 листьев посевы озимой пшеницы не успевают укорениться, сжижаются или погибают. В получении высокого и устойчивого урожая на таких полях решающую роль играет своевременный посев, обеспечивающий формирование не менее двух боковых стеблей с вторичными корнями еще осенью до наступления холодов.

На северных увлажненных склонах, характеризующихся меньшей континентальностью микроклимата, растения пшеницы формируют более качественное зерно с высоким содержанием белка и клейковины. Из шести лет исследований продукция, относящаяся к продовольственной группе (1–3 классы), на склоне северной экспозиции была получена ежегодно, южной – только в трех случаях. Сдерживающим фактором для повышения класса зерна здесь оказались: в одном году – низкое качество клейковины из-за вреда клопа раковины, в двух годах – почвенно-воздушная засуха, что негативно влияет на процессы синтеза белка.

Рациональная система удобрения озимой пшеницы на склонах предполагает дробное применение азотных удобрений в зависимости от качества агрофона и состояния растений. Допосевное внесение азота, расчетная доза которого в этом случае редко превышает 60 кг/га, осуществляется преимущественно после малоценных непаровых предшественников и на очень смытых почвах, содержащих азотные соединения в трудногидролизованных формах.

Особого внимания требуют посевы озимых по мульчировочной обработке, когда доза азота, с целью ускорения процессов трансформации «свежего» органического вещества, увеличивается на 5–8 кг/га в расчете на каждую тонну вовлеченной в круговорот листостепной массы предыдущей культуры.

Целесообразность ранневесенней (регенеративной) подкормки пшеницы и доза азота определяются на основании показателей биологического контроля, главными из которых является густота и степень развития растений, наличие вегетативной массы и нитратов в почве.

Небольшими (30–45 кг/га) дозами азота подпитывают прежде слабо развитые (2–3 листа) нормальные по плотности посевы, а также озимые на ветроударных склонах, потерявших часть надземной массы под влиянием низких температур. Подкормка сжиженных посевов целесообразна только на гербицидном фоне, иначе агроприем будет провоцировать развитие сорняков-нитрофилов.

Не рекомендуют вносить азот на склонах в февральские «окна» и до окончания полного снеготаяния и размерзания грунта. В годы с ранним восстановлением вегетации пшеницы (до 20 марта) при регенеративной подкормке хорошо распустившихся растений существует угроза формирования соломистых хлебов и полегания посевов.

На оптимальных по густоте и развитию посевах после лучших предшественников (чистые и занятые пары, многолетние травы, горох) удобрения вносят в конце весеннего кущения или в начале трубки растений (3–4-й этап органогенеза). Улучшение азотного питания пшеницы в этот период положительно влияет на озерненность и размеры колосьев, способствует укреплению и выживанию колосоносных стеблей, повышению урожайности зерна. Согласно обобщенным данным, на почвах с низким содержанием нитратов (менее 10 мг N-NO ₃ ) оптимальная доза азотных удобрений составляет 60 кг/га, со средним (10–20 мг/кг) – 45 кг/га, с повышенным ( более 20 мг/кг) – 30 кг/га.

Внекорневую подкормку растений азотом с целью улучшения качества зерна проводят на плотных, не павших продовольственных посевах сильных и ценных сортов по лучшим предшественникам при отсутствии болезней и признаков азотной и фосфорной голодовки (содержание в зеленых листьях азота 2,5–3,0% и фосфора 0 ,3% совершенно сухого вещества). При большем содержании N и P качественное зерно можно получить и без опрыскивания растений карбамидом (мочевиной).

Положительные результаты от применения агроприема можно получить при умеренно влажной солнечной погоде во время налива зерна, удлинении фаз цветения – формировании зерновки, отсутствии в посевах клопа черепашки, проведении работ в утренние или вечерние часы.

При определении оптимальных параметров применения азотных удобрений следует учитывать изменения генетического строения эродированных почв во времени и географической ориентации склоновых агросистем.

Показатели прироста урожая и нормы внесения фосфорных удобрений в значительной степени зависят от наличия в пахотном слое подвижных фосфатов. Коэффициент их использования озимой пшеницей на черноземах обычных составляет 10–12%. Следовательно, из почвы растения пшеницы при средней обеспеченности 50–100 мг/кг Р ₂ О ₅ могут потребить 12–25 кг/га фосфора, при повышенной – 100–150 мг/кг Р ₂ О ₅ – 25–35 кг, при высокой – 150–200 мг/кг Р ₂ О ₅ ) – 35–45 кг/га.

Учитывая это, норма внесения фосфорных удобрений должна рассчитываться и определяться по каждому полю отдельно в зависимости от степени эродированности почвы, содержания в пахотном слое подвижных фосфатов и плановой урожайности зерна. Ориентировочно оптимальная доза внесения минерального фосфора при плановой урожайности 5 т/га и средней обеспеченности почвы Р2О5 составляет около 50 кг/га, при повышенной – 30–40, при высокой – 15–20 кг/га.

Значение калия как фактора повышения урожайности пшеницы на эродированных черноземах не существенно. Даже на фоне азотно-фосфорных удобрений увеличение зерна от этого макроэлемента не превышает 0,1 т/га. Поэтому только при низком (20–40 мг/кг) и среднем (41–80 мг/кг) содержании К ₂ О необходимо доносить под озимые калийные туки в норме 30–50 кг/га действующего вещества. При повышенном (80–120 мг/кг) и высоком (120–180 мг/кг) содержании подвижного калия в почве элемент в небольшом количестве (20–30 кг/га) может вноситься для частичной компенсации его выноса с основной и побочной продукцией, а также для поддержания соответствующего уровня эффективного плодородия смытых почв.

ВЫВОДЫ

1. На основе определения коэффициентов противоэрозионной эффективности различных агрофонов и культур предлагается постепенное изменение структуры предшественников озимой пшеницы при выращивании ее на эродированных почвах, в частности путем перемещения черных паров со склонов на равнину, увеличения доли ранних и занятых паров, многолетних трав, зернобобовых сплошной севы. Зерновые колосовые используются в качестве страхового фонда.

2. Система основного возделывания почвы под озимыми по парам и непаровым предшественникам на склоновых землях должна обеспечивать формирование эрозионно-стойкой поверхности поля и создавать предпосылки для получения полноценной всходов пшеницы и хорошего развития растений, густой травяной покров которых защищает пашню на протяжении почти целого года. При выборе орудий при подготовке посевных площадей приоритет имеют технические средства, которые за один проход выполняют несколько технологических операций, максимально сохраняют мульчировочный экран из пожнивных остатков и функционально приспособлены для работы в условиях волнистого рельефа. Минимальная глубина безотвального рыхления составляет 10–12 см, поскольку поверхностно (до 8 см) разрыхленный эродированный грунт быстро уплотняется и заплывает, в то же время он не способен аккумулировать влагу осадков и, поднятый водой со дна борозды.

3. Варьирование показателей урожайности и качества зерна пшеницы на склонах разной крутизны и экспозиции обусловлено отличиями потенциального плодородия почвы, характера отложения и таяния снега, температурного и ветрового режимов, количества влаги и солнечной радиации. Особенность микроклимата и пестрота агрохимического фона обуславливают необходимость подбора толерантных сортов, имеющих соответствующие морфо-биологические и хозяйственные признаки, корректировку календарных сроков сева, норм высева и глубины заделки семян.

4. В почвозащитном земледелии на склонах при вовлечении в круговорот побочной продукции предшественников сложнее всего обеспечить нормальное азотное питание растений, оптимизация которого предполагает четкое соблюдение принципов агроэкономической целесообразности (почвенно-растительное тестирование, пространственное и временное соответствие) и экологической доминанты (уменьшение потерь N и загрязнение). Норма внесения фосфорно-калийных удобрений зависит от степени эродированности почвы, содержания в пахотном слое подвижных Р ₂О ₅ и К ₂ О и плановой урожайности зерна. При высокой обеспеченности почвы фосфором и калием небольшое количество этих макроэлементов (10–30 кг/га) может вноситься для поддержания соответствующего уровня эффективного плодородия смытых черноземов.