АДАПТИВНАЯ ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

Одна из стратегических задач земледелия Беларуси - довести и стабилизировать ежегодные валовые сборы зерна на уровне 10 млн т. Увеличение производства зерна должно основываться, прежде всего, на повышении урожайности, улучшении его качества и сопровождаться снижением себестоимости. Важнейшим резервом получения высокой устойчивой урожайности зерновых культур при снижении удельных затрат на их производство может быть совершенствование технологий возделывания на основе адаптивной интенсификации продукционного процесса посева, повышения эффективности применения удобрений, сохранения и повышения плодородия почв.

Проблема повышения урожайности зерновых культур особенно актуальна при возделывании их на недостаточно изученных, экологически неустойчивых органо-минеральных торфяных почвах, часто подстилаемых песками. Площади таких почв в отдельных сельхозяйственных предприятиях Полесья, как отмечалось выше, в настоящее время уже составляют более 1000 га. Урожайность зерновых культур на этих почвах, как правило, составляет 25-30, в отдельных случаях достигая 40 ц/га. Урожайность и валовые сборы зерна 2014 и 2015 гг. убеждают в возможности ее повышения и реальности выполнения поставленной задачи по стране.

Оптимизация продукционного процесса - важнейшее условие формирования стабильной высокой урожайности зерновых культур

Урожайность зерна и его качество являются конечным результатом сложнейших физико-биохимических процессов, которые в различные периоды жизни растений отличаются по направленности и интенсивности. Важнейшее условие получения высокой урожайности зерновых культур - формирование оптимальной его структуры. Многими исследователями [7, 27-31, 40, 41, 47, 48, 108, 112, 116 и др.] установлено, что уровень урожайности зерновых культур определяется в основном тремя показателями: число продуктивных стеблей на гектаре, количество зерен в колосе и масса 1000 зерен. При этом изменчивость урожайности зависит от плотности стеблестоя - до 50 %, от количества зерен в колосе - до 25 % и от массы 1000 зерен - до 25 %.

За вегетационный период растения зерновых культур проходят ряд фенофаз, стадий развития и этапов органогенеза (рис. 1.1). На каждом этапе, при соответствующих условиях, формируется тот или иной элемент продуктивности. Исследованиями лаборатории биологии развития растений Московского государственного университета (Ф. М. Куперман, 1963; Ф. М. Куперман и др., 1972, 1973), а также сотрудниками Института экспериментальной ботаники НАН Беларуси (Н. А. Ламан, 1985; Н. А. Ламан и др., 1987, 1991) установлено, что формирование растений, как и каждого органа, проходит последовательными этапами. В развитии всех высших покрытосемянных растений можно выделить 12 (по М. Ф. Куперман) или 10 (по Н. А. Ламану) основных этапов органогенеза.

I этап органогенеза проходит в морфометрически недифференцированном конусе нарастания. На этом этапе идут активные процессы дифференциации меристемы на ткани зародышевых органов, формируется плотность растений иа посевной площади.

IIэтап органогенеза - дифференциация конуса нарастания на узлы, сближенные междоузлия зачаточного стебля и листовые зачатки. Число узлов и междоузлий побега определяется видовыми (сортовыми) признаками растений и условиями их развития на II этапе органогенеза. Оно не увеличивается у злаков на последующих этапах при самых оптимальных условиях для роста. При длительной задержке развития на II этапе, если условия недостаточны для перехода к 111 этапу органогенеза и в то же время благоприятны для ростовых процессов, происходит образование дополнительных узлов зачаточного стебля,

формирования элементов продуктивности

Колосков в ко лосе, щт.

Цветков в колосе, шт.

Продукт и в н ы х стеблей, шт/и^;

• 1 - прорастание; 2 - всходы; 3 - третий лист; 4-кущение; 5 - выход в трубку;
• 6 - стеблевание; 7-флаговый лист; 8 - колошение; 9 - цветение; 10—формирование зерновки; 11-налив зерна; 12—созревание зерна.

Зерен в колосе, шт

Масса и качество зерна

Рис. 1.1. Рост и развитие растений зерновых культур [112] увеличивается число листьев. В условиях недостаточной влагообеспеченности и при экстремальных высоких температурах формируется несколько меньшее число узлов и листьев по сравнению с типичным для данного сорта. В зависимости от скороспелости сортов яровых и озимых зерновых культур II этап проходит в фазы 1-3-го листа или длится до окончания фазы кущения. На I и II этапах органогенеза идет очень активный рост корневой системы, нуждающейся в хорошей аэрации почвы и обеспеченности необходимыми веществами.

III этап органогенеза характеризуется вытягиванием и дифференциацией (сегментацией) конуса нарастания - зачаточной оси соцветия. На последующих этапах сегменты конуса нарастания в зависимости от вида растения развиваются в членики оси соцветия: колоса - у пшеницы, ржи и ячменя; метелки - у овса, початка - у кукурузы. Чем благоприятнее условия для ростовых процессов на III этапе, тем больше формируется сегментов (зачаточных члеников колоса, метелки, початка), тем длиннее будет колос, крупнее початок.

На IV этапе органогенеза происходит формирование колосковых бугорков у злаков. Лопасти соцветия в последующем могут дать начало одному колоску (пшеница), двум (кукуруза) и трем колоскам (ячмень). Они могут многократно ветвиться, образуя веточки разных порядков, как, например, у овса. Таким образом, на III и IV этапах органогенеза, которые у большинства растений проходят еще в фазе кущения или чаще в начале выхода в трубку, уже предопределяется возможная величина колоса или метелки. IV этап завершается образованием недифференцированных цветковых бугорков. Если этот этап проходит слишком быстро или в неблагоприятных условиях для роста растений (недостаточная обеспеченность влагой и элементами питания, экстремально высокие температуры), то число органов в соцветии резко сокращается и происходит редукция, отмирание (усыхание) части колосковых бугорков и зачаточных веточек соцветия. Если, наоборот, условия для синхронного роста колосковых бугорков в колосе и веточек метелки благоприятны, то закладываются мощные, многократно разветвленные метелки у овса, длинные колосья у пшеницы, ржи, ячменя. Чем благоприятнее условия для роста в этот период, тем больше образуется колосков в колосе, метелке, початке.

Таким образом, на III и IV этапах органогенеза важно создать для зерновых культур оптимальные условия использования элементов питания почвы, приурочить к этому времени азотные подкормки и оптимизацию водного режима посевов. Если этот период формирования соцветия упущен, то последующие регулирования водного и пищевого режимов уже не могут повлиять на увеличение его размеров.

V этап органогенеза характеризуется формированием цветков. Цветковые бугорки дифференцируются вначале на покровные органы, чашечку и венчик, а затем образуются зачаточные бугорки тычинок и пестиков. На этом этапе определяется потенциальное число цветков в соцветии. Уже с самого начала формирования цветков в колосках у пшеницы можно отметить неравномерность в темпах роста двух нижних и последующих цветковых бугорков в колоске.

Наблюдения показывают, что если в период перехода растений к V этапу органогенеза наряду с созданием оптимальных режимов температуры и освещения резко усилить азотное питание растений с помощью подкормок и на мелиорируемых землях подачу воды, то можно уменьшить разрыв в темпах формирования первых двух и 3-4-го цветков в колосках. При обильном питании и водоснабжении не 2, а 4-5 цветков и более в колоске развиваются нормально, особенно у высокопродуктивных сортов озимых пшениц.

VI этап органогенеза - формирование пыльниковых мешков, тычинок и завязи пестика. Для нормальной дифференциации тычинок и пестиков растения на VI этапе нуждаются в высокой интенсивности солнечного освещения.

Особое значение для нормального формирования пыльцы в этот период имеет хорошая обеспеченность растения водой. В годы с дефицитом влаги в период прохождения растениями VI и VII этапов органогенеза резко падает количество нормальной (фертильной) пыльцы и нарушается формирование завязей, что приводит к недоразвитию цветков и резкому снижению урожайности. Поэтому на мелиорированных землях (где имеется возможность) следует проводить вторую подачу воды в начале VI этапа органогенеза посевов. О том, что хорошая влагообеспеченность посевов перед цветением резко повышает урожайность многих сельскохозяйственных культур, в практике давно известно.

VII этап органогенеза характеризуется завершением процесса формирования пыльцы. Микроспора образует двуклеточное (двуядерное) пыльцевое зерно, состоящее из вегетативной и генеративной клеток. На этом этапе начинается интенсивный рост члеников соцветия и покровных органов цветка, а также верхних междоузлий.

На VIII этапе органогенеза происходит выметывание, выколашивание, выбрасывание нитей початка, что совпадает с одноименными фазами, обычно регистрируемыми фенологическими наблюдениями. У многих растений в этот период осуществляется деление генеративного ядра в пыльцевом зерне на два спермия.

IX этап органогенеза - период цветения, оплодотворения, образования зиготы.

На X этапе органогенеза формируются зерновки. К концу этого периода они достигают типичных для каждого вида форм и размеров. На этом этапе определяется возможность повышения урожая за счет увеличения размеров зерновок.

XI этап органогенеза характеризуется накоплением питательных веществ в семенах. Фенологическими наблюдениями этот период отмечается как фаза молочной спелости у злаков.

На XII этапе органогенеза накопленные в семенах питательные вещества превращаются в запасные специфические для каждого вида (сорта). XII этап совпадает с фазой восковой спелости и завершается полной спелостью семян. На этом этапе определяется выполненность и масса семян.

Из изложенного следует, что этапы органогенеза растений проходят в строгой последовательности. Основные компоненты, определяющие уровень урожайности зерновых культур, закладываются в разные этапы развития растений: число продуктивных стеблей зависит от оптимального количества побегов, образовавшихся в фазу кущения. С конца кущения до середины выхода в трубку формируется число колосков в колосе, а масса 1000 зерен - в момент налива зерна. Главные компоненты, определяющие урожайность зерновых культур, при благоприятных условиях сначала достигают максимального количества, а затем при адаптации к условиям роста в большей или меньшей степени редуцируются (рис. 1.2).

Между компонентами урожайности существуют тесные взаимосвязи, которые обуславливают при сложившихся условиях их оптимальное развитие. Первые заложенные компоненты урожайности более или менее влияют на заложенные позже. Так, существует отрицательная корреляция между количеством колосьев на 1 м² и числом зерен в колосе, а также массой 1000 зерен. Чрезмерная густота стеблестоя может вызывать снижение количества зерен в колосе и массу зерна с 1 колоса. С другой стороны, посевы зерновых способны в определенной мере компенсировать недостаточную густоту стояния стеблей повышенным числом зерен в колосе или массой зерна с 1 колоса [116].

Формирование и развитие посева зерновых культур зависит от состояния обеспеченности растений важнейшими факторами жизнедеятельности: водой, минеральной пищей, теплом, светом и воздухом, из которых вода и минеральное питание в значительной степени регулируемые. За счет оптимизации минерального питания и водного режима по этапам органогенеза растений, повышения их устойчивости к полеганию и неблагоприятным погодным условиям, создания хорошего фитосанитарного состояния посева, можно управлять фотосинтетической деятельностью, формированием компонентов продуктив-

i^i Количество побегов - — Закладка колосков

Рис. 1.2. Развитие обуславливающих урожайность компонентов [116] ности и урожайностью в целом зерновых культур. Как показывают результаты исследований Н. Н. Семененко и др. [13, 18, 39, 61, 65, 70, 71, 74, 75, 80, 83, 84, 93, 94], наиболее значимыми факторами, оказывающими существенное влияние на режим управления продуктивностью посевов зерновых культур, являются оптимизация водного и азотного режима питания по этапам органогенеза растений.

За счет целенаправленного внесения азотных удобрений можно управлять процессами формирования элементов урожайности. Из них управление формированием массы 1000 зерен наиболее сложно, так как полновесность зерна зависит не только от обеспеченности растений азотом, но и от наличия влаги в почве и воздухе. Наиболее ответственными за формирование основных элементов продуктивности и требующими оптимизации азотного питания зерновых культур являются следующие периоды: 3-го листа - конец кущения, начало выхода в трубку - флагового листа, последний лист развернут - колошение. Исходя из вышеизложенного, а также учитывая неритмичность в поглощении азота растениями в течение вегетации (рис. 1.3), следует, что правильный выбор сроков внесения и доз азота удобрений в каждый срок имеет важнейшее значение для формирования компонентов урожайности. Поэтому основой адаптивной системы применения азотных удобрений является дробное их внесение в сроки, учитывающие динамику формирования компонентов урожайности (рис. 1.4).

В течение вегетации на растения зерновых культур действуют разные факторы, которые могут положительно или отрицательно влиять на формирование компонентов продуктивности и урожайности в целом. Поэтому важно целенаправленно, с учетом состояния посевов и погодных условий, оперативно принимать меры по оптимизации продукционного процесса и таким образом управлять формированием урожайности в условиях каждого конкретного поля, года и сорта. Управление посевами предусматривает адаптивное комплексное

Рис. 1.3. Динамика содержания азота в почве и поглощения его озимой рожью: 1 - азот минеральных соединений в почве при внесении весной однократно N_Q0; 2 - поглощение азота растениями; 3 - интенсивность поглощения азота по фазам развития растений. Фазы: I - начало весенней вегетации, II - начало трубкования, III - флагового листа, IV - колошения, V - созревания

Рис. 1.4. Развитие зерновых и сроки внесения азотного удобрения. Толстые стрелки - обычные сроки внесения; тонкие стрелки - сроки внесения при большем дроблении доз [116] применение удобрений, физиологически активных веществ, ретардантов, гербицидов, фунгицидов и инсектицидов. Такой подход в применении средств химизации наиболее полно отвечает требованиям адаптивной интенсификации продукционного процесса растений, а также позволяет существенно снизить удельные затраты на производство зерна.

Для оперативного принятия решений по проведению тех или иных мероприятий по управлению продукционным процессом посевов зерновых культур необходимо знать оптимальные параметры листовой поверхности, фотосинтетического потенциала, накопления биомассы и компонентов продуктивности и соответствующие им запасы влаги и элементов минерального питания по этапам органогенеза растений, обеспечивающие формирование высокого уровня урожайности.

Фотосинтез - основная функция и главный процесс питания растений как автотрофных организмов. За счет его создается 90-95 % сухой массы урожая. Повысить урожайность - это значит улучшить фотосинтетическую деятельность растений, увеличить коэффициент использования ими солнечной энергии. Фотосинтез растений находится в тесной связи с площадью листовой поверхности. Для многих зерновых культур оптимальная площадь листьев составляет 35-50 тыс. м²/га, а фотосинтетический потенциал - 1,8-2,0 млн м² сут/га и более [7, 27, 31,40, 58, 108, 112, 116 и др.]. В то же время исследованиями, проведенными в последнее время в Беларуси [65, 75, 83, 84, 93, 94, 109 и др.], установлено, что для получения урожайности зерна 60-80 ц/га и более оптимальная площадь листьев может достигать 70-90 тыс. м²/га, а фотосинтетический потенциал - 2,8-3,5 млн м² сут/га.

По данным ряда исследователей [7, 31, 58, 112] в условиях Беларуси оптимальная плотность продуктивного стеблестоя перед уборкой составляет: у озимой ржи - 450-550 шт/м², озимой пшеницы - 500-600, яровой пшеницы -600-700, ячменя - 600-700, овса - 500-600 шт/м². Однако при урожайности 70-80 ц/га и более плотность продуктивного стеблестоя многих зерновых культур может достигать 700-800 шт/м² и более [75, 94, 109].

Озерненность соцветия - определяющий показатель его продуктивности, а значит и урожайности. У озимой ржи чаще всего формируется по 30-35, ячменя - 18-20, овса - 20-25 зерен в колосе. В то же время при создании оптимальных условий для закладки колосков, цветков и оплодотворения количество зерен в одном колосе может значительно возрасти: озимая рожь и озимое тритикале - 60 шт. и более; ячмень - 30-32 шт.; яровое тритикале - 50-55 шт. Другим важным элементом продуктивности соцветия зерновых культур является масса 1000 зерен, ее величина, по нашим данным, в среднем у озимой ржи составляет 46 г (31-52), озимого и ярового тритикале - 35 (26-39), ячменя - 45 (28-56) и овса - 35 г (28-40). На формирование показателей структуры урожайности зерновых культур влияют почвенные и погодные условия, сорт, густота посевов, применение удобрений. Как отмечалось уже выше, особенно тесно связано формирование компонентов продуктивности с уровнем азотного питания и влагообеспеченности в основные этапы органогенеза растений. По результатам наших исследований, проведенных с зерновыми культурами на антропогенно-преобразованных торфяных почвах Полесья и представленных ниже, главными определяющими показателями структуры урожайности являются два - плотность продуктивного стеблестоя и масса зерна одного колоса.

Анализ литературных источников и существующих технологий возделывания зерновых культур на антропогенно-преобразованных торфяных почвах указывает на отсутствие исследований по установлению закономерностей влияния уровня и сбалансированности минерального питания, состояния гидротермических условий на фотосинтетическую деятельность, формирование компонентов продуктивности и урожайности зерновых культур на таких почвах.

Цель наших исследований - на примере посевов ячменя, ярового и озимого тритикале установить зависимость уровня формируемой урожайности и ее структурных составляющих от состояния гидротермических условий, минерального питания растений и компонентов продуктивности по этапам органогенеза растений. Исходя из полученных зависимостей были разработаны модели системы оптимизации продукционного процесса зерновых культур, обеспечивающих формирование урожайности зерна 5,0-6,0 т/га на ангропогенно-пре-образоваиных торфяных, подстилаемых песком почвах.

Научной базой для разработки поставленных вопросов являлись результаты комплексных многолетних полевых и лабораторных исследований и их корреляционно-регрессионного анализа. Экспериментальные полевые исследования проводили в 2001-2013 гг. на опытном поле Полесской опытной стан ции мелиоративного земледелия и луговодства на антропогенно-преобразованных торфяных почвах, подстилаемых с глубины 35-45 см песком. Агрохимическая характеристика почвы (А_п): рН_КС1 5,7-6,1; содержание органического вещества - 20-24 %, подвижных соединений фосфора и калия в почве, определяемых в 0,2 М НС1 вытяжке (по Кирсанову), составляло 108-129 и 293-375 мг/кг соответственно, доступных растениям соединений, определяемых в 0,2 М СН₃СООН по Н. Н. Семененко и др. [81]: азота - 120-161, фосфора - 74-91 и калия - 529-677 кг/га.

В качестве объекта исследований использовали ячмень сорта Дивосиый, яровое тритикале сорта Лана, озимое тритикале сорта Михась. Предшественник - горохо-овсяная смесь, поукосно - редька масличная. Минеральные удобрения применяли в виде карбамида, аммонизированного суперфосфата и хлористого калия, которые вносили под предпосевную культивацию почвы. Агротехника возделывания зерновых культур - рекомендуемая для зоны Полесья на аналогичных почвах. В течение вегетации исследуемых культур проводили мониторинг режима влажности почвы в слое 0-50 см, формирования побегов, ассимиляционной поверхности, фотосинтетического потенциала, накопления биомассы, поглощения элементов минерального питания. При созревании растений учитывали общее и продуктивное количество стеблей, структуру элементов урожайности (количество зерен в колосе, массу зерна одного колоса и массу 1000 зерен).

Погодные условия и влагообеспеченность почвы в годы проведения исследований (рис. 1.5, 1.6, 2.15, 2.16) существенно различались, особенно по этапам органогенеза растений. В среднем за 5 лет запасы продуктивной влаги в слое 0-50 см почвы перед севом ячменя составляли 173,8 мм, затем по периодом вегетации они снижались до 158,4; 119,2; 105,0, достигая минимума - 94,4 мм (54 % к исходному) на начало колошения. В наиболее неблагоприятный 2007 г. на начало трубкования (формирования длины колоса) запасы доступной растениям влаги составляли только 52,5 мм, или 44 % от среднего значения этого показателя за 5 лет. В то же время в наиболее благоприятном 2008 г. эти показатели составляли 142,0 мм и 119 %. Расход влаги за период конец кущения -флаговый лист по этим годам составил 20,2 и 122,4 мм соответственно.

В результате проведенных многолетних исследований выявлено, что фактором, оказывающим наиболее существенное влияние на режим минерального питания, формирование продукционного процесса растений и урожайность зерновых культур на торфяно-минеральных почвах, подстилаемых песком, является водный режим [18, 39, 61, 65, 71, 74, 75, 84, 93, 94]. Установлено, что во все годы исследований влагозапасы в почве после начала вегетации озимых весной или посева яровых в течение вегетации растений снижаются, достигая минимума к периоду флагового листа - начала колошения. Затем, к концу фазы колошения, и позже, когда чаще всего выпадают осадки, вла250

III IV V VI

Фазы

Рис. 1.5. Динамика запаса продуктивной влаги на посевах ячменя: 1 - 2005 г., 2 - 2006 г., 3 - 2007 г., 4 - 2008 г., 5 - 2009 г. Фазы: I - посев; II - 3-го листа; III - конец кущения; IV -флаговый лист; V - колошение; VI - созревание

—?—2005 —?—2006 —2007 - 2008 —2009

Рис. 1.6. Динамика суммарного расхода продуктивной влаги (слой 0-50 см) по этапам роста и развития ячменя, мм. Этапы: I - 3-го листа - конец кущения; II — конец кущения - флаговый лист; III - флаговый лист - колошение; IV - колошение - молочная спелость; V - молочная спелость - созревание

гозапасы в почве возрастают. Величина весенних влагозапасов колеблется по годам, однако во все годы исследований она обеспечивает хорошее кущение растений (количество побегов колеблется в пределах 972-1208 шт/м², CV = 9 %).

Таблица 1.1. Зависимости формирования компонентов продуктивности растений ячменя от уровня содержания в почве минерального азота (А_п, кг/га)*

* На фоне Р₈₀К₁₂₀. То же для табл. 1.2, 1.3.

Таблица 1.2. Зависимости формирования компонентов продуктивности растений ярового тритикале от уровня содержания в почве минерального азота (А_п, кг/га) *

Таблица 1.3. Зависимости формирования компонентов продуктивности растений озимого тритикале от уровня содержания в почве минерального азота (А_п, кг/га)*

В наших работах [27, 31, 40, 41, 112] и табл. 1.1-1.3 показано, что уровень формирования компонентов продуктивности растений ярового и озимого тритикале и ячменя находится в зависимости от содержания доступных растениям соединений азота, фосфора и калия (/?² = 0,84-0,99). Также установлено, что развитие листовой поверхности, фотосинтетического потенциала, накопление биомассы растений, побегообразования, структурных составляющих урожайности имеет сильную зависимость от состояния водного и температурного режимов в период их формирования (R² = 0,70-0,99). На это указывают в приведенных в таблицах данные отсутствия или наличия слабой связи с показателями массы зерна одного колоса или 1000 зерен. В целом по всем исследуемым культурам установлена тесная (R² = 0,95- 0,98) связь уровня формируемой урожайности с содержанием в почве минерального азота.

Научный и практический интерес представляют данные о зависимости уровня урожайности от ее структурных составляющих, т. е. количества продуктивных стеблей, количества зерен в колосе и их веса, массы 1000 зерен. Приведенные в табл. 1.4-1.6 результаты статистической обработки полученных данных показывают, что наиболее тесная связь (R² = 0,92-0,98) уровня урожайности ячменя, ярового и озимого тритикале установлена с количеством побегов и продуктивных стеблей и слабее с количеством зерен в колосе, весом зерна одного колоса и массы 1000 зерен. Следует отметить, что вес зерна одного колоса определяется количеством зерен в колосе и их массой, величина которых (особенно количество зерен) в значительной степени регулируется за счет оптимизации азотного и водного режимов при уходе за посевами в следующие периоды: начало трубкования, формирования и налива зерна. Например, установлено, что уровень урожайности 60-80 ц/га формируется на посевах, растения которых в период налива зерна были хорошо обеспечены азотом, имели зеленую окраску верхней части стебля и верхних листьев.

Таблица 1.4. Модели зависимости уровня урожайности ячменя от развития компонентов продуктивности

Таблица 1.5. Модели зависимости уровня урожайности ярового тритикале от развития компонентов продуктивности

Таблица 1.6. Модели зависимости уровня урожайности озимого тритикале от развития компонентов продуктивности

Анализ закономерностей влияния пищевого, водного и температурного режимов на рост и развитие растений, а именно: побегообразования, фотосинтетическую деятельность, формирование элементов структуры урожайности по этапам органогенеза растений и урожайность в целом, позволил выявить оптимальные параметры компонентов урожайности и нормативы оптимальных условий продукционного процесса исследуемых зерновых культур. На основании этих данных и исходя из известной генетической структуры органогенеза зерновых разработаны модели системы оптимизации продукционного процесса ячменя, ярового и озимого тритикале, обеспечивающих формирование урожайности зерна 55-60 ц/га и более (табл. 1.7-1.9).

Таблица 1.7. Модель системы оптимизации продукционного процесса ячменя (урожайность 5,0-6,0 т/га)

Окончание табл. 1.7

*ФП фотосинтетический потенциал, млн м²/сут/га. **И^_запас - запас доступной растениям влаги в почве (слой 0-50 см) па начало периода, мм. То же для табл. 1.8-1.9.

Таблица 1.8. Модель системы оптимизации продукционного процесса ярового тритикале (урожайность 5,0-6,0 т/га)

Таблица 1.9. Модель системы оптимизации продукционного процесса озимого тритикале (урожайность 5,5-6,5 т/га)

Окончание табл. 1.9

Таким образом, в результате проведенных исследований выявлено, что критическим периодом обеспеченности растений водой, имеющим решающее значение в поглощении элементов минерального питания, формировании репродуктивных органов и продуктивности растений зерновых культур, является период конец кущения - флаговый лист (по Задоксу стадии 32-45). Длительность этого периода в зависимости от состояния гидротермических условий составляет 14-24 сут. На посевах зерновых культур между запасами продуктивной влаги в почве на начало этого периода, суммарным испарением за период, суммой эффективных температур, поглощением элементов минерального питания и урожайностью установлены тесные зависимости (7?² = 0,88-0,99). Исследуя эти зависимости, были рассчитаны ориентировочные величины запаса продуктивной влаги на фазу конец кущения растений, обеспечивающие (при достаточном минеральном питании) формирование возможной урожайности ячменя (табл. 1.10).

Таблица 1.10. Ориен тировочные уровни необходимого запаса продуктивной влаги на конец кущения растений для получения соответствующей урожайности ячменя

Из приведенных данных видно, что даже при хорошей обеспеченности растений элементами минерального питания, но низких запасах продуктивной влаги, например 60 мм, сформировать урожайность в 50 ц/га, а тем более в 60 ц/га, невозможно. Чтобы в этом случае получить дополнительные 1-2 т зерна, необходимо решить вопрос обеспеченности растений водой и экономической целесообразности проведения этого мероприятия. Таким образом, создавая благоприятное для растений состояние водного режима, можно управлять их минеральным питанием, продукционным процессом и формированием уровня урожайности в целом.

Для оценки комплексного состояния гидротермических условий вегетации растений обычно используют данные показателя - гидротермического коэффициента (ГТК по Г Т. Селянинову), который рассчитывается по формуле

Г77С ₌ 2?.1О,

U

где - сумма осадков за определенный период, мм; - сумма суточных температур выше 10 °C за тот же период, °C.

По данным Э. М. Мухаметова [30], на дерново-подзолистых суглинистых почвах во влажные годы ГТК за период вегетации превышает 1,6; в слабоув-лажненные он равен 1,0-1,3; очень засушливые - 0,4-0,7 и сухие - 0,2-0,4 и менее. Для нормального роста растений и формирования высокой урожайности зерновых культур ГТК должен быть в пределах 1,3-1,6. Однако на антропогенно-преобразованных торфяных почвах результаты оценки ГТК не всегда отражают фактическое состояние роста и развития растений.

По нашему мнению, более объективную оценку гидротермических условий вегетации растений отражает показатель «коэффициент влагообеспечен-ности растений» - Р, когда вместо суммы осадков используются данные изменения почвенных влагозапасов. Этот показатель рассчитывается по формуле:

W

р _ "расход |q XT

где ^расход ^- изменение почвенных влагозапасов за определенныйпериод (слой 0-50 см), мм; XT-сумма температур более 10 °C за тот же период.

Приведенные на рис. 1.7 данные показывают, что самое высокое значение коэффициента влагообеспеченности растений озимого тритикале Р за период конец кущения - флаговый лист было в благоприятном по погодным условиям 2008 г. и составило 3,6, а самое низкое в 2007 г. - 0,8, что и отразилось на уровне сформировавшейся урожайности. Между коэффициентом влагообеспе-ченности растений Р за период конец кущения - флаговый лист и урожайностью озимого тритикале (вариант N₁₂₀P₈₀K₁₂₀) установлена тесная корреляционная связь, описываемая уравнением регрессии: у = 2,3 х² - 0,5 х + 33,3; R² = 0,80.

I I Урожайность

—?—ГТК - -"P"

Рис. 1.7. Зависимость урожайности озимого тритикале от состояния гидротермических условий вегетации растений в период конец кущения - молочная спелость (вариант N_p0P₈₀K₁₂₀)

В целом за важнейший период конец кущения - молочная спелость, когда проходит формирование колосков и зерна в колосе, среднее значение коэффициента Р в 2006 г. составило 1,6; 2007 г. - 0,8; 2008 г. - 2,4 и в 2009 г. - 1,4, которые обеспечили формирование урожайности 48,8; 34,1; 67,0; 51,3 ц/га соответственно. ГТК в этот же период развития растений по годам составил: 2006 г. -1,32; 2007 г. - 0,97; 2008 г. - 1,34; 2009 г. - 2,74, т. е. условия 2006 и 2008 гг. были примерно одинаковыми, а лучшими - в 2009 г., что не соответствует фактическому состоянию посевов озимого тритикале.

Результаты корреляционно-регрессионного анализа влияния состояния гидротермических условий за период конец кущения - молочная спелость на урожайность показали на слабую связь между формируемой урожайностью и ГТК (7?² = 0,48) и тесную связь с показателем Р (R² - 0,96), описываемую уравнением регрессии: у_р = 20,0 х + 19,2. Ниже предлагаются ориентировочные градации гидротермических условий вегетации озимого тритикале в период конец кущения - молочная спелость и соответствующие им прогнозные уровни урожайности (табл. 1.11).

Таблица 1.11. Ориентировочные градации гидротермических условий вегетации озимого тритикале

(среднее за период конец кущения - молочная спелость)

Изложенный материал является теоретической основой для разработки практических рекомендаций по системе управления продукционным процессом зернофуражных культур на антропогенно-преобразованных агроторфяных почвах.