При выращивании пивоваренного ячменя в южной части Нечерноземья Российской Федерации большое значение в вегетационный период имеют погодные условия [1]. Участившиеся засухи в последние годы не позволяют получить зерно соответствующего для производства солода качества. Вопросам зависимости урожайности культурных растений от метеорологических условий посвящено достаточно много работ (Яхонтов, 1925; Алексеев, 1937; Гусев, 1974; Калитанов, 1999; Никитишен, 2002; Перегудов и др., 2001; Сафаров, 2003; Хайбуллин, 2004; Костюков и др., 2005; Минеев, 2005; Пронько и др., 2004; Уваров и др., 2005; Фатыхов и др., 2005) и другие. Несмотря на достаточную изученность климатических факторов, последствия их изменения не до конца просчитаны и спрогнозированы [8]. Установлены в южной части Нечерноземной зоны в 6 случаях из 15 весенне-летние засухи, в то время как в более позднее время их было меньше [3]. В целом же по России в XII в. было 6 засух, в XVI, XVIII, XIX вв. – соответственно 9, 32, 70, в XX в. количество увеличилось до 77. Почвенная засуха усиливается при совместном синергетическом проявлении климатического и антропогенного факторов. Наибольшую опасность для земледелия при выращивании пивоваренного ячменя, в частности производства зерна на солод, представляет весенняя засуха. Оптимизация минерального питания почвы и предпосевная обработка семян регуляторами роста может уменьшить негативный эффект погодных факторов [6].
Материалы и методы исследований
Исследования проводились с целью увеличения урожайности ячменя пивоваренного сорта и улучшения качества зерна в соответствии с методикой Доспехова [2] на кафедре агрохимии, почвоведения и физиологии растений ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет им. П.А. Костычева» и в ЗАО «Победа» Захаровского района Рязанской области. Объект исследований – ячмень пивоваренного сорта Аннабель. В опыте использовался для предпосевной обработки семян регулятор роста Эпин-экстра. Почва хозяйства – чернозем выщелоченный. Отбор проб почвы осуществлялся методом конверта. Агрохимические анализы выполнялись в аналитической лаборатории ГНУ МФ ВНИИГиМ и на кафедре агрохимии, почвоведения и физиологии растений по общеизвестным методикам и с использованием балансового метода. Уборка урожая вручную с составлением пробного снопа.
Результаты исследований и их обсуждение
В последнее десятилетие почвенные и атмосферные засухи в вегетационные периоды стали наблюдаться ежегодно. Нами была проведена статистическая обработка динамики основных погодных условий мая. На долю марта, апреля и мая приходится наименьшее количество осадков – 4–7 % по сравнению с другими месяцами (рис. 1).
По данным Яхонтова [7], с 1899 по 1924 гг. в Рязанской губернии годовая сумма осадков составляла в среднем 439 мм, испарение – 376 мм. При этом наибольшее превышение испарения над осадками зарегистрировано в мае (30 мм), что еще раз подчеркивает относительную засушливость этого месяца. В условиях Рязанской области в мае осадков в среднем выпадает около 43 мм при значительной вариации (V) – 55,8 %.
За 1942–1981 гг. число лет с осадками меньше, чем 43 мм, составило 21, за 1982–2002 гг. – 16. Расчет коэффициента соответствия χ2 показал, что между указанными периодами в отношении осадков существуют достоверные различия: χ2 = 4,27 при a = 0,0389.
В среднем более чем за 60 лет наибольшая вероятность осадков (более 50 %) падает на диапазон значений от 10 до 40 мм. При этом за последние 25 лет вероятность составила уже 76 % (за период 1942–1981 гг. – 37 %).
В пределах такой относительно ограниченной территории, как Рязанская область, заметны существенные различия в характере частотного распределения осадков. В центральной части области (Рязанский район) – большой процент неэффективных осадков в количестве меньше 10 мм: за первые две декады их около 50 %, чуть меньше в третью – 38 %.
Не менее значимыми, чем майские осадки, являются и июньские, хотя тесная корреляционная зависимость отсутствует (R < 0,5). При некоторых комбинациях влияния майских и июньских ГТК на урожайность яровых зерновых культур получены вероятностные уравнения (рис. 2). В отсутствие майских и июньских осадков вероятность получения 20 ц/га зерна (X) составляет 11 % (уравнение (1)), улучшение водообеспеченности в мае повышает ее до 70 % (уравнение (2)), если оно проявляется только в июне, вероятность снижается до 24 % (уравнение (3)). Уравнение (4) не позволяет рассчитать вероятность урожайности в области средних значений, так как она низкая и неприемлемая. Поэтому произведем расчет для урожайности для более высоких значений урожайности. Он показывает, что при ГТК мая и июня около единицы получение урожайности зерна 30 ц/га возможно в 79 % случаях.
Далее нами установлена зависимость урожайности яровых зерновых культур от ГТК мая в случаях, когда ГТК июня меньше и больше 0,7. Рассчитано, что при ГТК июня < 0,7 урожайность становится наиболее зависимой от гидротермических условий мая, что видно по значению коэффициента регрессии, который составил 6,55, в то время как при ГТК июня > 0,7 – 0,164 т/га (рис. 3). По уравнениям рассчитано, что при ГТК мая 0,5 ед. июня < 0,7 ед. урожайность зерна, вероятно, не превысит 1,0 т/га; при ГТК июня > 0,7 она может быть 1,7–1,9 т/га. Следовательно, июньские осадки играют важную роль в формировании урожая зерна яровых культур.
Рис. 1. Распределение осадков по месяцам
|
|
ГТКМVv ≈ 0, ГТКVI ≈ 0 (1) y = –2,290 + 0,120x ГТКV ≈ 1, ГТКVI≈ 0 (2) y = –2,062 + 0,138x ГТКV ≈ 0, ГТКVI ≈ 1 (3) y = –3,78 + 0,201x ГТКV ≈ 1, ГТКVI ≈ 1 (4) y = –1,997 + 0,093x ГТКV ≈ 2, ГТКVI ≈ 1 (5) y = –1,904 + 0,102x ГТКV ≈ 3, ГТКVI ≈ 1 (6) y = –13,922 + 0,566x ГТКV ≈ 0, ГТКVI ≈ 2 (7) y = –11,362 + 0,543x |
Рис. 2. Зависимость урожайности яровых зерновых культур от ГТК мая и июня (на примере Рязанского района)
Рис. 3. Зависимость урожайности зерна яровых культур (ось Z) от ГТК мая (ось X) и июня (ось Y)
Уменьшение осадков, по-видимому, происходит на фоне повышения температуры воздуха. В среднем за год, по предварительным расчетам уравнения тренда, повышение ее в весенний период происходит на 0,004 °С.
Изменение температуры воздуха, которое на глобальном уровне ожидается в увеличении на 1 °С, вряд ли будет выступать в качестве лимитирующего фактора для развития культурных растений. Другое дело, что повышение ее может означать снижение влагозапасов в почве. Так, при потеплении на 1 °С летние запасы воды уменьшатся в дерново-подзолистых почвах на 60 мм, по-видимому, останутся без изменения в серых лесных почвах и черноземах. Несмотря на такой оптимистический прогноз, тем не менее общее повышение температуры в вегетационный период сопряжено с усилением непродуктивного расходования воды из почвы через испарение.
Как известно, водный режим почвы, оцениваемый коэффициентом увлажнения, слагается из двух основных составляющих: приходом (осадки) и расходом (испарение). Получение максимально приближенного к потенциально возможному уровню продуктивности культурных растений определяется запасом воды в вегетационный период. Лимитирование осадков на фоне повышения температуры воздуха неминуемо приводит к уменьшению запасов воды в почве.
Для того чтобы оценить роль температуры и фактора времени (чем продолжительнее бездождливый период, тем выше расход воды из почвы) в формировании водного запаса, была рассчитана множественная регрессия с использованием материалов по изменению осадков, температуры воздуха и запасов воды в посевах ячменя (всего обработано 10 ситуаций с вегетационными периодами культуры, характеризующихся значениями гидротермического коэффициента около 1).
В качестве примера рассмотрим 2012 г. Установлено, что запас воды в почве за период с ГТК около 1 в большей степени зависит от температуры воздуха и фактора времени, т.е. тренд запаса воды будет нисходящим. Вероятно, это связано со следующими обстоятельствами: в большинстве случаев осадки выпадают в недостаточном количестве для существенного восполнения потерь воды из почвы; повышение температуры воздуха: как следствие, снижение водяных паров в приземном слое оказывает иссушающее влияние на почву; серая лесная почва из-за неблагоприятных физических параметров слабо удерживает воду.
Регистрация осадков, продуктивного запаса воды в почве (слой 0–20 см), температуры воздуха велась подекадно (рис. 4).
Как можно видеть из рисунка, осадки выпадали неравномерно. Максимальный их объем (40–45 мм) пришелся на 2, 4 и 9 декады, при этом, начиная со 2 декады, запас продуктивной воды снижался, а осадки не прекращались, но их количество было недостаточным для восполнения запасов воды, так как наряду с этим повышалась суточная температура воздуха. В 4 случаях увеличение осадков привело к повышению запаса (во 2, 6, 7 и 8 декады). В 9 декаде, несмотря на рост осадков, запас снизился, по-видимому, по причине относительно высокой суточной температуры воздуха (10 °С).
При всех значениях ГТК уменьшение запаса воды в почве связано с повышением температуры (необходимо учитывать и временной фактор). Например, при увеличении за счет осадков ГТК с 0,22 до 0,55 на фоне средней температуры воздуха 20 °С запас продуктивной влаги практически не изменился, составив 17 мм (таблица).
На основе данных многолетнего полевого опыта [3] была установлена зависимость формирования весеннего влагозапаса от январской температуры (в уравнении X1), июльской (X2) и годового количества осадков (X3):
Y = 29,1 + 3,1X1 – 6,0X2 + 0,03X3 (при R = 0,7).
Как видим, повышение средней температуры июля способно не только «перекрыть» годовую прибавку осадков, но и вызвать иссушение почвы.
Рис. 4. Подекадная динамика температуры воздуха (правая ось), осадков и запасов воды в почве в слое 0–20 см (левая ось) в 1999 г. при вегетации ячменя в Рязанском районе в годы с ГТК около 1
Таблица 1
Расчетный запас продуктивной воды в серой лесной почве (Z) при различных значениях ГТК средней температуры воздуха (X) и осадков (Y)
|
Параметр |
Гидротермический коэффициент |
|||||||||||
|
0,22 |
0,55 |
1,00 |
||||||||||
|
X1 |
Y |
X2 |
Y |
X1 |
Y |
X2 |
Y |
X1 |
Y |
X2 |
Y |
|
|
15 |
10 |
20 |
13 |
15 |
25 |
20 |
33 |
15 |
45 |
20 |
60 |
|
|
Z |
25 |
15 |
37 |
17 |
67 |
41 |
||||||
Известно, что если ГТК 0,5–1,0, то вегетационный период характеризуется как засушливый; < 0,5 – острозасушливый; > 1,0 – нормальный и (или) оптимальный по водообеспеченности. В условиях Рязанской области среднее значение ГТК весеннего периода составляет 1,17, медиана – 0,94, при значительном стандартном отклонении – 0,81, то есть в целом южная часть Нечерноземной зоны неустойчива по увлажнению.
Анализ динамики ГТК показал, что усиление засушливости для южной части Нечерноземной зоны – актуальная проблема. За последние 20 лет количество засушливых лет составило 16, из них только острозасушливых – 5 (рис. 5), а среднее значение ГТК лежит в пределах 0,89.
Таким образом, вероятность усиления засушливости климата в Рязанской области, южной части Нечерноземной зоны России, в весеннее время высокая.
Полученные нами выводы в определенной степени отвечают и соответствуют общеклиматическим прогнозным сценариям имитационной модели климата GISS–1993 Годдардовского института космических исследований. Согласно ей, к 2050 г. ожидается снижение коэффициентов увлажнения, умеренная аридизация в широком спектре природных зон Русской равнины. Существование термоаридного тренда подтверждается результатами наблюдений выборочными метеостанциями Г.В. Менжулина и др. [5]. Используя усредненные данные урожайности яровых зерновых культур (рис. 6), нами был проведен анализ зависимости ее от ГТК.
В условиях Рязанской области, если начальный весенний период роста и развития яровых зерновых культур характеризуется засушливой погодой, можно прогнозировать невысокую урожайность зерна.
Рис. 5. Динамика ГТК в Рязанской области
Рис. 6. Динамика урожайности яровых зерновых культур (ц/га) и ГТК
Как было отмечено ранее, наибольшую опасность для яровых зерновых культур представляет весенняя засуха, ухудшающая условия для стартового развития. Учитывая, что в две начальные декады апреля водообеспеченность за счет запасов воды от таяния снега достаточная, конечная урожайность культурных растений главным образом обусловлена количеством осадков в мае. Однако в корреляционно-регрессионном анализе зависимости урожайности зерновых культур от майских осадков тесная связь между ними отсутствует. Это связано с тем, что в производственных условиях действует значительное количество факторов (природные, агротехнические, организационные), которые ослабляют зависимость.
Таким образом, анализ собственных результатов исследований, данных других ученых свидетельствует о высокой вероятности общего для умеренных широт появления термоаридного тренда, сопровождаемого усилением в его частых проявлениях засушливости в весеннее время. Это выражается не только снижением эффективных осадков, но увеличением частоты встречаемости аридных засушливых периодов для южной части Нечерноземной зоны России. Вместе с климатическими, другие факторы, в частности некачественная обработка почвы, ускоряют и усиливают действие засухи.
Для успешного решения задач по созданию устойчивых агроэкосистем с получением приемлемых урожаев культурных растений требуются разнонаправленные комплексные подходы, в которых одну из ведущих позиций занимает улучшение плодородия почв. Плодородие почвы – фактор (необходимое условие) устойчивого функционирования населяющих ее живых организмов. Степень их активности в неблагоприятных условиях может свидетельствовать о протекторной роли почвы.
В хозяйстве традиционно вносится N90P90K90, однако известно [1], что выращивание пивоваренного ячменя требует оптимальных погодных и почвенных условий. При неблагоприятной для пивоваренного ячменя погоде, то есть при дефиците осадков в период формирования и налива зерна, что часто наблюдается в конце июня, возрастает риск получения зерна с высоким содержанием белка (выше 12 %). В этих случаях пивоваренный ячмень переходит в разряд фуражного и используется на корм скоту.
Расчетные нормы минеральных удобрений под пивоваренный ячмень составляли для азота – 62,9, фосфора – 64,5, калия – 112,9 кг/га, при этом они для производственных целей округлялись. На основе балансового метода было рекомендовано в качестве основного способа внесение осенью под зяблевую вспашку фосфорных и калийных удобрений из расчета Р55К100 кг/га ДВ. Весной под культивацию внесение азотных удобрений из расчета N50 кг/га ДВ. При посеве семян в рядки для лучшего роста культуры в начальный период развития применение небольшой дозы комплексного удобрения в виде нитрофоски из расчета N10P10K10 кг/га ДВ.
Оптимизация минерального питания в ЗАО «Победа» при выращивании ячменя пивоваренного сорта Аннабель и обработка семян регулятором роста Эпин-экстра позволили увеличить урожайность на 62 % (средняя урожайность в Рязанской области 35 ц/га), что свидетельствует о высокой агрономической эффективности используемых приемов в технологии выращивания данной культуры. Зерно ячменя сорта Аннабель, выращенного на варианте с обработкой семян регулятором роста и при внесении удобрений нормой N60P65K110, было чистосортным, биологически вызревшим, имело желтый цвет и приятный ячменный запах. Зерно не имело пятен на зародыше, зерновка светло-желтая. Эндосперм полустекловидный. Влажность зерна 15 %, что соответствовало состоянию средней сухости. Сорная примесь составила около 0,5 %. Содержание зерновой примеси, к которой относят все битые и изъеденные вредителями зерна, составило 1,5 %. То есть полученное зерно соответствовало состоянию средней чистоты по ГОСТу.
Помимо основного продукта, используются для кормления животных и отходы пивоваренного производства – солодовые ростки и пивная дробина натуральной влажности и в высушенном состоянии. Однако высокая стоимость энергоносителей делает невозможным высушивание пивной дробины до влажности 15–17 % и реализацию последней как концентрированного корма. Поэтому одним из предложенных выходов из сложившейся ситуации может быть консервирование свежей пивной дробины или частично отжатой до влажности 70–60 % или добавление к последней сырья с низкой влажностью. Важнейшим условием сохранения питательных веществ законсервированной пивной дробины является строгое соблюдение технологии ее закладки в хранилище в соответствующие сроки [6].
Выводы
Анализ собственных результатов исследований и литературного обзора свидетельствует о высокой вероятности общего для умеренных широт появления термоаридного тренда, сопровождаемого усилением в его частых проявлениях засушливости в весеннее время. Это выражается не только снижением эффективных осадков, но увеличением частоты встречаемости аридных засушливых периодов для южной части Нечерноземной зоны России. Вместе с климатическими, другие факторы, в частности невысокое плодородие, необоснованно низкое внесение минеральных удобрений и некачественная обработка почвы, ускоряют и усиливают действие засухи. Пивоваренный ячмень резко реагирует на неблагоприятные погодные условия, действия которых можно снизить предпосевной обработкой семян регулятором роста Эпин-экстра при оптимизации минерального питания чернозема, выщелоченного внесением N60P65K110. Внедрение в ЗАО «Победа» Захаровского района Рязанской области данных мероприятий позволило увеличить на 62 % урожайность ячменя пивоваренного сорта Аннабель и улучшить качество зерна для получения солода.
Рецензенты:Савина О.В., д.с.-х.н., профессор кафедры товароведения и экспертизы, ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева», г. Рязань;
Емельянова А.С., д.б.н., профессор кафедры технологии производства и переработки продукции животноводства, декан факультета довузовской подготовки и среднего профессионального образования, ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева», г. Рязань.