MONITORING OF YIELD OF CULTURES OF GRAIN-GRASS СROP ROTATION IN SOUTHERN LAND

МОНИТОРИНГ ПРОДУКТИВНОСТИ КУЛЬТУР ЗЕРНОТРАВЯНОГО СЕВООБОРОТА НА ОСУШАЕМЫХ ЗЕМЛЯХ

Научная статья

Карасева О. В.¹, Иванов Д. А.², Рублюк М.В.³, Анциферова О.Н.⁴

¹ ORCID: 0000-0002-8377-6386;

² ORCID: 0000-0002-8377-6386;

³ ORCID: 0000-0002-8377-6386;

⁴ ORCID: 0000-0002-8377-6386,

^{1, 2, 3, 4} Всероссийский научно-исследовательский институт мелиорированных земель — ведущее научное учреждение в системе Федерального агентства научных организаций в области мелиоративного земледелия, п. Эммаусс, Россия

* Корреспондирующий автор (2016vniimz-noo[at]list.ru)

Аннотация

При недостатке органических и минеральных удобрений, а также финансовых и технических средств особое значение приобретает рациональное использование севооборотов (правильного чередования культур во времени и пространстве) и учет природных особенностей агроландшафтов при проектировании систем земледелия. Работа посвящена анализу мониторинговой информации по урожайности культур зернотравяного севооборота в пределах мелиорированного агроландшафта. Вариантами опыта являются элювиальные, транзитные и аккумулятивные местоположения и их сочетания на вершине и склонах моренного холма. Установлено, что вследствие различий в интенсивности миграционных потоков в почве и сложности почвенного покрова, пространственное варьирование урожайности культур может быть значительным. Наиболее продуктивны овес и яровая пшеница, многолетние травы характеризуются меньшей продуктивностью, самая низкая продуктивность отмечена у ячменя, который испытывает угнетение от подсева травосмеси. При однотипности применяемой агротехнологии прямые затраты по вариантам различались незначительно. Более высокая прибыль достигается в верхней части южного склона. Самую низкую себестоимость кормовой единицы, максимальную рентабельность, а также биоэнергетический коэффициент обеспечивает нижняя треть северного склона. Самые высокие прямые затраты, связанные с технологическими приемами возделывания культур и отражающие особенности вариантов, отмечены на транзитах обоих склонов. Размещение культур с учетом их требований и состояния осушаемых земель повышает эффективность использования природных и материальных ресурсов. Зная закономерности пространственной и временной пестроты урожайности культур и других факторов биопродуктивности агроландшафта, можно определять однородные территориальные ниши, максимально пригодные для их выращивания.

Ключевые слова: мониторинг, агроландшафт, адаптивное земледелие, осушаемые земли, продуктивность, рентабельность, себестоимость, севооборот.

MONITORING OF YIELD OF CULTURES OF GRAIN-GRASS СROP ROTATION IN SOUTHERN LAND

Research article

Karaseva O.V.¹, Ivanov D.A.², Rublyuk M.V.³, Antsiferova О.N.⁴

¹ ORCID: 0000-0002-8377-6386;

² ORCID: 0000-0002-8377-6386;

³ ORCID: 0000-0002-8377-6386;

⁴ ORCID: 0000-0002-8377-6386,

^{1, 2, 3, 4} All-Russian Research Institute of Reclaimed Lands, Emmaus, Russia

* Corresponding author (2016vniimz-noo[at]list.ru)

Abstract

With a lack of organic and mineral fertilizers, as well as financial and technical means, the rational use of crop rotations (the correct alternation of crops in time and space) is of a particular importance significance and takes into account the natural features of agricultural landscapes in the design of farming systems. The work is devoted to the analysis of monitoring information on yields of grain-grass crops within the meliorated agricultural landscape. The options of the experiment are eluvial, transit and accumulative locations and their combinations at the top and slopes of the moraine hill. It was found that due to differences in the intensity of migratory flows in the soil and the complexity of the soil cover, the spatial variation of crop yields can be significant. The most productive oats and spring wheat, perennial grasses are characterized by lower productivity, the lowest productivity is established in barley, which is oppressed by undercutting grass mixture. With the same type of agricultural technology applied, direct costs differed insignificantly. Higher profits are achieved in the upper part of the southern slope. The lowest cost price of the feed unit, the maximum profitability, and also the bioenergetic coefficient provides the lower third of the northern slope. The highest direct costs associated with technological methods of crop cultivation and reflecting the features of the options are noted on the transit routes of both slopes. The placement of crops, taking into account their requirements and the condition of the drained land, increases the efficiency of the use of natural and material resources. Knowing the patterns of spatial and temporal diversity of crop yields and other factors of agricultural landscape bioproductivity, it is possible to determine homogeneous territorial niches that are most suitable for their cultivation.

Keywords: monitoring, agricultural landscape, adaptive farming, drained land, productivity, profitability, prime cost, croprotation.

Важным звеном в  адаптивно-ландшафтном земледелии были и остаются севообороты, являющиеся важнейшим средством экологизации земледелия, выполняющие в агроландшафте продукционные, средоулучшающие, фитосанитарные и экономические функции. Наиболее распространенной является растениеводческая специализация хозяйств с несоблюдением севооборотов и минимальным внесением удобрений, особенно органических, что ведет к напряженности экологической ситуации. На преодоление негативных тенденций развития природной среды направлены новейшие адаптивно-ландшафтные системы земледелия (АЛСЗ). Главное требование АЛСЗ – выделение в пределах агроландшафта, однородных территорий со свойствами, оптимальными для возделываемых определенных культур. Принятие каноны адаптивно-ланшафтного земледелия определяют необходимость дифференцированного подхода к размещению культур по элементам рельефа [1]. Они вызваны острой необходимостью увеличения эффективности и экологической безопасности землепользования, с максимальным сохранением саморегуляции агроландшафта. Улучшение экологической ситуации можно получить путем оптимизации структур агроландшафтов, локализации деградационных процессов, устранения лимитирующих продукционный процесс факторов. В условиях острого дефицита  самого необходимого (материальных, технических и др. средств) нужно находить неиспользованные резервы: агроландшафтные, севооборотные, биологические, почвенно-климатические и т.д., причем для этого не требуются дополнительные вложения. Учет характера антропогенных нагрузок, пространственной вариабельности продуктивности культур и особенностей агроландшафта, позволит получить экономически оправданную и экологически безопасную продукцию, а также предотвратить деградацию окружающей среды. Целью данной работы является исследование пространственной изменчивости продуктивности культур шестипольного севооборота, а также экономических характеристик в пределах мелиорированного агроландшафта моренной гряды для выявления закономерностей влияния природных условий на производство растениеводческой продукции.

Исследования проводились на агроландшафтном полигоне ФГБНУ ВНИИМЗ в 1997-2009 гг. Он расположен в пределах конечно-моренного холма с превышением 15 м, состоящего из межхолмных понижений (северной и южной), южного склона крутизной 3-5^о, плоской вершины и северного склона крутизной 2-3^о. Почвенный покров полигона представлен вариацией-мозаикой дерново-подзолистых глееватых и глеевых почв, на двучленных отложениях различной мощности. Южный склон характеризуется господством песчаных и супесчаных почв, на северном преобладают легкосуглинистые разности. Полигон осушен гончарным дренажем с междренными расстояниями 20-40 м.

На полигоне выделены следующие агромикроландшафты (АМЛ): элювиально-аккумулятивные (Э-А) в пределах слабодренированного водораздела; элювиально-транзитные (Э-Т), на слабонаклонных верхних частях склонов; транзитные (Т), в центральных частях склонов; транзитно-аккумулятивные (Т-А), занимающие межхолмные понижения. В элювиально-аккумулятивном АМЛ, наряду с процессами вымывания питательных веществ, отмечается их локальная аккумуляция в микрозападинах, приводящая к усилению агрохимической пестроты. Здесь места с благоприятными гидроморфными почвенными условиями могут сопрягаться с переувлажненными участками. В транзитах перемещение влаги активизирует процессы смыва и дифференциации почвенного покрова. Транзитно-аккумулятивные АМЛ характеризуются накоплением питательных веществ из намывных и грунтовых вод.

Делянки опыта имели вид непрерывных параллельных полос, пересекающих все ландшафтные позиции холма и расположенные перпендикулярно дренажу. Ширина делянки 7,2 м, длина 1400 м. Площадь под культурой около 1 га. За варианты опыта были взяты основные микроландшафты. В пределах трансекты антропогенное воздействие однотипно. Учеты урожая культур проводились сплошным методом (для зерновых культур прямым комбайнированием) через каждые 10 м. При разработке программ расчетов показателей экономической, энергетической, ресурсно-экологической и агроэнергетической оценки технологий, севооборотов, систем земледелия и кормопроизводства в условиях комплексной мелиорации земель были использованы многочисленные источники  компьютерных технологий.

Проводился мониторинг урожайности на разных полях 6-польном зернотравяном севообороте: овес – яровая пшеница – ячмень + многолетние травы – многолетние трав 1, 2 и 3 г.п. в 2003-2008 гг. и 2004-2009 гг., охватывающие разные по погодным условиям периоды. В зернотравяных севооборотах с насыщением зерновыми 50% и 50% многолетними травами без применения минеральных (кроме однократных подкормок 1 ц аммиачной селитры на га) и органических удобрений в среднем по опыту получено от 1,0 до 3,1 т/га кормовых единиц (табл. 1).

 

Таблица 1 – Средняя продуктивность культур 6-польного севооборота в зависимости от агромикроландшафтных условий, т/га корм. ед. (2003-2009 гг.)

АМЛ (вариант)	Продуктивность культур севооборота				Выход  т/га к. ед. на 1 га севооборотной площади
	о в е с	яровая пшеница	ячмень + мн. тр.	мн. травы 1, 2, 3 г.п.
Т-Аю	3,63	2,21	1,02	2,16	2,22
Тю	3,45	2,39	0,97	2,35	2,31
Э-Тю	3,17	3,29	1,13	2,06	2,30
Э-А	2,93	3,15	0,91	1,62	1,97
Э-Тс	2,95	3,35	1,06	1,52	1,98
Тс	2,71	2,88	1,15	3,02	2,63
Т-Ас	2,79	2,87	0,71	2,75	2,44
Среднее	3,09	2,88	0,99	2,21	2,26

Наиболее продуктивны в севообороте овес и яровая пшеница, несколько ниже по этому показателю сеяные разновозрастные травы, самая низкая продуктивность наблюдалась у ячменя, который испытывает сильное угнетение от подсева травосмеси (клевер + тимофеевка).

Зерновые по-разному реагировали на природные особенности агромикроландшафтов: для овса лучшие условия складывались на южном склоне, для пшеницы – на вершине, у покровного ячменя резко снижалась урожайность на варианте транзитно-аккумулятивного АМЛ северного склона. Для трав неблагоприятные условия сложились в местах с преобладанием элювиальных процессов, а наиболее высокая продуктивность отмечена на транзитном и транзитно-аккумулятивном вариантах северного склона. В целом же в 6-польных севооборотах продуктивность колебалась от 1,98 до 2,63 т кормовых единиц на гектар севооборотного поля. Варьирование  продуктивности отдельно взятых культур выравнивались за счет влияния севооборота и  особенностей элементов агроландшафта [6], [7], [8].

Оценка ресурсного потенциала отдельных видов осушаемых земель, основанная на сопоставлении условий вариантов (АМЛ) с учетом их различий, дает возможность определить направление их использования. Разнообразие вариантов нашего опыта обусловлено крутизной склонов, влажностью, гранулометрическим составом и плотностью почв, длиной гона, а также различиями по урожайности, влажности и засоренности убираемой массы. При сравнении совокупных затрат с применением однотипной технологии в опыте, прямые затраты на производство продукции растениеводства в основном связаны с колебаниями урожайности возделываемых культур [9], [10].

Экономический расчет показал, что наибольшая прибыль достигается в верхней части южного склона – 3403 рубля с гектара. Но наименьшую себестоимость кормовой единицы (1,58 рублей), наиболее значительную рентабельность (80,2 %), а так же биоэнергетический коэффициент (2,5) среди изучаемых вариантов обеспечивает транзитно-аккумулятивный агромикроландшафт северного склона в основном за счет высокой продуктивности в нем  многолетних трав (табл. 2).

 

Таблица 2 – Экономико-энергетическая оценка 6-польных севооборотов в зависимости от агромикроландшафтных условий

АМЛ (вариант)	Показатели
	продуктивность, т/га корм. ед.	условно чистый доход, руб./га	себестои-мость, руб. 1 корм. ед.	рентабель-ность, %	биоэнергети-ческий коэффициент
Т-Аю	2,22	2830	2,01	63,5	2,02
Тю	2,31	2666	1,94	57,4	2,03
Э-Тю	2,30	3403	1,87	79,0	2,15
Э-А	1,97	2933	2,04	72,9	1,98
Э-Тс	1,98	3199	2,03	79,6	1,97
Тс	2,63	2786	1,76	60,2	2,29
Т-Ас	2,44	3101	1,58	80,2	2,50
Среднее	2,26	2988	1,89	70,4	2,13

 

Полученные данные указывают на расширенное воспроизводство почвенного плодородия на всех микроландшафтных позициях в условиях практически экстенсивного возделыванию культур, так как показатели биоэнергетических коэффициентов везде больше единицы – они колеблются в пределах 1,97-2,50. Следовательно, для наиболее полного удовлетворения всех хозяйственных нужд с максимальной экономической эффективностью необходимо использование севооборотного фактора, снижающего себестоимость продукции за счет минимализации потребления агрохимикатов, энергетических ресурсов и транспортных средств. При однотипности применяемой агротехнологии прямые затраты на производство различались незначительно. Условно чистый доход и уровень рентабельности напрямую зависят от урожайности – на вариантах с наивысшей урожайностью экономические эффект более высокий (табл. 3).

 

Таблица 3 – Экономическая эффективность 6-польного севооборота в зависимости от агромикроландшафтных условий

АМЛ (вариант)	Прямые затраты денежных средств, тыс. руб./га				Всего затрат (тыс. руб.) на 1 га севооборотной площади
	о в е с	яровая пшеница	ячмень + мн. тр.	мн. травы 1, 2 и 3 г.п.
Т-Аю	11,9	5,8	5,3	1,26	4,43/103,8 %
Тю	12,5	6,0	5,3	1,35	4,64/108,7 %
Э-Тю	10,3	6,5	5,7	1,14	4,32/101,2 %
Э-А	10,1	6,5	4,8	0,91	4,02/94,2 %
Э-Тс	9,1	6,6	5,7	0,88	4,01/93,9 %
Тс	8,7	6,1	8,1	1,62	4,63/108,4 %
Т-Ас	8,7	5,9	4,1	1,48	3,86/90,4 %
Среднее	10,2	5,3	5,6	1,23	4,27/100,0 %

 

Самые высокие (на 8,4 и 8,7 % выше среднего) прямые затраты отмечены на транзитах. Они связаны с различиями в уровне урожайности, отражающими природные особенности этих вариантов. Это повлекло за собой снижение уровня рентабельности в этих вариантах до 57,4 и 60,2 %. Менее затратно производство в транзитно-аккумулятивном АМЛ северного склона, скорее всего из-за более длинного гона.

Итак, анализ мониторинговых данных шестипольного зернотравяного севооборота в пределах мелиорированного агроландшафта показал, что урожайность отдельных культур и севооборота в целом во многом зависит от природных различий агромикроландшафтов. Зная закономерности пространственной и временной пестроты урожайности культур, можно выделить территориально-экологические ниши, максимально пригодные для их культивирования. Размещая посевы в наиболее благоприятных для культуры местах можно управлять биопродуктивностью агроландшафта. Выбор таких мероприятий влечет за собой разработку шлейфа технологий, максимально адаптированных к ландшафтам. Это позволит прогнозировать поведение растений на участках, интересующих специалистов, регулировать продукционный процесс путем воздействия на факторы его лимитирующие, то есть программировать урожаи культур и продуктивность агроландшафта в целом. Определяющим моментом при выборе тех или иных технологических приемов и средств в условиях осушенных земель должно быть  их экономическое обоснование.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Иванов Д.А. Ландшафтно-мелиоративные системы земледелия (прикладная агрогеография) / Д.А.Иванов, Н.Г.Ковалёв. – Тверь: Издатель А.Н. Кондратьев. – – 310 с.
2. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники / Часть II. – М.: РИЦ ГОСНИТИ. – – 331 с.
3. Методика ресурсо-экологической оценки эффективности земледелия на биоэнергетической основе / Курск. – – 47 с.
4. Методические рекомендации. Адаптивные агротехнологии в ландшафтно-мелиоратив­ном земледелии гумидной зоны / М.: 2004. – 70 с.
5. Цветкова М.А. Оценка эффективности адаптивно-ланлшафтных агротехнологий мелиоративного земледелия с использованием компьютерных программ / М.А. Цветкова, А.И.Котельникова, В.С.Шамарина // Материалы Международной научно-практической конференции «Осушительная мелиорация в Нечерноземной зоне Российской Федерации: состояние и прогноз». – Тверь: Тверской печатник. – – С. 108-117.
6. Петрова Л.И. Эффективность размещения культур севооборотов на осушаемых землях в разных агроэкологических условиях / Л.И. Петрова, Ю.И. Митрофанов, Н.К. Первушина // Мелиорация и водное хозяйство. –  – № 2. – С. 19-22.
7. Митрофанов Ю.И. Комплексная оценка потенциала продуктивности осушаемых залежных земель / Ю.И.Митрофанов, Н.Г. Ковалев, Л.В. Пугачева и др. // Мелиорация и водное хозяйство. – – № 3. – С. 17-22.
8. Иванов Д.А. Динамика уровня почвенно-грунтовых вод в пределах агроландшафта / Д.А. Иванов, В.А. Абрамов // Мелиорация и водное хозяйство. – – № 4. – С. 7-9.
9. Митрофанов Ю.И. Роль мелиорации и отдельных приемов земледелия в повышении продуктивности переувлажняемых почв / Ю.И. Митрофанов // Международный научно- исследовательский журнал. – – №3 (34) часть 2. - С. 30-33.
10. Митрофанов Ю.И. Агрофизические основы повышения продуктивности осушаемых почв: Монография / Изд-во: LAP Lambert Academic Publishing, Германия. – – 196 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Ivanov D.A. Landshaftno-meliorativnye sistemy zemledeliya (prikladnaya agrogeografiya) [Landscape-meliorative systems of agriculture (applied agrogeography)] / D.A.Ivanov, N.G.Kovalyov. – Tver': Izdatel' A.N. Kond-rat'ev. – 2017. – 310 p. [in Russian]
2. Metodika opredeleniya ehkonomicheskoj ehffektivnosti tekhnologij i sel'-skohozyajstvennoj tekhniki [Methodology for determining the economic efficiency of technologies and agricultural machinery] / Chast' II. – M.: RIC GOSNITI. – 1998. – 331 p. [in Russian]
3. Metodika resurso-ehkologicheskoj ocenki ehffektivnosti zemledeliya na bioehnergeticheskoj osnove [The methodology of resource-ecological assessment of the efficiency of agriculture on a bio-energy basis] / Kursk. – 1999. – 47 p. [in Russian]
4. Metodicheskie rekomendacii. Adaptivnye agrotekhnologii v landshaftno-meliorativnom zemledelii gumidnoj zony [Methodical recommendations. Adaptive agrotechnologies in landscape-meliorative agriculture of the humid zone] / M.: 2004. – 70 p. [in Russian]
5. Cvetkova M.A. Ocenka ehffektivnosti adaptivno-lanlshaftnyh agrotekhnologij meliorativnogo zemledeliya s ispol'zovaniem komp'yuternyh pro-gramm [Evaluation of the effectiveness of adaptive-landscape agrotechnologies of meliorative agriculture using computer programs] / M.A. Cvetkova, A.I. Kotel'nikova, V.S. SHamarina // Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Osushitel'naya melio-raciya v Nechernozemnoj zone Rossijskoj Federacii: sostoyanie i prognoz» [Materials of the International Scientific and Practical Conference "Desiccatory Reclamation in the Non-Chernozem Zone of the Russian Federation: Status and Forecast"]. – Tver': Tverskoj pechatnik. – 2009. – P. 108-117. [in Russian]
6. Petrova L.I. E`ffektivnost` razmeshheniya kul`tur sevooborotov na osushaemy`x zemlyax v razny`x agroe`kologicheskix usloviyax [Efficiency of placing crop rotation on dry land under different agroecological conditions] / L.I. Petrova, Y.I. Mitrofanov, N.K. Pervushina // Melioraciya i vodnoe hozyajstvo [Melioration and water management]. –2015. –№ 2. –P.19-22. [in Russian]
7. Mitrofanov YU.I. Kompleksnaya ocenka potenciala produktivnosti osu-shaemyh zalezhnyh zemel' [Comprehensive assessment of the productivity potential of drained fallow lands] / Yu.I. Mitrofanov, N.G. Kovalev, L.V. Pugacheva and others // Melioraciya i vodnoe hozyajstvo [Melioration and water management]. –2015. – № 3. – P. 17-22. [in Russian]
8. Ivanov D.A. Dinamika urovnya pochvenno-gruntovyh vod v predelah agrolandshafta [Dynamics of the level of soil-groundwater within the agrolandscape] / D.A. Ivanov, V.A. Abramov // Melioraciya i vod-noe hozyajstvo [Melioration and water management]. –2014. –№ 4. – P. 7-9. [in Russian]
9. Mitrofanov Yu.I. Rol' melioracii i otdel'nyh priemov zemledeliya v povyshenii produktivnosti pereuvlazhnyaemyh pochv [The role of melioration and individual methods of farming in increasing the productivity of waterlogged soils] / Yu.I. Mitrofanov // Mezhdunarodnyj nauchno- issledovatel'skij zhurnal [International Research Journal]. – 2015. – №3 (34) chast' 2. - P. 30-33. [in Russian]
10. Mitrofanov Yu.I. Agrofizicheskie osnovy povysheniya produktivnosti osushaemyh pochv: Monografiya [Agrophysical fundamentals of increasing the productivity of drained soils: Monograph] / Izd-vo: LAP Lambert Academic Publishing, Germaniya. – 2017. – 196 p. [in Russian]