IMPROVING THE EFFICIENCY OF AGROECOSYSTEMS IN THE LOWER VOLGA REGION

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АГРОЭКОСИСТЕМ В УСЛОВИЯХ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Научная статья

Плаксина В.С.^1, *, Пронудин К.А.², Асташов А.Н.³

¹ ORCID: 0000-0002-8968-8774;

^{1, 2, 3} Российский научно-исследовательский и проектно-технологический институт сорго и кукурузы, Саратов, Россия

* Корреспондирующий автор (v.plaksina88[at]yandex.ru)

Аннотация

Целью настоящего исследования было оценить эффективность изучаемых севооборотов по выходу зерна в разные по метеоусловиям годы. Наиболее высокая продуктивность среди всех схем изучаемых севооборотов получена в пятипольных и четырехпольных с включением зернобобовых и поздних культур. Выход зерна с 1 гектара пашни в них составил 1,70-1,81 тонны при средней продуктивности всех изучаемых севооборотов 1,54 тонны. По результатам исследований установлено, что для достижения оптимальной эффективности агроэкоценозов в условиях недостаточного увлажнения необходимо включение в структуру посевных площадей поздних культур, таких как кукуруза и зерновое сорго, которые способны формировать стабильные урожаи в разные годы. Также целесообразно включение в структуру посевных площадей зернобобовых культур, повышающих эффективность севооборотов и способствующих сохранению почвенного плодородия.

Ключевые слова: севооборот, продуктивность, гидротермический коэффициент, зерновое сорго, кукуруза, соя, нут.

IMPROVING THE EFFICIENCY OF AGROECOSYSTEMS IN THE LOWER VOLGA REGION

Research article

Plaksina V.S.^1, *, Pronudin K.A.², Astashov A.N.³

¹ ORCID: 0000-0002-8968-8774;

^{1, 2, 3} Sorghum and Corn Research and Design Technology Institute, Saratov, Russia

* Corresponding author (v.plaksina88[at]yandex.ru)

Abstract

The purpose of this study was to evaluate the effectiveness of the crop rotations under study for grain yield in different years based on weather conditions. The highest productivity among all the schemes of the crop rotations was obtained in five-course and four-course ones with the inclusion of leguminous and late crops, where the yield of grain from 1 hectare of arable land amounted to 1.70-1.81 tons with the average productivity of all crop rotations amounting to 1.54 tons. Based on the research results, the study establishes that in order to achieve optimal efficiency of agroecocenoses in conditions of insufficient moisture, it is necessary to include late crops, such as corn and grain sorghum, which are able to produce stable yields in different years, in the structure of sown areas. It is also advisable to include leguminous crops in the structure of sown areas, which increase the efficiency of crop rotations and contribute to the preservation of soil fertility.

Keywords: crop rotation, productivity, hydrothermal coefficient, sorghum, corn, soy, chickpeas.

Введение

Нестабильные цены на зерно и стремление к устойчивому развитию рассматривать альтернативные методы увеличения разнообразия доходов и защиты плодородия почвы. Сокращение использования пестицидов является одной из приоритетных задач в стремлении к устойчивому сельскому хозяйству [1]. В связи с интенсивными методами ведения сельского хозяйства растущая экологическая озабоченность способствовала появлению инновационных систем ведения сельского хозяйства, таких как органическое и интегрированное сельское хозяйство, используемых в качестве альтернативных путей сокращения использования пестицидов по сравнению с нынешними традиционными системами [2], [3].

Интенсивные системы земледелия оказывают негативное воздействие на экосистему. Поэтому использование севооборота является возможностью повышения экологической устойчивости агроэкосистем [4]. Учитывая современную экономическую ситуацию, особый интерес представляет изучение севооборотов с короткой ротацией. Научно-обоснованный подход к этому вопросу может существенно повысить эффективность производства продукции растениеводства, снизить затраты на использование сельскохозяйственной техники, а, наряду с этим, улучшить агроэкологическую ситуацию за счет изменения структурности почвы, улучшения ее агрофизических свойств [5]. Экологически и экономически обоснованная концепция земледелия в любой почвенно-климатической зоне должна строиться на выращивании наиболее соответствующих по биологическим свойствам культур, с учетом их средообразующего влияния на плодородие почвы и состояние агроценозов [6].

Целью настоящего исследования было оценить эффективность севооборотов по выходу зерна с 1 га пашни.

В исследованиях построение севооборотов основывалось на возделывании взаимодополняющих групп растений по принципу асинхронности прохождения этапов онтогенеза. В севооборотах возделывались помимо озимых и ранних яровых злаков поздние культуры. Включение засухоустойчивых поздних культур, способных восполнять потери урожая других культур, обеспечивает стабилизацию выхода продукции [7], [8].

Методы и принципы исследования

Исследования проводились в 2008-2019 гг. на опытном поле ФГБНУ РосНИИСК «Россорго». Погодные условия в годы исследований были различные и в полной мере охватывали всю совокупность климатических особенностей региона: из двенадцати лет благоприятными по увлажнению и урожайными были 2008, 2013 и 2017 годы (ГТК ≥ 1,0). Средними были 2009, 2014, 2015, 2016, 2018 и 2019 годы (0,6 ≤ ГТК ≤ 1,0). Сухими и жаркими были 2010-2012 годы (ГТК < 0,6) (см. рисунок 1).

Рис. 1 – Погодные условия в годы исследований, 2008-2019 гг.

 

Почва опытного поля - чернозем южный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый. Пахотный слой (на момент закладки опыта) характеризовался следующими показателями: содержание гумуса (по Тюрину) составило 4,85 %, гидролизуемого азота (по Тюрину-Кононовой) - 0,05 %, подвижного фосфора (по Мачигину) - 4,53 мг/100 г почвы, обменного калия (по Мачигину) – 38 мг на 100 г почвы, рH солевой вытяжки - 6,6.

Агротехника в полевых опытах – общепринятая для зоны, без применения пестицидов. Площадь учетной делянки – 100 м², размещение систематическое, повторность трехкратная,

Оценка эффективности проводилась по выходу зерна с 1 гектара пашни экспериментальных севооборотов:

• трехпольные – черный пар, озимая пшеница, яровая пшеница; черный пар, озимая пшеница, яровой ячмень; черный пар, озимая пшеница, кукуруза; черный пар, озимая пшеница, зерновое сорго;
• четырехпольные – черный пар, озимая пшеница, соя, яровая пшеница; черный пар, озимая пшеница, соя, яровой ячмень; черный пар, озимая пшеница, соя, кукуруза; черный пар, озимая пшеница, соя, зерновое сорго;
• пятипольные – черный пар, озимая пшеница, яровая пшеница, нут, зерновое сорго; черный пар, озимая пшеница, яровой ячмень, нут, кукуруза; черный пар, озимая пшеница, кукуруза, нут, яровой ячмень; черный пар, озимая пшеница, зерновое сорго, нут, яровая пшеница.

Учет урожайности осуществляли методом прямого комбайнирования, путём прокосов на каждой делянке отдельно. Основные результаты исследований подвергали статистической обработке методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову [9] с использованием программы AGROS версии 2.09.

Основные результаты

Наиболее высокая продуктивность среди всех схем изучаемых севооборотов получена в пятипольных и четырехпольных с включением зернобобовых и поздних культур. Выход зерна с 1 гектара пашни в них составил 1,70-1,81.

В трехпольных севооборотах по выходу зерна максимальные показатели получены при включении в структуру посевных площадей поздних культур, таких как зерновое сорго и кукуруза (см. таблицу 1). В сухие годы различия по продуктивности при разных наборах культур в севооборотах выражены сильнее, чем в средние и влажные. Таким образом, выход зерна с 1 гектара пашни в зернопаровых севооборотах составил 0,51-0,52 т, а в зернопаропропашных 0,80-0,92 т. В средние годы в севооборотах с включение ранних яровых культур продуктивность составила 1,26-1,29 т/га. В вариантах с включением зернового сорго и кукурузы средняя продуктивность составила 1,62 т/га и 1,73 т/га соответственно. Во влажные годы эффективность севооборотов оказалась выше. В севооборотах с яровой пшеницей и ячменем выход зерна с 1 гектара пашни варьировал в пределах 1,46-1,53 т, в севооборотах с зерновым сорго и кукурузой – 1,96-2,22 т, соответственно.

 

Таблица 1 – Продуктивность трехпольных севооборотов в зависимости от набора культур в разные по увлажнению годы (2008-2019 гг.)

Годы	Набор культур, т
	пар, озимая пшеница, яровая пшеница	пар, озимая пшеница, яровой ячмень	пар, озимая пшеница, кукуруза	пар, озимая пшеница, зерновое сорго
Влажные, среднее за 3 года (2008,2013, 2017 гг.)	1,46	1,53	2,22	1,96
р=6,82%, Fфакт=8,783*, НСР05=0,422
Средние, среднее за 6 лет (2009, 2014-2016, 2018, 2019 гг.)	1,42	1,41	1,96	1,79
р=3,66%, Fфакт=20,987*, НСР05=0,181
Сухие, среднее за 3 года (2010-2012 гг.)	0,52	0,51	0,92	0,80
р=6,08%, Fфакт=23,701*, НСР05=0,145

 

В четырехпольных севооборотах выход зерна с 1 гектара пашни был выше, чем в трехпольных, что обусловлено включением сои и снижения доли черного пара до 25% (см. таблицу 2). При рассмотрении результатов исследований в разные по увлажнению годы, в зернопаропропашных севооборотах также выявлено превышение показателей в сравнении с зернопаровыми севооборотами, различия по выходу зерна существенны на всех вариантах чередования культур. В засушливые годы  выход зерна в севооборотах с включением ранних яровых культур варьировал в пределах 0,58-0,59 т/га, в севооборотах с включением поздних культур – 0,83-0,88 т/га. В средние по увлажнению годы разница в продуктивности экспериментальных севооборотов была менее значительной. В вариантах с включением яровой пшеницы и ячменя продуктивность составляла 1,43-1,47 т/га, с включением зернового сорго и кукурузы – 1,69-1,79 т/га, соответственно. Во влажные годы  получены максимальные показатели по всем вариантам опыта. В зернопаровых севооборотах выход зерна с 1 гектара пашни составил 2,12 т в севооборотах с ячменем, 2,14 т в севооборотах с яровой пшеницей. Включение поздних культур значительно повышает продуктивность агроценозов. Выход зерна составил 2,43 т/га в севооборотах с зерновым сорго и 2,61 т/га в севооборотах с включением кукурузы.

 

Таблица 2 – Продуктивность четырехпольных севооборотов в зависимости от набора культур в разные по увлажнению годы (2008-2019 гг.)

Годы	Набор культур, т
	пар, озимая пшеница, соя, яровая пшеница	пар, озимая пшеница, соя, яровой ячмень	пар, озимая пшеница, соя, кукуруза	пар, озимая пшеница, соя, зерновое сорго
Влажные, среднее за 3 года (2008,2013, 2017 гг.)	2,10	2,06	2,53	2,32
р=2,22%, Fфакт=18,828*, НСР05=0,173
Средние, среднее за 6 лет (2009, 2014-2016, 2018, 2019 гг.)	1,47	1,44	1,87	1,73
Р=3,48%, Fфакт=13,660*, НСР05=0,170
Сухие, среднее за 3 года (2010-2012 гг.)	0,59	0,58	0,88	0,83
Р=3,65%, Fфакт=34,968*, НСР05=0,091

 

В пятипольных севооборотах отмечен высокий уровень показателей продуктивности на всех вариантах, что связано с присутствием кукурузы и зернового сорго во всех севооборотах, а также с включением нута и снижением доли черного пара до 20 % (см. таблицу 2). При этом выше эффективность схем с включением кукурузы. В среднем выход зерна с 1 га пашни в таких севооборотах составил 1,79-1,81 т. Продуктивность севооборотов с включением зернового сорго во втором и пятом поле севооборотов составляет 1,70-1,73 т/га.

 

Таблица 3 – Продуктивность пятипольных севооборотов в зависимости от набора культур в разные по увлажнению годы (2008-2019 гг.)

Годы	Набор культур, т
	пар, озимая пшеница, яровая пшеница	пар, озимая пшеница, яровой ячмень	пар, озимая пшеница, кукуруза	пар, озимая пшеница, зерновое сорго
Влажные, среднее за 3 года (2008,2013, 2017 гг.)	2,51	2,64	2,68	2,57
р=1,60%, Fфакт=3,251, Fфакт<Fтеор
Средние, среднее за 6 лет (2009, 2014-2016, 2018, 2019 гг.)	1,81	1,88	1,89	1,81
р=1,23%, Fфакт=3,647*, НСР05=0,068
Сухие, среднее за 3 года (2010-2012 гг.)	0,80	0,85	0,85	0,81
р=3,12%, Fфакт=1,209, Fфакт<Fтеор

 

При рассмотрении продуктивности пятипольных севооборотов в разные по увлажнению годы выявлено, что разница в данных между годами существенна. В сухие годы не выражены различия между вариантами опыта, выход зерна составил 0,80-0,85 т/га. Во влажные годы продуктивность севооборотов с включением зернового сорго составила 2,51-2,57 т/га, с включением кукурузы 2,64-2,68 т/га. В средние годы наблюдается значимое различие между вариантами, продуктивность составляет 1,81-1,89 т/га.

Наши результаты показали, что включение поздних культур, способных формировать стабильные урожаи в разные по метеорологическим условиям годы, позволяет повысить эффективность агроэкосистем в засушливых условиях. Учеными ФГБНУ "ФАНЦ Юго-Востока" также были проведены исследования по выявлению возможности повышения устойчивости производства зерна путем использования зерновых культур со смещенным по времени прохождением межфазных периодов в севооборотах с различным удельным весом парового поля и сельскохозяйственных культур (озимая пшеница, яровая пшеница, просо). Выявлено, что для повышения устойчивости сельскохозяйственного производства необходимо возделывать в засушливых условиях культуры различных биогрупп – озимые, ранние яровые и поздние [10].

Заключение

В ходе исследований установлено, что для достижения оптимальной эффективности агроценозов в условиях засушливого климата необходимо включение в структуру посевных площадей поздних культур, таких как кукуруза и зерновое сорго, способных формировать стабильные урожаи в разные по метеоусловиям годы. Также целесообразно включение в структуру посевных площадей зернобобовых культур, повышающих эффективность севооборотов и способствующих сохранению почвенного плодородия. Рекомендуется использование короткоротационных севооборотов со следующим чередованием культур: пар, озимая пшеница, соя, зерновое сорго: пар, озимая пшеница, соя, кукуруза: черный пар, озимая пшеница, яровая пшеница, нут, зерновое сорго; черный пар, озимая пшеница, яровой ячмень, нут, кукуруза; черный пар, озимая пшеница, кукуруза, нут, яровой ячмень; черный пар, озимая пшеница, зерновое сорго, нут, яровая пшеница. Такие севообороты обеспечивают получение 1,65-1,81 тонн зерна с 1 гектара пашни. Многолетними исследованиями подтверждается, что при включении в структуру посевных площадей широкого набора культур, соблюдая традиционных технологий обработки почвы, возможно получение продукции, исключая применение пестицидов и без нарушения экологического баланса в природе.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) / Б.А. Доспехов – М.: Книга по Требованию, 2012. – 352 c.
2. Wieme R.A. Agronomic and economic performance of organic forage, quinoa, and grain crop rotations in the Рalouse region of the pacific northwest, USA. / R.A. Wieme // Agricultural Systems. – 2020. – 177. – p. 1-13.
3. Toigildin A. Ecological role of crop rotation in the efficient use of agricultural territories of the forest-steppe zone of the Volga region. / A. Toigildin, V. Morozov, M. Podsevalov et al. // E3S Web of Conferences. – 2020. – 1. – p. 01014.
4. Gomiero T. Environmental Impact of Different Agricultural Management Practices: Conventional vs. Organic Agriculture. / T. Gomiero, D. Pimente // Critical Reviews In Plant Sciences. – 2011. – 30(1/2). – p. 95-124.
5. Lechenet M. Reconciling Pesticide Reduction with Economic and Environmental Sustainability in Arable Farming. / M. Lechenet, V. Bretagnolle, C. Bockstaller et al. // PLoS ONE. – 2014. – 9(6). – p. 1014.
6. Плаксина В.С. Биоэнергетическая эффективность включения зернового сорго в севообороты. / В.С. Плаксина // Орошаемое земледелие. – 2021. – 1. – c. 33-38.
7. Плескачев Ю.Н. О севооборотах в Нижнем Поволжье. / Ю.Н. Плескачев, А.Н. Сухов // Земледелие. – 2013. – 2. – c. 3-5.
8. Курдюков Ю.Ф. Повышение продуктивности и устойчивости агроэкосистем в степной зоне Поволжья. / Ю.Ф. Курдюков, Н.Г. Левицкая, М.Ю. Васильева // Аграрная наука. – 2014. – 3. – c. 10-11.
9. Плаксина В.С. Эффективность включения кукурузы и зернового сорго в севообороты с короткой ротацией в засушливых условиях Нижнего Поволжья. / В.С. Плаксина, А.Н. Асташов, Ю.В. Бочкарева и др. // Успехи современного естествознания. – 2020. – 12. – c. 36-41.
10. Азизов З.М. Эффективность производства зерна в севооборотах засушливой степи Нижнего Поволжья. / З.М. Азизов, В.В. Архипов, И.Г. Имашев // Аграрный научный журнал. – 2021. – 2. – c. 4-8.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Dospexov B.A. Metodika polevogo opy'ta (s osnovami statisticheskoj obrabotki rezul'tatov issledovanij) [Field experiment methodology (with the basics of statistical processing of research results] / B.A. Dospexov – M.: Kniga po Trebovaniyu, 2012. – 352 p. [in Russian]
2. Wieme R.A. Agronomic and economic performance of organic forage, quinoa, and grain crop rotations in the Рalouse region of the pacific northwest, USA. / R.A. Wieme // Agricultural Systems. – 2020. – 177. – p. 1-13.
3. Toigildin A. Ecological role of crop rotation in the efficient use of agricultural territories of the forest-steppe zone of the Volga region. / A. Toigildin, V. Morozov, M. Podsevalov et al. // E3S Web of Conferences. – 2020. – 1. – p. 01014.
4. Gomiero T. Environmental Impact of Different Agricultural Management Practices: Conventional vs. Organic Agriculture. / T. Gomiero, D. Pimente // Critical Reviews In Plant Sciences. – 2011. – 30(1/2). – p. 95-124.
5. Lechenet M. Reconciling Pesticide Reduction with Economic and Environmental Sustainability in Arable Farming. / Lechenet, V. Bretagnolle, C. Bockstaller et al. // PLoS ONE. – 2014. – 9(6). – p. 1014.
6. Plaksina V.S. Bioe'nergeticheskaya e'ffektivnost' vklyucheniya zernovogo sorgo v sevooboroty' [Bioenergeticheskaya effektivnost' vklyucheniya zernovogo sorgo v sevooboroty]. / V.S. Plaksina // Oroshaemoe zemledelie [Irrigated agriculture]. – 2021. – 1. – p. 33-38. [in Russian]
7. Pleskachev Yu.N. O sevooborotax v Nizhnem Povolzh'e [About crop rotations in the Lower Volga region]. / N. Pleskachev, A.N. Suxov // Zemledelie [Agriculture]. – 2013. – 2. – p. 3-5. [in Russian]
8. Kurdyukov Yu.F. Povy'shenie produktivnosti i ustojchivosti agroe'kosistem v stepnoj zone Povolzh'ya [Increasing the productivity and sustainability of agroecosystems in the steppe zone of the Volga region]. / Yu.F. Kurdyukov, N.G. Leviczkaya, M.Yu. Vasil'eva // Agrarnaya nauka [Agricultural science]. – 2014. – 3. – p. 10-11. [in Russian]
9. Plaksina V.S. E'ffektivnost' vklyucheniya kukuruzy' i zernovogo sorgo v sevooboroty' s korotkoj rotaciej v zasushlivy'x usloviyax Nizhnego Povolzh'ya [The successes of modern natural science]. / V.S. Plaksina, A.N. Astashov, Yu.V. Bochkareva et al. // Uspexi sovremennogo estestvoznaniya [The effectiveness of the inclusion of corn and grain sorghum in crop rotations with short rotation in the arid conditions of the Lower Volga region]. – 2020. – 12. – p. 36-41. [in Russian]
10. Azizov Z.M. E'ffektivnost' proizvodstva zerna v sevooborotax zasushlivoj stepi Nizhnego Povolzh'ya [Efficiency of grain production in crop rotations of the arid steppe of the Lower Volga region]. / Z.M. Azizov, V.V. Arxipov, I.G. Imashev // Agrarny'j nauchny'j zhurnal [Agrarian Scientific Journal]. – 2021. – 2. – p. 4-8. [in Russian]