якушева ольга игоревна влияние внутрипольной почвенной неоднородности и уровня интенсификации агротехнологий на урожайность яровой пшеницы
На правах рукописи Якушева Ольга Игоревна Влияние внутрипольной почвенной неоднородности и уровня интенсификации агротехнологий на урожайность яровой пшеницы Специальность 06.01.03 – агрофизика АВТОРЕФЕРАТ Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук Санкт-Петербург – 2013 Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Агрофизический научно-исследовательский институт Россельсхозакадемии» Научный руководитель: Михайленко Илья Михайлович доктор технических наук Официальные оппоненты: Осипов Анатолий Иванович доктор сельскохозяйственных наук, профессор Агрофизический НИИ, заместитель заведующе го отделом физико-химической мелиорации и опытного дела.Донских Иван Николаевич доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры «Почвоведения и агрохимии» ФГОУ ВПО СПбГАУ Ведущая организация Почвенный институт им. В.В. Докучаева Рос сийской академии сельскохозяйственных наук Защита диссертации состоится «16»октября 2013 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 006.001.01 при ГНУ Агрофизическом научно исследовательском институте Россельхозакадемии по адресу:
195220, Санкт-Петербург, Гражданский пр., д. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Агрофизического научно исследовательского института Автореферат разослан «_»2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук Е. В.Канаш Актуальность. В сельскохозяйственном производстве часто приходится сталкиваться с внутрипольной почвенной неоднородностью, которая является причиной пестроты урожаев на поле, поэтому возникает острая необходимость учета внутрипольной неоднородности в условиях интенсивного производства и внедрения адаптивно-ландшафтных систем земледелия, т.к. без учета неод нородности невозможно получить ожидаемый экономический эффект (Кирю шин, 2005 г.). Решение этой проблемы связано с необходимостью разработки новых агротехнических методов, повышения продуктивности сельскохозяйст венных культур и комплексного обследования факторов их высокоэффектив ного применения в конкретных почвенно-климатических условиях. С развити ем геоинформационных систем (ГИС) и системы глобального позиционирова ния (GPS) появился новый вид агротехнологий: «точное земледелие», который изначально рассматривает поле как неоднородное и позволяет дифференциро ванно проводить агротехнические операции. Методы анализа неоднородности почвенного покрова постоянно совершенствуются, особенно с развитием сен сорных технологий, обеспечивающих снижение затрат на проведение анализа, повышение производительности и скорости обработки исходных данных, а также точности и достоверности результатов (Якушев, Васенёв, 2007).
Цель работы. Изучить влияние внутрипольной почвенной неоднород ности и уровня интенсификации агротехнологий на формирование урожайно сти зерна яровой пшеницы. При этом предусматривалось решение следующих задач:
– провести анализ существующих подходов и методов изучения природы почвенной неоднородности, её влияния и влияния уровней интенсивности аг ротехнологий на процесс формирования урожайности;
– на основе анализа структуры почвенного покрова, агрофизических и агрохимических характеристик полей разработать методику эксперименталь ных исследований с использованием информационно-технических возможно стей точного земледелия и ГИС – технологий;
– составить электронные тематические карты сельскохозяйственных угодий по микрорельефу, глубине залегания подстилающей породы по задан ным полигонам;
– разработать методику определения суммарной урожайности диффе ренцированно по зонам внутрипольной почвенной неоднородности с исполь зованием соответствующих тематических карт (электронных слоев) и элек тронной карты урожайности;
– установить влияние глубины залегания подстилающей породы и струк туры почвенного покрова на урожайность зерна яровой пшеницы;
– выявить влияние уровня интенсификации агротехнологий на формиро вание урожая яровой пшеницы на фоне внутрипольной почвенной неоднород ности;
– провести экономическую оценку технологий различного уровня интен сификации.
Научная новизна. Впервые на Северо-Западе России проведена оценка влияния почвенной неоднородности, глубины залегания подстилающей поро ды и интенсификации агротехнологий на урожайность яровой пшеницы. Раз работана методика использования данных электронной карты урожайности для проведения оценки внутрипольной почвенной неоднородности.
Практическая значимость. В результате проведенных исследований показано, что возделывание яровой пшеницы по высокоинтенсивной агротех нологии с элементами точного земледелия, несмотря на наличие высокой внутрипольной неоднородности, существенно увеличивало урожайность.
Дифференцированное внесение удобрений, также позволяет сократить их рас ход на 25 … 30%. Разработанная методика применения электронной карты урожайности для оценки влияния внутрипольной неоднородности, может быть использована для закладки опытов в хозяйствах и для проектирования адап тивно-ландшафтных систем земледелия.
Положения, выносимые на защиту:
1. Доля влияния неоднородности почвенного покрова, глубины зале гания подстилающей породы и степени интенсификации агротехнологий воз делывания яровой пшеницы на величину урожая и его структуру.
2. Методика применения новых информационных технологий для сопряженной оценки влияния почвенной неоднородности при различных объ емах внесенных удобрений на урожайность яровой пшеницы.
3. Компьютерная технология определения величины интегрирован ной урожайности зерновых культур дифференцированно по почвенным ареа лам на основе использования карты урожайности и тематических карт, харак теризующих внутрипольное пространственное распределение почвенной не однородности.
Апробация работы. Начальный этап работы был выполнен в 2005 г. в рамках проекта почвенного картографирования, проведенного сотрудниками кафедры почвоведения РГАУ-МСХА. Затем работа была продолжена в рамках исследований, проводимых Агрофизическим институтом (АФИ) по базовой научно-технической программе: «Разработать методы и приемы управления продукционным процессом посевов в условиях пространственно-временной неоднородности среды обитания растений, с целью повышения адаптивности агротехнологий к условиям окружающей среды и обеспечения высокой про дуктивности агроценозов» (2006–2010 гг.). По основным положениям диссер тации был сделан доклад на научной конференции «Методическое и экспери ментальное обеспечение адаптивно-ландшафтных систем земледелия», 2007 г.
и на координационном совещании в АФИ (2010 г.), на 45-й Международной научной конференции молодых ученых и специалистов «Применение средств химизации для повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур» (21 апреля 2011 г.) ГНУ ВНИИА им. Прянишникова доклад занял первое место. В 2013 г. результаты диссертационной работы доложены на на учном семинаре «Цифровая картография» в Почвенном НИИ им. Докучаева и на научной сессии по итогам 2012 г. в АФИ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, включенных в «Перечень российских рецензируе мых научных журналов …».
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литера туры, включающего 112 источников (из них 15 иностранные) и 3 приложения.
Работа изложена на 140 страницах, содержит 29 таблиц и 32 рисунка.
Автор считает своим долгом выразить глубокую признательность за по мощь и поддержку в работе коллективу Агрофизического НИИ, а также со трудникам Почвенного НИИ им. Докучаева.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Современные представления о роли внутрипольной почвенной неодно родности и дифференциации агротехнологий в адаптивно-ландшафтной системе земледелия (АЛСЗ) Рассмотрена проблема влияния неоднородности структуры почвенного покрова на урожайность сельскохозяйственных культур. Представлен обзор методов её учета. Показана необходимость проектирования адаптивно ландшафтных систем земледелия для оптимального ведения сельского хозяй ства. При усилении интенсификации агротехнологий возникают повышенные требования к почвам. Наличие высокой внутрипольной неоднородности может не дать ожидаемого эффекта, в случае применения высокоинтенсивной агро технологии. В данной главе представлен обзор технологии точного земледе лия, без которой невозможно осуществить высокоинтенсивные агротехноло гии. Информационно-техническая база, точного земледелия позволят учиты вать внутрипольную неоднородность. Одним из основных инструментов дан ного учета является электронная карта урожайности. Рассмотрены геоинфор мационные системы, как необходимый инструмент для оценки внутрипольной почвенной неоднородности.
Объекты и методы исследования В 2005 г. проведено почвенное обследование опытных полей Меньков ского филиала ГНУ АФИ Россельхозакадемии в масштабе 1:10000. Это обсле дование выполнено с использованием геоинформационных систем. Данные электронной геоинформационной почвенной карты земель сельскохозяйствен ного назначения филиала АФИ были уточнены по результатам дополнитель ного полевого обследования 2006-2007 гг. и создана карта элементарных поч венных ареалов М 1:2000 (рис. 1). Основной признак выделения почвенных ареалов – степень оглеенности (переувлажнения). В результате обследования обнаружено, что почвы развиты на двучленных породах, состоящих из водно ледниковой супеси, подстилаемой супесчаной мореной. Коренными породами являются девонские пески. Встречается подстилание с девонским песком, ко торый играет роль водоносного горизонта и водоупора.
Рис. 1. Карта элементарных почвенных ареалов опытных полей Полевые исследования проведены в 2006 – 2008 гг. с районированным в Ленинградской области сортом яровой мягкой пшеницы ''Ленинградская-97'' (селекции ГНУ ЛНИИСХ Россельхозакадемии «Белогорка»). На рис. 1 пред ставлена почвенная карта опытных полигонов: полигон № 1 площадью 15 га, полигон № 2 – 11,5 га, полигон № 3 – 8,4 га. Опытные полигоны разбивались на делянки, соответствующие изучаемым вариантам. Ширина делянки – 18 м.
Расположение вариантов выбрано по длинному гону, с целью максимального перекрытия почвенных разностей. Площадь делянки зависела от геометриче ских параметров опытных полигонов № 1 – 3. Варианты разделялись защитной полосой 2 м (рис. 2).
Минеральные удобрения вносились следующим образом: в варианте № (хозяйственная технология) и в варианте № 3 (высокоинтенсивная техноло гия), удобрения вносились фоном. Различия этих вариантов в дозе вносимых удобрений и использовании средств химизации по защите растений.
В опыте изучались следующие уровни интенсификации (варианты):
1. «Контроль» (экстенсивная техно логия) – без удобрений;
2. «Хозяйственный» (нормальная технология);
3. «Высокоинтенсивный» (интен сивная технология);
4. «Точное земледелие» (высокоин тенсивная технология).
Рис. 2. Схема вариантов различных агротехнологий на полигоне № В варианте № 4 (высокоинтенсивная технология) с использованием эле ментов точного земледелия, основное удобрение вносилось дифференцирова но с учетом анализов почвенного обследования полей, а подкормка азотным удобрением - по результатам листовой диагностики растений. На основании этих данных, динамически определяется доза азотных удобрений. Соответст вующий сигнал посылается от бортового компьютера в контроллер полевого опрыскивателя, который устанавливает нужную дозу. Внесение удобрений было проведено с помощью распределителя твердых минеральных удобрений Amazon ZA-M 1500 и опрыскивателя, оснащенных бортовым компьютером и GPS. В начале фазы кущения проводилась фоновая обработка гербицидом «Лентур», инсектицидом «Каратэ-Зенон», а так же регулятором роста «ССС».
Фенологические наблюдения и отбор растительных образцов проводи лись внутри каждого варианта опыта и выделенных почвенных разностей. Все наблюдения и отборы растений по изучению динамики всходов и густоты стеблестоя, роста и развития растений, учету урожайности зерна и его качества проведены на закрепленных учетных площадках размером 2х2 м2.
В период вегетации растений изучаемых культур учитывали начало и полное наступление фенофаз. В образцах растений, отобранных в фазу полной спелости, определяли основные элементы структуры урожая. Учет урожая проведен сплошным методом комбайном CLASS.
Статистическую обработку полученных экспериментальных данных проводили используя пакеты программ «Stat» (М.: ВИУА, 1991).
Погодно-климатические условия в период проведения исследований су щественно различались, что не могло не оказать влияния на уровень урожай ности зерна яровой пшеницы. В 2006 г. погодно-климатические условия были близки к среднемноголетним. Из трех лет исследований наиболее благоприят ным для выращивания яровой пшеницы оказался 2007 г. Вегетационный пери од 2008 г. отличался низкими температурами и значительным количеством осадков, особенно в фазу цветения. Выращивание сельскохозяйственных куль тур на полигоне АФИ осложняется недостатком тепла, возвратами холодов поздней весной, избыточным увлажнением отдельных участков и недостатком активной влаги в сухие периоды лета.
Получение и формирование электронной карты урожайности С развитием информационных технологий точного земледелия появи лась возможность получать автоматически подробную информацию о продук тивности посевов, т.н. карты урожайности. Используя специальные датчики, установленные на уборочной технике, а также бортовые компьютеры и прием ники GPS в процессе уборки, например, обмолачиваемых культур, мы можем получать карты с пространственно-распределенной урожайностью. Получение подобной информации является несомненным прорывом в области земледе лия, так как наличие электронной карты урожайности позволяет характеризо вать поле не одним числом – средней урожайностью поля, а большим число вым массивом – урожайностью отдельных участков. В этих условиях можно говорить о геостатистически распределенной урожайности на каждом кон кретном поле и сравнивать между собой различные по продуктивности участ ки поля и поля между собой, опираясь не на мнимую гипотетическую сред нюю урожайность, а на вполне конкретное варьирование урожайности по изу чаемой территории агроландшафта.
Для учета урожайности зерна яровой пшеницы использовали зерновой комбайн CLAAS Dominator 130, оснащенный бортовым компьютером ACT, GPS-приёмником, оптическими датчиками, специальным программным обес печением AgroMap, а также датчиками влажности и GPS - приемником. Перед уборкой в обязательном порядке, для достижения максимально точных заме ров, необходимо откалибровать все датчики. Датчик скорости калибруется пу тем проезда (в режиме калибровки - устанавливается на компьютере) заранее, отмерянных 100 м. Датчик наклона калибруется на ровном, горизонтальном участке. Датчик элеватора калибруется при включенном пустом элеваторе в течение одной минуты. Также необходимо провести все стандартные настрой ки зернового комбайна - молотилки, жатки и т. д.
Самая важная калибровка - калибровка датчика урожайности. Для этого в режиме калибровки намолачивается один или два бункера зерна, выгружает ся в машину, взвешивается и полученное значение вводится в бортовой ком пьютер. Также нужно в течение рабочего дня измерять «натуру» зерна (г/л) и вводить ее значения в компьютер. Все это необходимо для достижения макси мальной точности замеров урожайности. После проведения калибровки прово дится уборка. Комбайн, двигаясь по полю, постоянно делает замеры урожай ности и влажности каждые 5 секунд. В бортовой компьютер АСТ комбайна поступают данные с датчиков урожайности и влажности. Компьютер записы вает эти данные в файл выполняемого задания в соответствии с координатами, полученными от GPS-приёмника. В файле значение урожайности в точке за мера будут иметь элементарные участки размером 4,5 м (расстояние, которое проходит комбайн за 5 сек) на 4,5 м (ширина жатки), в центре которого - соот ветствующие замеру координаты.
Следующим шагом для получения карты урожайности, является обра ботка полученных замеров на стационарном компьютере, в программном обеспечении AgroMap (рис. 3). Карта замеров урожайности представляет со бой набор объектов квадратной или прямоугольной формы различных цветов, где цвет соответствует диапазону урожайности, указанному в выбранной для этого поля легенде. Каждый геометрический объект карты замеров имеет при вязку к координатам - ширину и долготу, с точностью, которую позволяет по лучать GPS-приёмник комбайна. Используя панель инструментов Agromap, выбирается нужный режим и проводится обработка данных. После проведения обработки в панели инструментов выбирается режим построения карты уро жайности.
Рис. 3. Электронная карта урожайности полигон № Карта урожайности строится методом интерполяции и приводятся ре зультаты измерений к стандартной влажности (14%) (рис. 4). Подготовленную таким образом электронную карту урожайности можно использовать для даль нейшей обработки по выделению урожайности по зонам внутрипольной поч венной неоднородности.
Рис. 4. Электронная карта урожайности полигона № Методика выделения урожайности дифференцированно по зонам внутри польной почвенной неоднородности Данная методика базировалась на использовании программы МapInfo 6.0. В первоначальном виде файл, который содержит электронные данные урожайности, влажности зерна, а также координаты, имеет расшире ние aft. В Программе MapInfo файлы с данным расширением не могут быть использованы, поэтому необходима их предварительная обработка в програм ме Eхcel. При этом важно обратить внимание на данные о влажности зерна.
При пересчете урожайности в программе Eхcel на стандартную влажность (14%), её значения могут сильно изменяться как в меньшую, так и в большую сторону. Обработанный файл уже с расширением exl используется для импор та карты урожайности в среду программы MapInfo.
Следующий этап данной методики – выделение однородных участков.
Путем взаимого наложения друг на друга электронных слоев карты структуры почвенного покрова и глубины залегания подстилания. В результате получаем карту с ареалами одной и той же почвой и глубиной залегания подстилания (рис. 5а). Такая карта служит основой для выборки данных урожайности. Элек тронный слой с данными об урожайности зерна яровой пшеницы накладывает ся на слой, карты СПП и глубины залегания подстилания. Затем графические объекты с информацией по величине урожайности выделяются внутри каждо го однородного участка по вариантам опыта (технологии) (рис. 5б) и сохраня ются в отдельном электронном слое, что позволяет проводить дальнейший анализ урожайности по каждому выделенному контуру в пределах отделно взятой технологии.
Обнаружив участки с низкой урожайностью, мы можем попытаться ра зобраться в причинах этого и учесть это в следующем году. Подобные карты открывают для исследовательских работ новые горизонты – можно теперь в специальном программном обеспечении (ГИС) накладывать пространственно привязанные почвенные карты, карты агрохимического обследования, карты рельефа и многое другое.
а) б) Рис. 5. Карта структуры почвенного покрова:
а) – глубины залегания подстилания б) – выделение элементарных участков карты урожайности внутри почвенного арела.
Изучение особенностей почвенной внутрипольной неоднородности и ее влияния на урожайность яровой пшеницы при различной интенсифика ции технологий Картографирование глубины залегания подстилающей породы На территории исследуемых полей почвенный профиль характеризуется двучленностью пород. По данным разрезов верхний горизонт, образованный легкой супесью подстилается опесчаненным суглинком на глубинах от 30 до 90 см. Проведенная почвенная съемка позволила установить глубину залега ния подстилающего горизонта в точках, где были сделаны разрезы. По мощно сти поверхностных отложений породы делятся: маломощные (55 см), сред немощные (55 – 80 см) и мощные (80 – 120 см) (Апарин, 1988). На основании этих данных в программном обеспечении системы поддержки принятия реше ний (СППР), разработанном в Агрофизическом НИИ, с помощью интерполя ции получены тематические карты глубины залегания подстилающего гори зонта опытных полигонов № 1 – 3 (рис. 6 – 8). Варьирование глубины залега ния подстилающего горизонта встречалось в пределах от 35 см и до 100 см.
Рис. 6. Глубина залегания подстилающей породы на полигоне № Территория с глубиной залегания 55 – 80 см занимает наибольшую пло щадь полигона – 11,7 га (79,6 %). Данная глубина подстилающего горизонта имеет наибольшее распространение на полигоне № 1 и является фоновой. В центре поля, в результате интерполяции, выделилась область с глубиной под стилания 55 см. В пределах границ полигона выделяются водоразделы под земного рельефа, которые постилаются на 30 см от поверхности почвы. Пло щадь ареалов, где подстилание находиться близко от поверхности составляет – 2,19 га (14,9). Незначительную часть поля занимает территория с глубиной подстилания 80 см – 0,8 га (5,4 %).
Карта пространственного распределения границы подстилающего гори зонта полигона № 2 показала, что преобладающей глубиной залегания являет ся 55 – 80 см – 11,7 га (84,9 %).
Рис. 7. Глубина залегания подстилающей породы на полигоне № Участки полигона с глубиной залегания подстилающего горизонта 55 cм и 80 см в совокупности составляют меньше 15 % от общей площади полигона.
Площадь глубины залегания подстилающей породы на полигоне № 3 с глубиной залегания подстилающей породы 55 см составляет 1,4 га, (16 %), а при глубине 55 – 80 см – 6,5 га, (68 %). В меньшей степени на данном полиго не подстилающая порода залегает на глубинах 80 см – 0,5 га (6 %).
Рис. 8. Глубина залегания подстилающей породы на полигоне № Влияние почвенной внутрипольной неоднородности и уровней интенси фикации технологий на урожайность яровой пшеницы В первый год исследований (2006 г.) отмечено достоверное влияние поч венной разности на урожайность зерна яровой пшеницы. Максимальная уро жайность зерна получена на дерново-слабоподзолистой глееватой почве (Пдг) 35,4 ц/га, которая характеризуется большей степенью переувлажнения, мини мальная – на дерново-слабоподзолистой контактно-глееватой почве (Пдкг) – 30,5 ц/га (табл. 1). Технология, независимо от почвенных условий произраста ния растений изучаемой культуры, оказывала существенное влияние на уро жайность зерна. Минимальная урожайность отмечена в контроле – 27,2 ц/га, а максимальная - в варианте «точное земледелие» – 43,2 ц/га. Следует отметить, что дифференцированное внесение удобрений в варианте «точное земледе лие», независимо от типа почв и глубины залегания подстилающей породы достоверно увеличивало урожайность зерна по сравнению с вариантом высо коинтенсивным на 28 %. Глубина залегания подстилающего горизонта оказы вала достоверное влияние на формирование урожайности зерна яровой пше ницы.
Таблица 1. Урожайность зерна яровой пшеницы при различных агротехноло гиях на фоне неоднородности почвенного покрова и различных глубин залега ния подстилающей породы, ц/га (2006 г.) Почвенные разности (фактор А) д Пг Пд кг Среднее Среднее Технология Среднее Глубина (АВ) (ВС) (фактор B) (В) Подстилающей породы, см (фактор С) Пд г Пд кг 55 55-80 55 55-80 55 55- Контроль 29,2 29,1 25,9 24,7 27,2 29,2 25,3 27,5 26, Хозяйственный 28,6 30,3 29,2 23,2 27,8 29,4 26,2 28,9 26, Высокоинтенсивный 37,5 33,0 32,3 31,8 33,6 35,2 32,1 34,9 32, Точное земледелие 50,9 45,1 36,4 40,4 43,2 48,0 38,4 43,7 42, НСР05 НСР05 НСР Среднее (А) 35,4 30, (В)=1,5 (AВ)=2,1 (ВC)=2, Среднее (С) 33,7 31,8 - Среднее (АС) 36,5 34,4 31,0 30, Р% 3,2 НСР05 (А) =1,0 НСР05 (С) = 1,0 НСР05 (AС) = 1,5 НСР05 (АBC) = 4, Так, в вариантах при глубине залегания подстилания 55 см урожай ность зерна яровой пшеницы достоверно увеличивалась и в среднем составила 33,7 ц/га. При этом различие в урожайности между уровнями глубины залега ния превышает наименьшую существенную разность. Оценка уровня урожай ности зерна яровой пшеницы под влиянием трех изучаемых в опыте факторов показала, что при возделывании яровой пшеницы по экстенсивной технологии в контроле на изучаемых почвенных разностях нет необходимости учитывать глубину залегания подстилающей породы, поскольку независимо от глубины её залегания, получены практически равные уровни урожайности зерна. Ана лиз взаимодействия факторов: почвенная разность и технологии показал, что урожайность зерна яровой пшеницы достоверно увеличивалась при всех тех нологиях возделывания на дерново-слабоподзолистой глееватой почве (Пдг).
В варианте «хозяйственный» урожайность зерна яровой пшеницы на дерново-слабоподзолистой слабоглееватой почве с различной глубиной под стилания и дерново-слабоподзолистой контактно-глееватой почве с глубиной подстилания 55 cм существенно не различается, поэтому данные почвенные разности можно объединить в одну категорию земель. При использовании вы сокоинтенсивной технологии по уровню урожая основной продукции могут быть объединены почвенные разности (Пдг) с глубиной подстилания 55 – 80 см и (Пдкг) с любой из рассматриваемых глубин залегания подстилания. При воз делывании яровой пшеницы по интенсивной и высокоинтенсивной техноло гии, объединить рассматриваемые ареалы нельзя, поскольку в каждом из этих ареалов получены достоверно различные уровни урожайности.
В 2007 г. почвенные разности не оказали существенного влияния на уро жайность зерна яровой пшеницы. В 2007 г. на дерново-слабоподзолистой сла боглееватой разности (Пдсг), где отмечена максимальная урожайность зерна – 43,3 ц/га по сравнению с остальными почвенными разностями (табл. 2).
Таблица 2. Урожайность зерна яровой пшеницы при различных агротехноло гиях на фоне неоднородности почвенного покрова и различных глубин залега ния подстилающей породы, ц/га (2007 г.) Почвенные разности (фактор А) Технология Пдкг Пдсг Пдг ПдГ (фактор B) Среднее (В) Глубина подстилающей породы, см (фактор С) 55 55-80 55 55-80 55 55-80 55 55- Контроль 34,5 34,4 29,4 43,0 29,8 42,2 34,4 41,9 36, Хозяйственный 36,0 45,4 31,4 43,2 40,7 38,4 37,8 37,4 38, Высокоинтенсивный 37,2 54,8 44,1 55,2 40,7 43,6 35,6 43,7 44, Точное земледелие 39,4 51,4 45,1 54,8 42,8 49,6 37,0 52,8 46, Среднее (А) НСР 41,6 43,3 41,0 40, НСР05 (А) = 1,1 (В)=1, Среднее (С) 37,3 45,7 - - НСР05 С – 0, Среднее (АС) НСР05 (AС) = 1,5 36,8 46,5 37,5 49,0 38,5 43,5 36,2 43, Р- 2,9% Интенсификация технологий оказывала существенное влияние на уро жайность яровой пшеницы. Так, максимальный урожай отмечен в варианте «точное земледелие» – 46,6 ц/га, минимальная урожайность получена в кон троле – 36,2 ц/га. В вариантах с глубиной залегания подстилания 55 – 80см урожайность достоверно увеличивалась по сравнению с глубиной подстилания 55 см и составила 45,7 ц/га (табл. 2). Такое существенное влияние может быть связано с тем, что подстилающая порода образует водоупорный гори зонт, который запасает влагу и в период вегетации влияет на её перераспреде ление в почве. В варианте точное земледелие урожайность зерна яровой пше ницы на дерново-слабоподзолистой глееватой разности достоверно превышала по сравнению с остальными почвенными разностями.
В контроле максимальная урожайность зерна яровой пшеницы получена на дерново-слабоподзолистой глеевой разности (ПдГ) – 38,2 ц/га (продолжение табл. 2), минимальная – на дерново-слабоподзолистой контактно-глееватой разности (Пдкг) – 34,5ц/га. На разностях дерново-слабоподзолистой слабоглее ватой (Пдсг) и дерново-слабоподзолистой глееватой (Пдг) различия в урожай ности зерна несущественны. Из этого следует, что в контроле (без применения удобрений), урожайность увеличивалась вместе с увеличением степени огле енности.
Продолжение табл. Среднее (АВ) Среднее (ВС) Технология (фактор В) Пд кг Пд сг Пд г Пд Г 55 55- Контроль 34,5 36,2 36,0 38,2 32,0 40, Хозяйственный 40,7 37,3 39,5 37,6 36,5 41, Высокоинтенсивный 46,0 49,7 42,1 39,6 39,4 49, Точное земледелие 45,4 50,0 46,2 44,9 41,1 52, НСР05(AВ) = 1,5 НСР05(ВC) = 2, В варианте «хозяйственный», взаимодействие почвенных разностей и технологии, оказало существенное влияние в формировании урожайности зер на на (Пдкг) разности, где отмечена максимальная урожайность в данном вари анте – 40,7ц/га. На почвенных разностях (Пдсг) и (ПдГ) взаимодействие факто ров: почвенный ареал и технология не оказало достоверного влияния на фор мирование урожайности зерна и на данных почвенных разностях, не зависимо от глубины залегания подстилания, получен практически равный уровень уро жайности зерна яровой пшеницы.
На дерново-слабоподзолистой слабоглееватой разности (Пдсг) в вариан тах «высокоинтенсивный» и «точное земледелие», выявлено достоверное уве личение урожайности зерна яровой пшеницы по сравнению с остальными поч венными разностями (табл. 3.2 продолжение). Следует отметить, что в вариан те «точное земледелие» нет существенных различий по величине урожайности зерна на почвенных разностях (Пдкг) и (Пдг), (Пдкг) и (ПдГ). Достоверное уве личение урожайности на (ПдГ) разности в варианте «точное земледелие» по сравнению с вариантом «высокоинтенсивный», произошло благодаря улучше нию условиям питания, и, следовательно, повышению устойчивости к небла гоприятным условиям (Трубников, 2009). Таким образом, при возделывании яровой пшеницы по высокоинтенсивной технологии, почвенные ареалы с дан ными разностями могут быть объединены в одну категорию земель.
Взаимодействие факторов: технология и глубина залегания подстилаю щей породы оказывало существенное влияние на урожайность зерна яровой пшеницы. При возделывании яровой пшеницы во всех вариантах, независимо от почвенного ареала, максимальная урожайность отмечена при глубине под стилания на 55 – 80 см. Так, в варианте «точное земледелие» урожайность зер на яровой пшеницы достоверно увеличивалась на данной глубине, в отличие от глубины залегания 55 см на 11,0 ц/га или 22,4%. Анализ взаимодействия факторов: почва и глубина залегания подстилающего слоя показал, что на всех почвенных ареалах урожайность зерна яровой пшеницы достоверно увеличи валась на отметке 55-80 см (табл. 2) по сравнению с глубиной подстилания 55 см. Максимальная урожайность получена на дерново-слабоподзолистой слабоглееватой почве (Пдсг) с глубиной подстилания 55 – 80 см – 49,0 ц/га.
Минимальная урожайность отмечена на дерново-слабоподзолистой глеевой почве при глубине подстилания 55 см – 36,2 ц/га.
В 2008 г. на дерново-слабоподзолистой глееватой разности (Пдг) уро жайность яровой пшеницы – 18,6 ц/га достоверно превышала урожайность, полученную на дерново-слабоподзолистой слабоглееватой (Пдсг) – 16,8 ц/га (табл. 3). Интенсификация технологий достоверно повышала урожайность зер на яровой пшеницы. Так, максимальная урожайность отмечена в варианте точ ное земледелие – 27,1 ц/га, минимальная в контроле – 10,7 ц/га. При взаимо действии факторов: технология и почвенный ареал в варианте «точное земле делие» урожайность зерна яровой пшеницы не имела достоверных различий. В остальных вариантах урожайность достоверно увеличивалась и на дерново слабоподзолистой глееватой почве (Пдг) по сравнению с (Пдсг).
При возделывании пшеницы по технологии «точного земледелия», неза висимо от глубины подстилания урожайность не имела достоверных различий, следовательно, данные почвенные разности можно объединять в одну катего рию земель. При остальных технологиях на почвенных разностях урожайность зерна пшеницы достоверно различалась, поэтому объединять почвы в одну ка тегорию земель нельзя. Независимо от почвенной разности, в вариантах «точ ного земледелия» и контроле объединение в одну категорию земель по глуби не залегания подстилания не может быть произведено, поскольку урожайность на изучаемых глубинах подстилания существенно различалась.
Таблица 3. Урожайность зерна яровой пшеницы при различных агротехноло гиях на фоне неоднородности почвенного покрова и различных глубин залега ния подстилающей породы, ц/га (2008 г.) Почвенные разности (фактор А) Пд сг Пд г Среднее Среднее Среднее (В) (АВ) (ВС) Глубина залегания Технология подстилающей породы (фактор B) (фактор С), см Пдсг Пдг 55 55- 55 55-80 55 55- Контроль 10,1 9,8 13,0 9,8 10,7 9,9 11,4 11,5 9, Высокоинтенсивный 12,3 15,5 18,0 15,5 15,4 13,9 16,8 15,2 15, Точное земледелие 24,4 28,7 26,5 28,7 27,1 26,6 27,6 25,4 28, НСР05 НСР05 НСР Среднее (А) 16,8 18, (В)=1,5 (AВ)=1,1 (ВC)=1, Среднее (С) 17,4 18,4 - - Среднее (АС) 15,6 18,0 19,2 18, НСР05 (АВС) – 1,6 - - - - Р- 3,2 % НСР05 (А) =0,8 НСР05 (С) = 0,6 НСР05 (AС) = 0,9 НСР05 (AВС) = 0, Влияние внутрипольной почвенной неоднородности на биомассу растений яровой пшеницы и структуру урожая Во все годы исследований, независимо от почвенной разности, интенси фикация технологий приводила к увеличению общего количество растений на единице площади. Количество продуктивных стеблей достоверно возрастало вместе с усилением интенсификации лишь в один год (2008 г.) и максимальное их количество отмечено в варианте «точное земледелие». Независимо от уров ня интенсификации в 2006 г. достоверное увеличение общего количества рас тений и количества продуктивных стеблей отмечено на дерново слабоподзолистой глееватой почве (Пдг). В 2007 г. влияние почвенных разно стей на общее количество растений отсутствовало. Количество продуктивных стеблей достоверно увеличивалось на дерново-слабоподзолистой глеевой поч ве (ПдГ), в отличие от дерново-слабоподзолистой контактно-глееватой (Пдкг).
В 2008 г. общее количество растений и продуктивных стеблей достоверно уве личивалось на дерново-слабоподзолистой глееватой почве по сравнению с дерново-слабоподзолистой слабоглееватой почвой.
Независимо от почвенного фактора каких-либо зависимостей массы зер на с одного колоса с усилением уровня интенсификации технологий не отме чено. В 2006 и 2007 гг. максимальная масса зерна с одного колоса отмечена на дерново-слабоподзолистой контактно-глееватой почве (Пдкг). В 2008 г. досто верное увеличение массы зерна с одного колоса выявлено на дерново (Пдг) слабоподзолистой глееватой почве по сравнению с дерново слабоподзолистой слабоглееватой почвой. Масса 1000 зерен в 2006 г. незави симо от почвенного фактора достоверно увеличивалась с повышением уровня интенсификации, однако отсутствуют достоверные различия между варианта ми «контроль» - «хозяйственный» и «высокоинтенсивный» – «точное земледе лие». Почвенные разности не оказывали достоверного влияния на массу зерен. В 2007 и 2008 гг. интенсификация технологий достоверно увеличивала массу 1000 зерен лишь в варианте «высокоинтенсивный» по сравнению с дру гими вариантами. В эти годы выявлено достоверное увеличение массы зерен на почвах, имеющих наибольшее увлажнение (Пдг и ПдГ).
Во все годы исследований и все фазы вегетации независимо от почвен ного фактора интенсификация технологий достоверно увеличивала накопление сухой биомассы растений. Влияние почвенных разностей на динамику накоп ления биомассы растений по фазам вегетации было различным, что, вероятно, связано с режимом увлажнения в период вегетации, вследствие неравномерно го выпадения осадков.
В 2006 г. натура зерна яровой пшеницы независимо от почвенного фак тора достоверно увеличивалась с повышением степени интенсификации тех нологий. На дерново-слабоподзолистой контактно-глееватой почве отмечено достоверное увеличение натуры зерна по сравнению с другими почвенными разностями. В 2007 г. усиление интенсификации технологий не оказывало дос товерного влияния на натуру зерна яровой пшеницы. Максимальная натура отмечена на дерново-слабоподзолистой глеевой почве (ПдГ), а минимальная на дерново-слабоподзолистой контактно-глееватой (Пд кг). В 2008 г. влияние почвенного фактора и усиление уровня интенсификации технологий на натуру зерна отсутствовала.
Экономическая эффективность агротехнологий В современных условиях ведения с.-х. производства значительный прак тический интерес представляет освоение ресурсосберегающих агротехноло гий, обеспечивающих высокий экономический эффект за счет повышения оку паемости средств химизации урожаем сельскохозяйственных культур, эконо мии энергетических и трудовых ресурсов (Коваленко Н.Я, 2004). Оценка эко номической эффективности различных технологий возделывание яровой пше ницы показала, что по технологии «точное земледелие» позволяет существен но снизить прямые затраты и затраты на производство 1 т продукции (табл. 4).
Таблица 4. Экономические показатели при различных технологиях внесения удобрений (2006-2008 гг.) Высокоинтен- Точное земле Показатели +/ делие сивный Прямые затраты, руб./га -679, 16882,21 16202, Прямые затраты на 1 т продукции, руб. 5773,95 3769,62 -2004, Стоимость прибавки, руб. 7233,33 12500,00 5266, Стоимость валовой продукции руб./т 24483,33 25391,64 908, Чистый доход от агротехнологии, руб./га 7601,13 13864,10 6262, Рентабельность, % 105,08 110,91 5, Стоимость валовой продукции в варианте «точное земледелие» по срав нению с вариантом «высокоинтенсивный» увеличилась на 908,31 руб./т, а чис тый доход от дифференцированного применения удобрений составил 6262,98 руб./га.
Выводы 1. Информационно-технические возможности ГИС-технологий могут служить инструментально-методической основой для построения электронных тематических карт сельскохозяйственных угодий по глубине залегания под стилающей породы и другим атрибутивным параметрам почв и последующей оценки влияния пространственной неоднородности структуры почвенного по крова и глубины залегания подстилающей породы на урожайность сельскохо зяйственных культур.
2. Электронная почвенная карта может являться информационной базой, достаточной для изучения и оценки влияния неоднородности почвенного по крова и уровня интенсификации технологий на урожайность зерна яровой пшеницы.
3. На основе разработанной методики определения суммарной урожай ности дифференцированно по зонам почвенной неоднородности с использова нием соответствующих тематических карт (электронных слоев) и электронны ми картами урожайности выявлено, что структура почвенного покрова оказы вает достоверное влияние на урожайность зерна яровой пшеницы. В год с нормальным увлажнением в период вегетации это влияние проявляется более контрастно, а в годы с избыточным и недостаточным увлажнением влияние структуры почвенного покрова на урожайность зерна проявляется в меньшей степени.
4. Глубина залегания подстилающей породы оказывала достоверное влияние на урожайность зерна яровой пшеницы. Независимо от почвенной разности и технологии применения удобрений, в год с недостаточным увлаж нением в период вегетации урожайность зерна яровой пшеницы достоверно увеличивалась на почвенных разностях с повышенной глубиной залегания подстилающей породы (55 … 80 см).
5. Во все годы исследований на фоне внутрипольной почвенной неодно родности технология «точного земледелия» существенно увеличивала уро жайность зерна яровой пшеницы по сравнению с остальными вариантами тех нологий.
6. Уровень интенсификации технологий, независимо от внутрипольной почвенной неоднородности, увеличивает накопление сухой биомассы растений яровой пшеницы по фазам вегетации во все годы проведения исследований.
Максимальное накопление сухой биомассы растений во все фазы вегетации, независимо от уровня интенсификации технологий, отмечено в два года ( и 2008 гг.) из трех лет на дерново-слабоподзолистой глееватой разности (Пдг) и в 2007 г. на дерново-слабоподзолистой слабоглееватой разности (Пдсг).
7. Технология применения удобрений, независимо от внутрипольной почвенной неоднородности, увеличивала общее количество растений и коли чество продуктивных стеблей. Независимо от уровня интенсификации техно логий максимальное общее количество растений и количество продуктивных стеблей во все годы проведения исследований отмечено на дерново слабоподзолистой глееватой разности (Пдг).
Предложения производству 1. Для получения высоких и экономически оправданных урожаев зерна яровой пшеницы при возделывании ее на дерново-подзолистых почвах разного генезиса, рекомендуется внесение удобрений на основе использования прие мов «точного земледелия». 2. Оптимизация использования средств химизации в системе «точного земледелия» обеспечивает получение не только высоких урожаев зерна яровой пшеницы, но и повышает качество зерна (массу 1000, натуру и др.).
Список публикаций 1. Владыкина О.И. (Якушева О.И.) Раздел 4.6. Использование ГИС технологий при почвенно-ландшафтном картографировании земель и обоб щение материалов. Под ред. Кирюшин В. И., Иванов А. Л. и др. Агроэколо гическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий: Метод. Руководство. - М.: ФГНУ Росинфор магротех, 2005. – 784 с.
2. Воропаев В.В., Лекомцев П.В., Якушева О.И. Управление продуктив ностью и качеством зерна яровой пшеницы на фоне почвенной неоднородно сти // Методическое и экспериментальное обеспечение адаптивно ландшафтных систем земледелия. – СПб.: Изд-во ПИЯФ РАН. – 2007.– 264 с.
3. Иванов А.И.;
Конашенков А.А.;
Якушева О.И.;
Федькин И.А. К во просу о выявлении пространственной неоднородности пахотных дерново подзолистых почв // Гумус и почвообразование.– СПбГАУ.– 2010.– С. 61 – 4. Иванов А.И., Цыганова Н.А., Лекомцев П.В., Якушева О.И., Уткузова A.M. Агроэкономическая эффективность точных систем удобрения в зерно пропашном звене севооборота // Гумус и почвообразование.– СПбГАУ.– 2010.– С. 68 – 73.
5. Иванов А.И., Хомяков Ю.В., Якушева О.И., Федькин И.А. Совершен ствование методов отбора почвенных образцов для выявления неоднородно сти дерново-подзолистых почв // Материалы координационного совещания Агрофизического института. Спб.: АФИ, 2010.– С. 127 – 131.
6. Якушева О.И. Эффективность агротехнологий на фоне неоднородно сти почвенного покрова// Материалы 45-й Международной научной конфе ренции молодых ученых и специалистов «Применение средств химизации для повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур» ( апреля 2011 г.). М.: ГНУ ВНИИА им. Прянишникова, 2011. С. 220 – 222.
7. Якушев В.В., Конев А.В., Матвеенко Д.А., Якушева О.И. Прецизион ные эксперименты в информационном обеспечении систем земледелия.
Вестник РАСХН, 2011.– № 3. С. 11 – 13.
8. Якушева О.И. Влияние неоднородности почвенного покрова на уро жайность яровой пшеницы // Изв. С.-Петерб. гос. аграр. ун-та, 2011.– № 24.– С. 67 – 71.
9. Михайленко И.М., Тимошин В.Н., Якушева О.И. Пространственная неоднородность состояния посевов как фактор рисков потерь урожая // Вест ник РАСХН, 2011.– N 6.– С. 6 – 8.
10. Якушева О.И. Влияние внтрипольной почвенной неоднородности и степени интенсификации агротехнологий на урожайность яровой пшеницы // Материалы научной сессии по итогам 2012 г. Агрофизического института.
Санкт-Петербург (2–3 апреля 2013 г.). –- СПб.: АФИ, 2013.– 156 с.