Nizhny Novgorod, Russian Federation
Nizhny Novgorod, Russian Federation
UDK 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
BBK 40 Естественнонаучные и технические основы сельского хозяйства
The research was carried out in order to find new technological and technical solutions that ensure the energy efficiency of agriculture, stabilization and increase in the yield of agricultural crops for the rotation of grain crop rotation in Volga-Vyatka region. The field experiment was started in 2014 in Nizhny Novgorod region. The work was carried out in grain crop rotation: 1. mustard for seeds; 2. winter wheat; 3. soy; 4. spring wheat; 5. peas; 6. oats. The experimental scheme included 5 systems of tillage (factor A), differing in the methods of the main autumn tillage. For each system of soil cultivation, the influence of mineral fertilizers and destructors of plant residues (factor B) was determined. Against the background of natural soil fertility, the most energetically payback option of the main soil cultivation system is autumn plowing with a plow with dumps (energy coefficient 2.93). The use of a plow without plows, a Pottinger Synkro 5030 K chisel cultivator and a Discover XM 44660 nothad disc harrow in a soil cultivation system leads to a decrease in the energy coefficient to 2.84 ... 2.85; and the use of no-till technology - up to 1.88. Against the background of natural soil fertility, the greatest energy return was provided by systems with fall plowing, carried out both with a plow with dumps and without them, as well as with disking as the main soil cultivation in combination with the use of the biological product Stimix®Niva - energy coefficients were in the range of 3 , 03 ... 3.31. When using no-till technology, the highest value of this indicator was noted when N60P60K60 was applied separately (2.27) and together with the biological product Stimix®Niva (2.53). The maximum energy return in the experiment was recorded in the variant with the main tillage of the soil with a Pottinger chisel cultivator against the background of N60P60K60 together with the biological product Stimix®Niva - the average energy coefficient was 3.45
energy coefficient, crop rotation, yield, straw, biological product, tillage system, zero tillage
Основной показатель ведения сельскохозяйственного производства – эффективность выращивания тех или иных культур. Только если вложенные затраты на производства единицы продукции растениеводства будут окупаться и приносить доход, товаропроизводитель будет заниматься ее выращиванием. Однако в современных условиях невозможно дать объективную оценку экономической эффективности выращивания сельскохозяйственных культуру в целом за ротацию севооборота, вследствие постоянного роста цен на ГСМ, электроэнергию, минеральные удобрения, средства защиты растений, семена высоких репродукций, а также значительных колебаний цен на продукцию по годам производства [1, 2].
Поэтому сейчас более объективно о эффективности производства можно судить с использованием метода энергетической оценки, учитывающем количество энергии, затраченной на производство и аккумулированной в сельскохозяйственной продукции. С помощью энергетической оценки можно точнее сравнивать различные технологии производства продукции с точки зрения расхода энергетических ресурсов, определения их структуры и выявления главных резервов экономии технической энергии в земледелии[3]. Для такой оценки используют энергетический коэффициент – отношение биологической энергии выращенной продукции к полной совокупной энергии затрат на ее производство на единице площади.
Для оптимизации себестоимости растениеводческой продукции необходимо осваивать новые ресурсосберегающие технологии обработки почвы, в больших объемах применять солому в качестве органического удобрения [4, 5], заменять хотя бы часть химических средств защиты растений на более дешевые биологические, которые кроме защитного действия способствуют и более быстрому разложению пожнивных остатков и соломы [6, 7]. Несомненно, более эффективно – использование земли и выращивание сельскохозяйственных культур в системе севооборотов [8, 9, 10].
Цель исследований – поиск новых технологических и технических решений, обеспечивающих энергетическую эффективность земледелия, стабилизацию и повышение продуктивности культур за ротацию зернового севооборота в условиях Волго-Вятского региона.
Условия, материалы и методы исследований. Полевой опыт был заложен в 2014 г., полная ротация севооборота завершилась в 2019 г. Почва опытного участка – светло-серая лесная среднесуглинистая по гранулометрическому составу, содержание подвижного фосфора и калия (по Кирсанову, ГОСТ 26207-84) – соответственно 253 мг/кг и 140 мг/кг, гумуса (по Тюрину, ГОСТ 26213-91) – 1,5 %, рНKCl (ГОСТ 26483-85)- 5,6 ед. Общая площадь делянки – 192 м2, учетная – 132 м2. Расположение вариантов –
систематическое. Повторность - четырехкратная. Учет урожая сельскохозяйственных культур проводили сплошным методом, поделяночно с пересчетом на 100%-ную чистоту и 14%-ную влажность.
Исследования проводили в зерновом сево-
обороте со следующим чередованием культур: 1. горчица на семена; 2. озимая пшеница; 3. соя; 4. яровая пшеница; 5. горох; 6. овёс.
Горчицу белую использовали в качестве уравнительного посева.
В опыте высевали горчицу белую сорта Радуга, озимую пшеницу – Московская-39, сою – Светлая, яровую пшеницу – Эстер, горох – Красивый, овес – Яков.
Все растительные остатки после уборки предшествующих культур измельчали комбайном Сампо-1500 и оставляли в поле. Внесение деструкторов соломы (аммиачная селитра в дозе 10 кг д. в. на 1 т соломы и биопрепарат Стимикс®Нива в дозе 2 л/га) проводили поверхностно сразу после уборки предшествующей культуры. Препарат Стимикс®Нива содержит в своем составе высокоактивные штаммы различных микроорганизмов – антогонистов патогенных грибов и бактерий.
Схема полевого опыта включала 5 систем обработки почвы (фактор А), отличающихся способами основной зяблевой обработки: I) традиционная отвальная обработка (контроль) –вспашка плугом ПН-3-35 на 20…22 см; II) безотвальная «глубокая» обработка – вспашка ПН-3-35 (без отвалов) на 20…22 см; III) безотвальная «мелкая» обработка – обработка чизельным культиватором Pottinger Synkro 5030 K на 14…16 см; IV) минимальная обработка – обработка дисковой бороной Discover ХМ 44660 nothad на 10…12 см; V) нулевая обработка (No-till) – прямой посев сеялкой Sunflower 9421-20.
Система предпосевной обработки почвы под зерновые культуры была одинакова во всех изучаемых вариантах полевого опыта (кроме варианта с No-till) и включала ранневесеннее боронование БЗСС-1,0 на 4…6 см; культивацию КБМ-4,2 на 10…12 см; предпосевную обработку КБМ-4,2 на 4…6 см.
По каждой системе обработки почвы определяли влияние минеральных удобрений и деструкторов растительных остатков (фактор В): 1) солома без удобрений (контроль); 2) солома + N60P60K60; 3) солома + N60P60K60 + N10(10 кг д.в. на 1 т соломы предшествующей культуры); 4) солома + N60P60K60 + Стимикс®Нива (2 л/га); 5) солома + Стимикс®Нива (2 л/га).
Минеральные удобрения вносили согласно схеме исследований под весеннюю культивацию.
Энергетическую эффективность производства рассчитывали согласно методическому пособию по определению энергозатрат при производстве продовольственных ресурсов и кормов для условий Северо-Востока Европейской части РФ, на основе технологических карт с помощью энергетических эквивалентов [11]. Математическую обработку результатов исследований проводили методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову с использованием компьютерной программы статистической обработки Statist.
Анализ и обсуждение результатов исследований. Минимальная обработка почвы, проведенная дисковой бороной, способствует повышению урожайности озимой пшеницы по сравнению с другими изучаемыми системами обработки почвы, на 0,21…0,33 т/га. В остальных вариантах обработки почвы она находилась в интервале 2,79…3,00 т/га. При прямом посеве сбор зерна озимой пшеницы в среднем был на 0,02 т/га меньше, чем по отвальной вспашке. Возделывание культуры на фоне естественного плодородия почвы (контроль) обеспечивало формирование урожайности на уровне 1,49… 2,02 т/га. При этом наименьшие величины этого показателя отмечены в варианте No-till, а наибольшие – по безотвальной «мелкой» обработке с использованием стерневого культиватора Pottinger. Внесение N60P60K60 повышало сбор зерна озимой пшеницы на 1,32…1,99 т/га. Аналогичные прибавки были и в варианте с сочетанием N60P60K60 и биопрепарата Стимикс®Нива, что указывает на отсутствие влияния последнего на формирование и налив зерна озимой пшеницы в погодных условиях 2014–2015 гг. Максимальная урожайность культуры в опыте отмечена в варианте с совместным внесением N60P60K60, аммиачной селитры в дозе 10 кг д.в. на 1 т соломы – 3,48…4,60 т/га (табл.1).
Основная обработка почвы дисковой бороной обеспечила самую высокую среднюю (по фактору А) урожайность сои. При этом наибольшей на фоне естественного плодородия почвы (контроль по фактору В) она была в вариантах с глубокой основной обработкой почвы – 1,39…1,41 т/га, мелкая и поверхностная основная обработка приводили к снижению сбора семян на 0,24…0,29 т/га. Технология No-till ухудшала условия произрастания культуры, в результате чего ее урожайность уменьшалась, по сравнению с зяблевой вспашкой, в 3,5 раза. Внесение N60P60K60и биопрепарата Стимикс®Нива способствовало повышению величины этого показателя по сравнению с неудобренным вариантом. При этом наибольшую прибавку урожая в зависимости от системы обработки почвы (на 0,08…1,05 т/ га) обеспечивало применение N60P60K60 отдельно или в сочетаниях с аммиачной селитрой и биопрепаратом Стимикс®Нива. Внесение минеральных удобрений и биопрепарата при нулевой технологии увеличивало урожайность сои на 0,08…0,45т/га (табл. 1).
Традиционная обработка почвы и безотвальная «глубокая» способствовали формированию урожайности яровой пшеницы на фоне естественного плодородия почвы на уровне 1,78…1,87 т/га. Внесение N60P60K60 повышало величину этого показателя в 1,3…1,9 раза, при этом максимальная в опыте прибавка составила 1,54 т/га по «глубокой» безотвальной обработки почвы. Применение минимальной и нулевой систем обработки почвы на фоне ее естественного плодородия снижало урожайность яровой пшеницы, в сравнении с традиционной, на 0,18…0,64 т/га. При проведении в качестве основной обработки почвы дискования сбор зерна яровой пшеницы на фоне N60P60K60 достигает 3,68 т/га, что на 0,27 т/га выше, чем при безотвальной «глубокой» и традиционной обработках почвы. Использование биопрепарата Стимикс®Нива в качестве деструктора соломы более эффективно в сочетании с N60P60K60, чем без минеральных удобрений, вне зависимости от изучаемых систем обработки почвы (см. табл. 1).
Самая высокая урожайность гороха отмечена в варианте с зяблевой вспашкой с внесением N60P60K60 и аммиачной селитры в качестве деструктора соломы (2,76 т/га). С уменьшением глубины обработки средний сбор семян культуры по фактору А снижался на 0,24…1,23 т/га и был самым низким при использовании No-till технологии – 1,29 т/га. Применение удобрений способствовало его увеличению в среднем по изучаемым системам обработки на 0,45…0,46 т/га. При выращивании гороха по технологии No-till применение биопрепарата Стимикс®Нива на фоне N60P60K60 повышало урожайность, по сравнению с внесением только минеральных удобрений, на 0,86 т/га. Напротив, по зяблевой вспашке влияние биопрепарата Стимикс®Нива на фоне N60P60K60 на сбор гороха не отмечено. В остальных вариантах с системами обработки почвы без оборота пласта применение Стимикс®Нива в чистом виде снижало урожайность культуры, по сравнению с сочетанием биопрепарата с N60P60K60 (2,38…2,55 т/га), на 0,56…0,63 т/га (см. табл. 1).
Рассматривая среднюю урожайность овса по изучаемым системам обработки почвы, следует отметить, что наименьшей она была при использовании технологии No-till – 2,52 т/га, возделывание культуры по традиционной вспашке повышает величину этого показателя на 1,65 т/га. Основная обработка почвы чизельным культиватором (безотвальная «мелкая») снижает среднюю урожайность овса по фактору А, по сравнению с традиционной системой, на 0,44 т/га. Использование аммиачной селитры в дозе 10 кг д.в. на 1 т соломы совместно с N60P60K60 способствует увеличению урожайности овса, по сравнению с остальными вариантами применения минеральных удобрений и биопрепарата по всем изучаемым системам обработки почвы, кроме нулевой технологии, на 0,17…1,33 т/га. При нулевой обработке почвы самая высокая урожайность овса выявлена на фоне N60P60K60с биопрепаратом Стимикс@Нива – 3,78 т/га. Применение деструкторов соломы более эффективно в сочетании с N60P60K60, чем на фоне естественного плодородия, по всем изучаемым системам обработки почвы (в том числе по нулевой технологии).
Согласно результатам энергетической оценки наименьшие затраты совокупной энергии на 1 га посевной площади отмечены при выращивании культур без удобрений 52115…62752 МДж, а также при использовании на этом фоне биопрепарата Стимикс®Нива – 53517…64751 МДж по всем изучаемым системам обработки почвы. Использование N60P60K60 повышало затраты, по сравнению с вариантом без их применения, прежде всего, за счет внесения, эксплуатации машин и оборудования, ГСМ на 33883…48905 МДж. Наибольшая величина этого показателя зафиксирована в варианте с внесением N60P60K60 и аммиачной селитры в дозе 10 кг д.в. на 1 т соломы по всем изучаемым системам обработки почвы – 101020…110451 МДж (табл. 2).
По системам обработки почвы максимальными в опыте затратами совокупной энергии отличался вариант с традиционной обработкой плугом – 86508МДж. Выявлено снижение затрат средней совокупной энергии в ряду от безотвальной «глубокой» обработки почвы (85734 МДж) к минимальной (82111 МДж) и нулевой (затраты на которую самые низкие – 76594 МДж) на 9140 МДж.
Поскольку наибольшая совокупная урожайность сельскохозяйственных культур по всем изучаемым системам обработки почвы была сформирована в вариантах с применением минеральных удобрений (отдельно и в сочетании с деструкторами соломы), то и накопленная энергия была выше, чем в контрольном в 1,6…2,7 раза.
На фоне естественного плодородия почвы максимальный в опыте коэффициент энергетической эффективности отмечен в варианте с
зяблевой вспашкой – 2,93; применение безотвальной «глубокой», безотвальной «мелкой» и минимальной приводит к снижению величины этого показателя на 0,08…0,09 ед.; а при использовании нулевой обработки почвы энергетический коэффициент уменьшается до минимального в опыте – 1,88, что на 1,05 ед. меньше, чем по зяблевой вспашке.
При сравнении вариантов систем основной обработки почвы (фактор А) самая высокая энергетическая окупаемость отмечена при использовании осенней культивации на глубину 14…16 см чизельным культиватором Pottinger – средний энергетический коэффициент 2,93.
При прямом посеве наиболее окупаемыми были варианты с внесением N60P60K60 отдельно (2,27) и в сочетании с биопрепаратом Стимикс®Нива (2,53).
В целом наибольшая энергетическая окупаемость отмечена в вариантах с использованием при основной обработке почвы плуга, как с отвалами, так и без, а также дисковой бороны совместно с применением биопрепарата Стимикс®Нива без удобрений – энергетические коэффициенты 3,03…3,31; и в варианте с основной обработкой чизельным культиватором и сочетанием биопрепарата с N60P60K60 – энергетический коэффициент 3,45
Выводы. Все изучаемые системы обработки почвы, в том числе технология прямого посева (No-till),в условиях Волго-Вятского региона обеспечивают окупаемость энергетических затрат при производстве зерна. С энергетической точки зрения на светло-серой лесной почве в Волго- Вятском регионе можно рекомендовать использование в сельскохозяйственном производстве ресурсосберегающую систему основной обработки почвы, проводимой чизельным культиватором на глубину 14…16 см осенью с более широким применением биопрепарата Стимикс®Нива в качестве деструктора соломы на фоне минеральных удобрений в норме N60P60K60 (энергетический коэффициент 3,45).
1. Osnovy bioenergeticheskoy otsenki proizvodstva produktsii rastenievodstva: uchebnoe posobie. [Fundamentals of bioenergetic assessment of crop production: a tutorial]. / A.V. Udalov, A.P. Avdienko, A.M. Struk and others, Persianovskiy, FGOU VPO “Donskoy GAU”, 2008. P. 103.
2. Reproduction of soil fertility, productivity and energy efficiency of crop rotations. [Vosproizvodstvo plodorodiya pochv, produktivnost i energeticheskaya effektivnost sevooborotov]. / A. P. Karabutov, V. D. Solovichenko, V.V. Nikitini and others. // Zemledelie. - Agriculture. 2019. № 2. P. 3-7.
3. Chudinovskikh V.M. Ways to reduce the energy intensity of plowing. [Puti snizheniya energoemkosti vspashki]. // Zemledelie. - Agriculture. 1998. № 1. P. 50-52.
4. Improved resource-saving technology of soil cultivation and the use of biological products for spring grain crops in the central zone of the North-East of the European part of Russia. [Uluchshennaya resursosberegayuschaya tekhnologiya obrabotki pochvy i primeneniya biopreparatov pod yarovye zernovye kultury v usloviyakh tsentralnoy zony Severo-Vostoka evropeyskoy chasti Rossii]. / L.M. Kozlova, F.A. Popov, E.N. Noskova and others // Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. - Agricultural science of the Euro-North-East. 2017. № 3 (58). P. 43-48.
5. Application of the main elements of resource-saving environmentally safe technologies in the cultivation of spring grain crops in the Central zone of the North-East of the European part of Russia. Problems of intensification of animal husbandry taking into account environmental protection and production of alternative energy sources, including biogas/ L. M. Kozlova, F. A. Popov, E. N. Noskova, et al.// collection of articles. Warsaw: Institute of technology and science Valenth, 2018. P. 67-74.
6. Hallam M.J., Bartholomen W.V. Influence of rate of plant residue addition in accelerating the decomposition of soil organic matter // Soil Sci. Soc. Amer. Prok. 2003. №17. P. 365-368.
7. Role of Plant Growth Promoting Rhizobacteria in Agricultural Sustainability- A Review/ P. Vejan, R. Abdullah, T. Khadiran, et al.// Molecules. 2016. Vol.21. P. 1-17; doi:10.3390/ molecules21050573
8. Comparative efficiency of technologies for grain crops cultivation in the link of crop rotation on light gray forest soils of the Volga-Vyatka region. [Sravnitelnaya effektivnost tekhnologiy vozdelyvaniya zernovykh kultur v zvene sevooborota na svetlo-serykh lesnykh pochvakh Volgo-Vyatskogo regiona]. / V.V. Ivenin, A.V. Ivenin, K.V. Shubina and others. // Vestnik Chuvashskoy gosudarstvennoy selskokhozyaystvennoy akademii. - The Herald of Chuvash State Agricultural Academy. 2018. №3(6). P. 27- 31.
9. Antonov V.G., Ermolaev A.P. The effectiveness of long-term use of minimal methods of soil cultivation in crop rotations. [Effektivnost dlitelnogo primeneniya minimalnykh sposobov obrabotki pochvy v sevooborotakh]. // Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. - Agrarian science of Euro-North-East. 2018. № 4 (65). P. 87-92.
10. Samofalova I.A. Influence of basic processing methods on the structural and aggregate composition of sod-podzolic soil in the Non-Chernozem zone. [Vliyanie sposobov osnovnoy obrabotki na strukturno-agregatnyy sostav dernovo-podzolistoy pochvy v Nechernozemnoy zone]. // Zemledelie. - Agriculture. 2019. № 1. P. 24-28.
11. Metodicheskie ukazaniya po raschetu ekonomicheskoy effektivnosti ispolzovaniya v selskom khozyaystve rezultatov nauchno-issledovatelskikh rabot dlya usloviy Severo-Vostoka evropeyskoy chasti RF. [Guidelines for calculating the economic efficiency of the use of research results in agriculture for the conditions of the North-East of the European part of the Russian Federation]. Kirov: NIISKh Severo-Vostoka, 2008. P. 66.
