Мать-природа дает нам только определенное количество воды. Наша задача — привести в соответствие систему возделывания культур с количеством доступной влаги в регионе, учитывая не только текущий год, но и все последующие.
На территории канадских прерий, как правило, влага является основным ограничивающим фактором для производства культур (Аналогично и в средней зоне Украины). Посредством выбора типа культур, последовательности их возделывания и методов производства мы можем корректировать интенсивность использования влаги в системе возделывания так, чтобы она наилучшим образом соответствовала количеству доступной влаги в условиях данного климата. Какие факторы нужно учитывать – в статье канадских ученых, предоставивших материал для читателей «Зерна».

Горох имеет наиболее мелкую корневую систему среди тех культур, которые широко возделываются на территории прерий. Корни рапса, как правило, проникают несколько глубже, чем корни яровой или озимой пшеницы. По глубине проникновения корней (от максимальной до минимальной) культуры можно расположить в следующем порядке:
Подсолнечник > аргентинский рапс = горчица = озимая пшеница > яровая твердая пшеница > ячмень = нут = польский рапс > лен = чечевица > горох.
В засушливых условиях глубина проникновения корней уменьшается из-за сложности проникновения в сухую почву, но они интенсивно растут в верхнем слое почвы. Когда же условия влажные, глубина проникновения корней в почву также может уменьшаться, поскольку все необходимые элементы для их жизни в достаточном количестве находятся в верхнем слое. Наиболее глубоко корни проникают в тех случаях, когда в начале сезона имеется достаточно влаги для интенсивного роста надземной части растения, при этом почва влажная, а затем погодные условия становятся засушливыми, и растению приходится обеспечивать себя влагой из более глубоких слоев почвы.
Использование влаги зависит от ее накопления в почве при посеве, от выпавших осадков и типа почвы. При посеве по стерне и недостатке влаги в верхнем слое почвы горох, например, формирует всю корневую систему возле поверхности почвы (рис. 1).
В абсолютно аналогичных условиях корни рапса и пшеницы проникают глубже. Отличия в формировании корневых систем более очевидны при сопоставлении роста во влажных и сухих условиях (посев по сухой стерне в засушливый 2001 год, рис. 2). Крестоцветные масличные культуры, формирование корневых систем которых происходит более интенсивно, способны поглощать влагу из более глубоких почвенных слоев, чем твердая пшеница или бобовые.
Однако те же крестоцветные масличные культуры, формирование корневых систем которых происходит более интенсивно, неэффективно используют ресурсы, поглощая небольшое количество влаги в засушливых условиях. Следовательно, неудивительно, что зерновая урожайность в засушливый год (2001) при посеве по стерне была чрезвычайно низкая. Горох же, наоборот, не тратил силы на поглощение влаги из сухой почвы, поэтому, по сравнению с его урожайностью при посеве после пара, урожайность данной культуры при посеве по стерне в 2001 году была более высокой, чем какой-либо другой культуры (рис. 4). В засушливых условиях горох ведет себя подобно кактусу. Вполне очевидно, что производство культур, корни которых проникают глубоко в почву, — не самая лучшая идея на сухих почвах.


Мы определяли общее использование влаги как изменение содержания почвенной влаги в период между посевом и уборкой урожая плюс общий уровень выпадения осадков за этот период. В зоне бурых почв показатель использования влаги при возделывании различных культур варьирует не так существенно, как можно было бы ожидать (рис. 5-7). По потреблению влаги (от наиболее высокого к наиболее низкому) культуры можно расположить в следующем порядке:
Подсолнечник = аргентинский рапс = горчица > пшеница > ячмень = нут = польский рапс > лен = чечевица > горох
Как показано на рис. 5-7, в зависимости от года, а также от того, возделывалась ли культура по стерне или после пара, данный относительный порядок культур по потреблению влаги может меняться. Во влажных условиях использование влаги повышается с увеличением периода возделывания, когда же условия засушливые, использование влаги, как правило, равно общему количеству доступной влаги.

Сохранение почвенной влаги

Культура-предшественник оказывает значительное влияние на общее содержание влаги в почве следующей весной (рис. 8). На рис. 8 также отображено приблизительное общее количество почвенной влаги, недоступной для растений, однако оно зависит от условий возделывания и типа культуры. Как правило, культура, высеянная после пара, не оставляет большого количества доступной влаги, по сравнению с ситуацией, когда предшественник был посеян по стерне. Сохранение влаги зависит от количества и глубины, на которой влага использовалась культурой-предшественником, а также от накопления влаги в период от созревания до следующей весны (рис. 9).


При посеве по стерне гороха в глубоких слоях находится больше влаги, чем при посеве по стерне других культур, что отражает низкое использование влаги из глубоких слоев, присущее данной культуре. Хотя твердая пшеница — достаточно большой потребитель влаги, ее стерня и растительные остатки к весне, т.е. в период от уборки до посева следующей весной, обеспечивают наилучшее сохранение влаги.
При посеве по стерне нута почва наиболее сухая, поскольку данная культура потребляет много влаги и производит недостаточное количество растительных остатков, чтобы замедлить испарение или задержать снег. В целом, по количеству влаги, доступной следующей весной после возделывания данных культур (от наибольшего к наименьшему), их можно расположить в следующем порядке:
химический пар > механический пар > злаковые >= горох > чечевица > масличные > нут
Этот порядок может изменяться в зависимости от погодных условий, особенно от количества снега.

Эффективность использования влаги

Эффективность использования влаги (ЭИВ) рассчитывается так: урожайность зерна делится на потребление влаги. Показатель ЭИВ значительно варьирует в зависимости от культуры (рис. 10). По эффективности использования влаги горох со значительным отрывом занимает первое место, после него следуют злаковые, бобовые и, наконец, масличные.
Однако эта классификация, основанная на урожайности зерна, некорректна, поскольку для производства жиров и протеина процесс фотосинтеза должен проходить соответственно в четыре и в два раза дольше, чем при производстве крахмала. При описании использования влаги на основании фотосинтетической эффективности отличия между типами культур значительно сокращаются. В этом случае рапс характеризуется такой же эффективностью использования влаги, как и злаковые, чечевица или нут. Горох же значительно опережает другие широко возделываемые в прериях культуры по эффективности использования влаги.

Влияние севооборота

Севооборот оказывает значительное влияние на количество влаги, доступной при посеве, урожайность культуры и эффективность ее использования. Влияние севооборота является комплексным и включает влияние на количество почвенной влаги, циркуляцию и доступность питательных веществ, температуру почвы, почвенное микробное сообщество, аллелопатические или ростстимулирующие вещества, содержащиеся в растительных остатках, физическую структуру почвы. Влияние культуры-предшественника также сказывается на качестве семенного ложа, наличии вредителей, сорняков и возбудителей заболеваний. Эти отдельные виды влияний не являются «дополнительными», потому сложно точно выразить количественно общее влияние определенной последовательности культур. Поэтому ученые зачастую просто определяют общее влияние возделывания культур в определенной последовательности как «влияние севооборота».
Влияние культуры-предшественника на урожайность очень велико (рис. 11). Если попытаться объяснить влияние севооборота с помощью эффективности использования влаги (рис. 12), мы увидим, что обусловлено оно не только влагой. В целом, если культура-предшественник созрела раньше, наблюдается повышение эффективности использования влаги. Пар — это тот случай, когда культура-предшественник созревает чрезвычайно рано. Такое преимущество раннего созревания культуры-предшественника частично может быть обусловлено эффектом пара. Чем больше продолжительность периода от созревания до посева следующей культуры, тем больше времени для разложения корней и растительных остатков предыдущей культуры. Однако для большей точности нам следует рассматривать влияние культуры-предшественника как комплексное влияние севооборота, описанное выше.


В засушливый 2001 год культура-предшественник оказала значительное влияние на урожайность твердой пшеницы (рис. 13). Влага лишь частично обуславливала это влияние, поскольку эффективность ее использования существенно зависела от культуры-предшественника (рис. 14).
Интенсивность использования влаги в системах возделывания
Основная концепция заключается в том, чтобы привести в соответствие интенсивность потребления влаги с долгосрочной ее доступностью в вашей местности. Мать-природа позаботилась о том, чтобы такое соответствие было присуще сообществам местной растительности. Системы возделывания, характеризующиеся интенсивным потреблением влаги, используют много воды, и для их успешности она необходима в больших количествах. Системы с низкой интенсивностью поглощения влаги, наоборот, не используют всю доступную влагу за один год, и она сохраняется для потребления в следующем.
В неинтенсивных системах влага также сохраняется посредством использования таких приемов, как прямой посев с незначительным нарушением почвенного покрова и оставлением как можно более высокой стерни. Недостаточная интенсивность использования влаги приводит к накоплению слишком большого количества почвенной влаги, результатом чего зачастую является отсрочка посева весной, увязание техники, застаивание воды на продолжительные периоды, значительный сток, слишком высокая влажность почв осенью и засоленность.
Чрезмерно высокая интенсивность потребления влаги приводит к недостатку влаги в почве, на которую указывает высокая эффективность во влажные годы, разочаровывающая урожайность в умеренных условиях и чрезвычайно низкая урожайность в засушливых условиях. В этом случае пар (для сокращения интенсивности) очень часто начинает казаться экономически привлекательным. Правильная интенсивность потребления влаги для данного региона будет характеризоваться прибыльностью производства в годы умеренной влажности, включая те, когда наблюдаются периоды значительного стресса, обусловленного недостатком влаги. Соответствующая интенсивность потребления влаги обеспечит отличную прибыльность в годы с благоприятными условиями по выпадению осадков.

Примеры выбора в засушливых регионах

Подсолнечник — культура, характеризующаяся высокой интенсивностью потребления влаги, так как имеет глубокую корневую систему и поздно созревает. Подсолнечник будет поглощать почвенную влагу на глубине более 120 см (рис. 15). Мы наблюдали снижение урожайности в первый и второй годы после возделывания подсолнечника (рис. 17, 18). Эта культура слишком интенсивно использует влагу для возделывания в засушливых регионах и ее следует выращивать лишь в тех случаях, когда экономическая прибыль значительно выше, чем от возделывания культур с меньшей интенсивностью потребления влаги — в последние годы такой ситуации не наблюдалось.
Если подсолнечник выращивают потому, что это выгодно, то для сокращения интенсивности использования влаги и повышения ее сохранения следует включать в севооборот период пара.

 

Управления культурами в засушливых регионах

Культуры, которые возделываются на сено или силос, быстро созревают и сокращают интенсивность потребления влаги. В засушливых условиях это даст некоторые преимущества последующей культуре (рис. 18). Заметьте, что если силос или сено убрать рано, да так, чтобы при этом сорняки были удалены до того, как они сформируют семя, то данный прием может дать преимущества по контролю сорняков в последующие годы.
Удаление соломы на подстилку или корм для скота повышает интенсивность использования влаги. В засушливых регионах данный прием приведет к сокращению урожайности следующей культуры (рис. 18).

Пар

С точки зрения почв, пар ухудшает их качество. Он приводит к сокращению содержания почвенного органического вещества, повышает риск водной и ветровой эрозии и снижает плодородность почвы. Однако в засушливых регионах пар — эффективный способ сократить интенсивность использования влаги. При принятии решения относительно того, использовать пар или нет, следует учитывать экономические аспекты. В засушливых регионах применение химического пара, когда контроль сорняков осуществляется только за счет использования гербицидов, предпочтительней применения механического контроля сорняков в паровом поле. Химический пар в значительной мере сокращает риск эрозии, и хотя он не способствует повышению содержания почвенного органического вещества, но и не приводит к его сокращению.
В засушливых условиях можно ожидать, что урожайность и прибыль будут выше при использовании севооборота, включающего пар, чем при использовании севооборота без пара. Это отображено на рис. 19. В данном примере, полученном на территории канадских прерий, возделывание монокультуры без пара обеспечивает большую прибыль, когда общий уровень выпадения осадков за вегетационный сезон (май-август) составляет более 215 мм. Если же данный показатель варьируется от 170 до 215 мм, то наилучшей экономической эффективностью характеризуется севооборот с периодом пара раз в 5 лет (пар–рапс–пшеница–чечевица– пшеница). Однако если уровень выпадения осадков менее 170 мм, то экономически наиболее эффективен севооборот пар–пшеница.


В районе Свифт Каррент, Саскачеван, за вегетационный период выпадает около 200 мм осадков, поэтому возделывание монокультуры даст хорошие результаты лишь в годы, когда уровень выпадения осадков средний и выше. В годы с уровнем выпадения осадков ниже среднего эффективность монокультуры низка. Следовательно, интенсивность использования влаги при длительном периоде возделывании культур, потребляющих большое количество влаги, слишком высока для региона Свифт Каррент.
Продолжительное возделывание культур, поглощающих несколько меньшее количество влаги, таких как горох, или же использование севооборота, включающего пар и культуры, требующие большого количества влаги, сокращает интенсивность использования влаги и позволяет получить лучшие результаты в годы, когда уровень выпадения осадков средний или ниже.
В данном примере пар используется до возделывания рапса, который требует значительного количества влаги. В районе Ипдиан Хед, Саскачеван, в вегетационный сезон выпадает около 240 мм осадков, а севообороты без пара характеризуются соответствующей для данного региона интенсивностью использования влаги. В регионе Медсин Хетт, Альберта, уровень выпадения осадков в вегетационный сезон составляет 175 мм, и севообороты без пара явно характеризуются слишком высокой для данного региона интенсивностью использования влаги. В условиях этого засушливого климата севообороты, включающие химический пар каждые два или четыре года, могут быть целесообразными с экономической точки зрения. При условии, что в период пара механическая обработка не осуществляется, такие севообороты все же могут обеспечить повышение плодородия почвы.

Брайан МакКонки,
Министерство сельского хозяйства Канады, Свифт Каррент, Саскачеван
Перри Миллер,
Департамент природных ресурсов и окружающей среды,
Государственный университет штата Монтана, Бозмен, Канада
Под редакцией Н. Косолапа

(Опубликовано в № 01.2009 г.)