О состоянии посевов озимых в условиях осеннего  дефицита продуктивной влаги. Современные интенсивные сорта озимой пшеницы отличаются повышенной требовательностью к плодородию почвы и наличию в ней запасов продуктивной влаги. Дефицит влаги, особенно в посевной период, – проблема практически повсеместная, а не только регионов с недостаточным и неустойчивым увлажнением. Кроме того, экономика заставила аграриев ограничить число предшественников пшеницы, что также усугубило ситуацию с влагой. И вопрос изучения агромер, повышающих возможность появления дружных всходов и их успешной зимовки, ныне  один из самых животрепещущих (Опубликовано в № 11.2011 г.)

Почему реальная урожайность меньше декларируемой

Более 80% пахотных земель Украины, а это свыше 26,4 млн га, имеют типы водного режима (непромывной, периодически промывной), формирующие дефицит увлажнения, преобладающий или периодический (В. В. Медведев и др., 2011). Почв с оптимальным режимом увлажнения в Украине немного, чуть больше 1 млн га, и расположены они в Полесье. Такие почвы относятся в основном к подзолистым и дерново-подзолистым глинисто-песчаным слабо оглеенным разновидностям. Все это делает водный режим очень важным фактором, который чаще всего и лимитирует плодородие почв.
Волей-неволей приходится думать о предшественниках. Раньше озимую пшеницу размещали в основном по занятым и чистым парам. Сейчас это довольно дорогое удовольствие, поэтому распространение получили такие предшественники озимой пшеницы, как яровой ячмень, кукуруза, рапс и даже подсолнечник. Одна из основных причин снижения урожайности озимой пшеницы по непаровым предшественникам – крайне низкие запасы влаги в почве. Кроме того, в условиях сухой осени часто приходится сеять в более поздние сроки. И зачастую после плохих предшественников неокрепшие с осени всходы пшеницы плохо закаляются, а в отдельные годы даже погибают.
Амплитуда колебаний погоды в разных точках зоны степи и лесостепи даже на небольшой территории довольно значительна. Как свидетельствуют наблюдения, на отдельных полях озимой пшеницы запасы доступной почвенной влаги, учтенные в одинаковые сроки, различались на 25-36 мм в пахотном слое почвы и на 80-90 мм – в метровом слое. При этом в степи и лесостепи условия увлажнения для озимой пшеницы в большинстве случаев складывались неудовлетворительные. Данную ситуацию решить можно только в том случае, если параллельно решать два вопроса:
1) искать пути, обеспечивающие снижение транспирационного коэффициента озимых зерновых культур, и одновременно повышать их адаптацию к засушливым условиям;
2) усовершенствовать агроприемы, обеспечивающие максимальное накопление, сохранение и рациональное ис­поль­зование продуктивной влаги в посевном и нижележащих слоях почвы.
Ни для кого не секрет, что постоянный дефицит влаги – одна из основных причин наблюдаемых в засушливые годы существенных различий между декларируемой селекционерами высокой продуктивностью созданных ими сортов озимой пшеницы и озимого ячменя и фактически получаемыми средними, а иногда даже и низкими урожаями зерна этих культур. Конечно, хорошие предшественники, влагосберегающие способы обработки почвы, оптимизированное и сбалансированное по макро- и микроэлементам полноценное минеральное питание, уничтожение сорных растений и эффективная борьба с сорняками, вредителями и болезнями способны значительно повысить урожай зерновых культур. Но, к сожалению, даже самая современная технология не в состоянии полностью устранить дефицит влаги. Именно поэтому для степной и частично лесостепной зон крайне важно развивать технологии возделывания озимых зерновых культур, позволяющие уменьшать риск потерь урожая из-за недостатка в почве продуктивной влаги.

70 засух за 111 лет

Анализ погодных условий в степной зоне Украины за последние 111 лет (с 1900-го по 2011 г.) свидетельствует о том, что за это время на данной территории среднегодовая температура воздуха повысилась на 0,3-0,7 °С. А по данным Гидрометцентра, в последнее время засухи стали более частыми, особенно в южных регионах, где с 1960 по 2010 год было 25 засушливых лет. То есть каждый второй год был засушливым, а каждый третий – сильно засушливым.
Засушливые годы стали более частыми по сравнению с первой половиной ХХ ст. Это означает, что климат существенно изменился, и не замечать этого уже нельзя. В засушливые годы сильно снижается урожайность зерна не только поздних и ранних яровых, но и озимых зерновых культур. В данном регионе вероятность их наступления стала довольно высокой, что подтверждается статистичес­кими данными Ко­мисса­ровской метеорологической станции, расположенной в Пятихатском районе Днепропетровской области. В частности, по ее данным, разные по интенсивности засухи в степной зоне Украины наблюдались в 1907, 1916, 1920, 1921, 1923, 1934, 1940, 1948, 1951, 1954, 1957, 1968, 1975, 1981, 1983, 1986, 1992, 1994, 1997, 2007 годах. Особенно сильными были засухи в 1922, 1946, 1954, 1994, 2003, 2007 и 2009 годах. Статистика свидетельствует, что за 110 лет здесь было зафиксировано свыше 70 засух, особенно сильные – в 1891, 1901, 1911, 1921, 1922, 1938, 1939, 1946, 1957, 1959, 1963, 1965, 1968, 1972, 1975,1979, 1983, 1992, 1996,1999, 2003, 2007 годах. Жесткими были засухи в 1891, 1921 и 1976 годах. В период с 1956-го по 2005 год наблюдалось 60 засух, которые охватили более 10% площадей и имели значительную интенсивность (ГТК 0,4). За годы независимости в Украине наблюдалось 10 засух: 1992, 1994, 1996, 1999, 2000, 2002 (в Крыму), 2003, 2005 (вторая половина года), 2007, 2009 годах (табл. 1). Одиннадцатой была осенняя засуха 2011 года. В отдельные периоды засухи наблюдались практически ежегодно 5-11 лет подряд: в 1888-1894, 1929-1936, 1944-1954, 1999-2007 годах. В своих наблюдениях М. Б. Барабаш и Т. В. Корж (2008) отметили, что 1999, 2001, 2007, 2009 годы были наиболее теплыми за 100 лет. В эти годы 11 из 12 месяцев были аномально теплыми.

В первом десятилетии ХХI ст. особенно сильной была засуха 2007 года, охватившая значительную территорию степной зоны Украины, а именно весь Крым, Херсонскую, Николаевскую, Одесскую, Запорожскую, Кировоградскую, Донецкую, Луганскую, Днепропетровскую и Черкасскую области. На этой огромной территории в апреле-мае и начале июня не было атмосферных осадков в течение 40-50 дней. В тот год отрицательное влияние засухи усилилось очень сухой осенью и аномально теплой и почти бесснежной зимой. Поэтому считается, что в этой зоне засуха – не случайность, а обычное, часто повторяющееся, закономерное явление (табл. 1).
Уровень развития засушливых условий можно оценить по такому важному показателю, как ГТК (гидротермичес­кий показатель Г. Т. Селя­нинова). Данные метеостанции за этот период свидетельствуют, что засушливые условия складываются не только летом, но и весной, а нередко даже осенью. Какой-то закономерности в смене показателя ГТК по годам не отмечено. К тому же, по данным метеопрогнозов, не исключено, что в будущем среднегодовая температура воздуха будет увеличиваться, что может вызвать сильное испарение влаги растениями и снижение их продуктивности, в результате чего производство продуктов питания снизится на 1-3% (В. А. Легасов и др., 1985).

О влажности верхнего слоя почвы

Прорастающие семена и вегетирующие растения влагу берут в основном из почвенных запасов. Влага в почве характеризуется различной степенью подвижности и, соответственно, доступности для растений. Наибольшее значение для растений имеет доступная для них активная или продуктивная влага. Таковой считается влага, находящаяся в диапазоне от НВ (наименьшей влагоемкости) до ВЗ (влажности завядания). Потенциальная способность пахотных почв удерживать доступную влагу (в интервале НВ-ВЗ) изменяется в достаточно широких пределах – от 0,26 до 0,76 (В. В. Медведев и др. 2011). Это означает, что 26-76% пористости почвы может быть занято доступной для растений влагой. Но только часть ее (примерно 13-38%) является легкодоступной, так как находится в интервале НВ-ВРК (влажность разрыва капилляров). Водовместимость черноземных почв по сравнению с другими типами почв одна из самых высоких. Вместе с тем для растений доступно менее половины запасов этой влаги, и лишь одна четвертая часть – легкодоступная влага. Известно, что нормативные параметры оптимального количества продуктивной влаги в период всходов озимых культур в лесостепи составляют 30 мм в слое почвы 0-20 см (С. А. Вериго, 1973). При средних запасах влаги меньше 5 мм в пахотном слое почвы всходы озимых не появляются; при запасах влаги 5-10 мм прорастание семян задерживается, всходы получаются изреженными, наблюдается резкое ухудшение состояния растений; при запасах 10-20 мм – незначительное ухудшение, а увеличение запасов влаги до 30-50 мм позволяет озимым иметь удовлетворительное состояние. Сопоставляя фактическое среднемноголетнее содержание продуктивной влаги в период появления всходов в слое почвы 0-20 см с оптимальным ее содержанием в этот же период, находим дефицит продуктивной влаги для озимых зерновых культур. Этот показатель в слое почвы 0-20 см в период всходов озимой пшеницы в степной зоне Украины варьирует в пределах -7-9 мм, а в сухой степи Присивашья – до -14 мм (В. В. Медведев, Т. М. Лакти­онова, Л. В. Донцова, 2011).
Для объективной агрономической оценки влагообеспеченности сельскохозяйственных культур был введен такой показатель, как влагодень. Влагодень – это ежедневный расход доступной влаги выше ВРК (мм), умноженный на число дней, необходимое для прохождения растением определенной фазы развития. Известно, что в среднем период от посева до всходов у озимой пшеницы длится 10 дней, это при ежедневном расходе влаги 2 мм. Чтобы процесс прорастания семян проходил в благоприятных условиях, количество доступной влаги в посевном слое и до глубины 20 см должно быть не менее 20 мм для степной зоны. Обычно запасы влаги 30-40 мм в пахотном слое в осенний период хорошо обеспечивают растения влагой. В результате такого неблагоприятного влияния засухи на процесс прорастания семян период осенней вегетации озимых зерновых культур становится укороченным, а посевы заканчивают осеннюю вегетацию недостаточно раскустившимися. В связи с этим влага верхнего слоя почвы в данный период онтогенеза растений играет самую важную роль.

Влага и всходы в 2011 году

А теперь давайте посмотрим, какое же содержание продуктивной влаги было в верхнем (посевном) и нижележащих слоях почвы осенью 2011 года на черноземах степной зоны Украины по основным предшественникам озимой пшеницы (табл. 2). Из данных таблицы 2 видно, что только по двум предшественникам – черному и занятому парам в слое почвы 0-20 см было достаточное количество влаги для получения полноценных всходов озимой пшеницы. По сидеральному пару дефицит составлял -1,8 мм, по гороху – – 8,1 мм, по люцерне – -7,6 мм.

По сидеральному пару и гороху среди вышеназванных предшественников был самый низкий запас продуктивной влаги и в полутораметровом слое почвы. С. А. Вериго, Л. А. Разумова и А.  И. Носатовский в свое время установили, что в период формирования всходов (до кущения), когда только начинает развиваться листостебельная надземная масса, а корневая система еще состоит только из зародышевых корней, которые обычно проникают не глубже 20 см, состояние посевов озимых культур всецело определяется содержанием продуктивной влаги в верхнем слое почвы (0-20 см). Поэтому этот слой почвы (особенно 0-10 см) был в центре нашего внимания. Осенью 2011 года в период посева озимых содержание продуктивной влаги в слое почвы 0-10 см существенно отличалось в зависимости от предшественника, о чем свидетельствуют данные таблицы 3.

Из данных таблицы видно, что влажность семенного ложа по всем остальным предшественникам ниже предела минимальной, поэтому по ним (по сравнению с черным паром) время наступления прорастания семян озимой пшеницы затянулось, а период прорастания удлинился. Так, по занятому пару по сравнению с черным паром прорастание семян озимых удлинилось на 6 дней, по люцерне – на 8 дней, а по гороху – на 10. К тому же по данным предшественникам полученные всходы были сильно изрежены, особенно сильная пестрота («рябчик») была получена по гороху. Наиболее иссушенной была почва после сои, где всходы озимых практически не получены.
Важную роль в прорастании семян сыграла и конденсированная влага, накоплению которой способствовали пониженные ночные температуры воздуха и почвы в сочетании с повышенной относительной влажностью воздуха. Так, в последней декаде октября температура воздуха ночью снижалась до -1,5 °С, а почвы – до -4,8 °С. Днем температура воздуха, наоборот, повышалась с +4,4 °С до +10,1 °С. Такой существенный перепад температур при относительной влажности воздуха 68-75% способствовал конденсации влаги, которую семена также использовали для прорастания. 2011 год уникален тем, что практически два месяца (сентябрь и октябрь), по данным Комиссаровской метеорологической станции, в степном регионе не было существенных атмосферных осадков.
Большое значение для прорастания семян имеет также их контакт с почвой, который зависит от их уплотнения и величины почвенных агрегатов. Наши наблюдения в полевых условиях показали, что уменьшение величины показателя почвенных агрегатов от 1 до 10 мм, окружающих семена, ускоряло их набухание и прорастание. Особенно четко это было заметно в засушливых условиях осени 2011 года. Следует отметить, что в увлажненные осенние периоды, например осенью 1988, 1993, 1996, 2008 и 2010 годов, когда в сентябре месяце ГТК было очень высоким – 1,9; 2,4; 2,1; 3,4; 1,6 соответственно, влияние величины агрегатов на прорастание семян было почти незаметным. Таким образом, влияние величины агрегатов на прорастание сильнее проявляется только при низкой влажности почвы. Сопоставляя в осенний период 2011 года полученные всходы по разным предшественникам и на полях с разной агротехникой возделывания озимых зерновых культур, мы установили следующую закономерность: быстрее всего прорастали семена озимой пшеницы и озимого ячменя в почве, состоящей из агрегатов размером меньше 1-10 мм. А на полях, где была сделана глубокая предпосевная культивация и вывернуты глыбы, а также не было проведено послепосевное прикатывание, семена прорастали очень медленно, многие проростки находились под сухими плотными комками почвы, сквозь которые колеоптиль не в состоянии выйти на поверхность почвы. Нашими многолетними наблюдениями за процессом прорастания семян в годы с различным уровнем увлажнения установлено, что уплотнение почвы за счет послепосевного прикатывания кольчато-шпоровыми катками позитивно сказывалось на прорастании семян, если увлажнение почвы было несколько ниже влажности разрыва капилляров. В среднем за 10-летний период наблюдений (2002-2011 гг.) отмечено, что при низкой влажности почвы послепосевное уплотнение почвы катками повышало полевую всхожесть семян на 8-20%, а уплотнение почвы с влажностью, близкой к влажности разрыва капилляров, наоборот, задерживало появление всходов. Экспериментальные исследования плотности почвы в осенний период после разных предшественников после предпосевной культивации показали, что плотность почвы в посевном слое (0-10 см) составляла 0,94-0,98 см3. В слое почвы 10-20 см она значительно возросла и имела критические показатели, особенно после силосной кукурузы и сои.
Обычно в хорошо увлажненные годы озимые культуры начинают сеять по худшим предшественникам и заканчивают посевные работы севом по черному пару. В засушливых условиях 2011 года необходимо было выполнять посевные работы наоборот. По худшим предшественникам сроки посева следовало перенести в сторону оптимально поздних. Это нужно для того, чтобы семена в полусухой почве меньше подвергались воздействию патогенной микрофлоры. При таких жестких условиях засухи лучше было бы, чтобы озимые зерновые перезимовали в фазе проростка, а не в наиболее уязвимой для действия низких температур фазе одного-двух листьев, когда еще не сформировался узел кущения и растения не успели накопить достаточное количество растворимых углеводов. В таких жестких условиях они успешно пройдут стадию яровизации в начальной фазе проростка и могут обеспечить получение удовлетворительного урожая.

О культуре  земледелия

Длительными стационарными опытами, проведенными на Эрастовской опытной станции Института сельского хозяйства степной зоны НААН Украины, доказано, что высокоплодородная почва способна обеспечить в оптимальных количествах возделываемые культуры влагой и питательными веществами независимо от колебаний погодных условий в вегетационный период. Высокоокультуренные почвы даже при длительных перерывах в выпадении осадков способны дольше снабжать посевы влагой, чем почвы малоокультуренные и лишенные органического вещества. Поэтому без роста производства и применения навоза, а также внедрения в севообороты посевов многолетних трав, особенно бобовых, трудно рассчитывать на расширенное воспроизводство плодородия почв, их окультуривание и, следовательно, рост урожайности и ее стабильности в засушливые годы.
Уровень урожайности и стабильность производства зерновых культур обычно выше там, где избегают коренной ломки севооборотов. В целом можно сказать, что в районах неустойчивого и недостаточного увлажнения нельзя игнорировать черные пары. Черные пары в степной зоне Украины – надежный способ борьбы с засухой, повышения продуктивности пашни и устойчивого производства зерна. Особенно остро ощущается необходимость наличия в севообороте черного пара в засушливые годы.
Если в засушливых районах агрономически необходимо иметь в севообороте черный пар, то он должен давать урожай с учетом последействия на последующие культуры севооборота как минимум за два поля. В степной зоне для получения стабильно высоких урожаев озимой пшеницы долевое участие среди предшественников черный пар в севообороте должен составлять не менее 8-12%, а в южных регионах еще больше. Применение почвозащитной обработки почвы и прямого посева по технологии No-till даже в жестких условиях осенней засухи в 2011 году позволило получить всходы  озимой пшеницы не только по лучшим, но и по плохим предшест­венникам.

Предпосевная обработка семян

Наряду с восстановлением плодородия почвы, введением севооборотов, почвозащитных обработок важную роль играет и предпосевная подготовка семян. Особенно сильно возрастает ее роль при возникновении таких экстремальных погодных условий, как в нынешнем году. Влияние этого агроприема на продуктивность растений изучается в лаборатории плодородия почвы с 2004 года в условиях вегетационных и полевых опытов.
В вегетационном опыте мы изучали вопрос влияния длительности пребывания семян озимого ячменя сорта Основа в полусухой почве. Для этого опыта была использована почва с содержанием в ней 5,6% продуктивной влаги. Почему именно в полусухой почве, а не в сухой? В полусухой почве семена не прорастают, а активность патогенной микрофлоры при данной влажности еще не снижается. Дело в том, что при засухе уменьшается интенсивность развития болезней, вызываемых грибковыми и бактериальными патогенами, но усиливается опасность поражения культур вирусами и другими паразитами (церкоспороз, сухая гниль, мучнистая роса).
В этом опыте было предусмотрено пять вариантов предпосевной обработки семян по следующей схеме: 1 – контроль (семена обработаны Н2О из расчета 10 л на 1 т семян); 2 – семена обработаны протравителем гранивит 2,5 л/т семян; 3 – семена обработаны 200 г/т препаратом Марс ЕL; 4 – семена обработаны протравителем гранивит 2,5 л/т + Марс ЕL 200 г/т; 5 – семена обработаны гранивитом 2,5 л/т + Марс ЕL 200 г/т + микробиологический препарат ЭМ-1 4 л/т.
Все 20 сосудов пяти вариантов первого блока поливали через 15 дней нахождения семян в полусухой почве, второго блока – через 30 дней, третьего – через 45 дней, а четвертого – через 60 дней. В этом опыте учитывали всхожесть семян и измеряли высоту растений через пять дней после появления всходов. Полученные результаты представлены в таблице 4. Как видим, полевая всхожесть семян при длительном их пребывании в полусухой почве снижается. Наиболее сильное снижение всхожести наблюдалось в первом варианте. В других вариантах всхожесть семян также снизилась, но в меньшей мере. Наиболее эффективен оказался пятый вариант, в котором предусмотрено комплексное использование трех препаратов – протравителя, пленкообразователя с рострегулирующей активностью и штаммов микроорганизмов. В этом варианте всхожесть семян даже после шестидесятидневного их пребывания в почве снизилась всего на 5% по сравнению с контролем первого срока.

При длительном пребывании семян в полусухой почве предпосевная инкрустация играет важную роль в повышении их сохранности. Эти данные свидетельствуют о том, что адаптационные возможности растений к засухе можно повысить уже на начальных этапах их развития, то есть на стадии прорастания семян. Для этого перед посевом семена необходимо инкрустировать.
Следует также отметить, что в начальные фазы роста растения чрезвычайно чувствительны к действию протравителя. Схематически действие химических протравителей можно представить следующим образом. При обработке ими наблюдается проникновение действующих веществ протравителей в эпидермальные слои семян и непосредственно в зародыш. Угнетая патогенную микрофлору на поверхности зерна и внутрисеменную инфекцию, химический протравитель проявляет фитотоксическое действие и относительно прорастающей зерновки. В результате происходит ингибирование ростовых процессов, а в отдельных случаях и деление клеток. Фитотоксическое действие протравителей в благоприятные по увлажнению годы проявляется в меньшей степени. Но при дефиците в почве продуктивной влаги и увеличении глубины заделки семян, что практикуют в производственных условиях в засушливые годы, пытаясь разместить семена в более увлажненных глубоких слоях почвы, фитотоксические свойства протравителя относительно проростков зерновых культур проявляются намного сильнее. В данном случае обработка семян перед посевом наряду с протравителем должна проводиться и физиологически активными препаратами, позволяющими снизить стрессовую нагрузку на проросток протравителя, направленно влиять на начальные этапы реализации генетической программы жизненного цикла растений и получать дружные всходы.
Таким образом, на основе проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
• необходимо повсеместно проводить повышение культуры земледелия, в первую очередь возобновить севообороты, широко внедрять почвозащитные технологии, способствующие сохранению, накоплению и рациональному использованию продуктивной влаги;
• в степной зоне в структуре посевных площадей 8-10% должны занимать черные пары, которые позволят получать гарантированные всходы озимых культур в засушливые и сильно засушливые годы и обеспечивать их посевы питательными веществами и влагой в течение вегетационного периода;
• нужно приложить все усилия для прекращения дальнейшего развития дегумификационных процессов в почве, поскольку без роста производства и применения навоза, внедрения посевов многолетних трав, особенно бобовых, трудно рассчитывать на расширенное воспроизводство плодородия почв, их окультуривание и, следовательно, рост урожайности и ее стабильности, особенно в засушливые годы;
• предпосевная обработка семян наряду с использованием протравителей, микроудобрений в хелатной форме, пленкообразователей и регуляторов роста растений должна стать обязательным агроприемом в технологии возделывания зерновых культур.

Анатолий Черенков,
член-корреспондент НААН Украины

Сергей Крамарев,
доктор сельскохозяйственных наук

 

Сергей Красненков,
доктор сельскохозяйственных наук
Институт сельского хозяйства степной зоны НААН Украины

 

Сергей Артеменко, Юрий Сидоренко,
Федор Лёринец, Валерий Исаенков,

кандидаты сельскохозяйственных наук

 

Иван Либ,
научный сотрудник
Эрастовская опытная станция