Севооборот из немногих культур позволяет вредителям этих культур легче адаптироваться, в результате чего значительно увеличиваются затраты на меры контроля насекомых.
Составление севооборотов для благоприятствования природным преимуществам
Введение. Современные системы земледелия направлены на снижение производственных затрат и надежный контроль сорняков, устойчивых к гербицидам. Разнообразные культуры в севообороте дают производителям возможность повысить урожайность с дополнительными вложениями, а также уменьшить популяцию сорняков, что позволяет сократить использование гербицидов.
Чередование культур может способствовать увеличению урожая зерновых:
• с использованием севооборотов улучшается эффективность использования воды;
• некоторые культуры, особенно кукуруза, обладают эффектом синергизма при чередовании культур.
Севообороты помогают управлять уровнем проявления в посевах болезней:
• урожайность увеличивается в зависимости от длительности интервалов между выращиванием одной и той же культуры;
• масличные культуры быстрее реагируют на изменение длительности интервалов между культурами.
Плотность сорняков можно снизить за счет использования разнообразных севооборотов:
• наилучший результат достигается, когда после двух лет однолетних яровых культур идут две зимние однолетние культуры;
• эффект измеряется уровнем «мертвых» семян сорняков в почве.
При реализации всех преимуществ правильного чередования культур в севообороте повышается урожайность, снижается плотность сорняков и уменьшаются затраты на их контроль.
Составление схемы севооборота
Одна из тенденций агропромышленности заключается в том, что производственные затраты продолжают расти, в то время как цены на выращивание культур остаются неизменными или снижаются. Чтобы гарантировать экономическую устойчивость, производители повысили инвестиции в производство с целью увеличения урожайности культур, однако при таком подходе возрастают трудозатраты на выращивание культур.
Вторая тенденция – это развитие устойчивости вредных организмов к пестицидам. Многочисленные виды насекомых, патогенные организмы растений и сорняки сейчас выработали иммунитет к используемым пестицидам. Вопрос, который предстоит решить, это широкое распространение насекомых-вредителей. Севооборот, в который входят всего несколько культур, может привести к тому, что насекомые адаптируются к этим культурам. Как это происходит, можно увидеть на примере кукурузы. Используемые агрохимикаты приводят к тому, что производители нередко увеличивают долю кукурузы в севооборотах. В результате личинки Diabrotica spp., повреждающие корни кукурузы, сейчас встречаются настолько часто, что потери урожая и затраты, необходимые для контроля численности этого вредителя, составляют $1 млрд ежегодно. Аналогично обстоят дела и с озимой пшеницей. При насыщении севооборота пшеницей увеличивается необходимость в применении более интенсивных мер контроля против таких сорняков, как отдельные виды костра и коленницы, у которых жизненный цикл развития такой же, как у озимой пшеницы (Wicks, 1984).
Производители могут остановить развитие негативных тенденций путем диверсификации севооборотов. Этот подход дает возможность интегрировать альтернативные технологии, применяемые для контроля насекомых и управления плодородием почвы. В результате появляется возможность сократить расходы. Севообороты могут быть составлены так, чтобы прервать рост популяции насекомых, что снизит затраты на покупку пестицидов, причем некоторое сочетание культур способствует повышению урожайности зерновых и эффективности использования ресурсов.
Разнообразные севообороты могут улучшить природные факторы, что поможет производителям контролировать затраты, избегая проблем, связанных с использованием пестицидов. Целью этой статьи является исследование влияния разнообразия культур в севообороте на их рост. Предложения для производителей относительно разработки севооборота помогут им повысить уже существующие природные преимущества, которые дает разнообразие культур.
Положительное взаимодействие культур
Севообороты могут повысить урожайность зерна
Эффект от севооборота повышается с увеличением разнообразия выращиваемых культур. Культуры, которые включены в севооборот, повышают урожайность по сравнению с монокультурами (Porter et al., 1997). К примеру, урожаи пшеницы повышаются от 15 до 30%, если в севооборот включить широколистные культуры, такие как горох, по сравнению с тем, когда высевается одна пшеница (Wright, 1990). Севообороты, которые состоят из кукурузы и сои, также повышают урожайность обеих культур на 10% по сравнению с монокультурами. Причем урожайность повышается на 15%, если каждая из культур высевается только раз в три года(Crookston et al., 1991). Автор предлагает добавить третью культуру в севооборот, чтобы увеличить урожаи кукурузы и сои.
Некоторые культуры улучшают водный режим для последующих культур
Исследование севооборотов, которое долгие годы проводилось в офисе Акрона, показывает некоторые удивительные взаимодействия между культурами (Anderson et al., 1999). Кукуруза повышает эффективность использования влаги пшеницей. Так, в севообороте пшеница – кукуруза – пар пшеница дает 3010 кг/га, используя 250 мм влаги. Для сравнения, в севообороте пшеница – просо – пар пшеница дает 2060 кг/га при том же количестве воды (рис. 1). При выращивании кукурузы в севообороте пшеница дает на 46% больше зерна при использовании такого же объема воды, как и пшеница в севообороте пшеница – просо – пар.
Кукуруза также повышает и эффективность использования воды просом. На протяжении 6-летнего периода урожаи зерна проса составили 2420 кг/га при размещении его в севообороте озимая пшеница – кукуруза – просо. Для сравнения: в севообороте пшеница – просо урожай проса составил 2050 кг/га, снижение – 15%. После кукурузы просо использовало на 17% больше воды (при пересчете вода/зерно), чем при его размещении после пшеницы. Влияние кукурузы на просо зависело от осадков на момент всходов, эффективность использования воды просом была выше в те годы, когда шли дожди.
Удивителен тот факт, что при включении пара в схему севооборота пропадал эффект влияния кукурузы на урожайность проса и эффективность использования воды. Урожаи проса не изменились в севооборотах пшеница – кукуруза – просо – пар и пшеница – просо – пар. Более того, урожаи проса в этих севооборотах были сходны с урожаями при размещении его в севообороте пшеница – просо, то есть урожайность на 15% меньше, чем при использовании севооборота пшеница – кукуруза – просо. В связи с этим рекомендуется включать в севооборот пара (рис. 1).
Рис.1. Соотношение использования воды озимой пшеницы в двух севооборотах: пшеница – кукуруза – пар (W-C-F) и пшеница – просо – пар (W-M-F). Приведены средние данные за три года, офис Акрона
Различные культуры влияют на севооборотный эффект, особенно в полузасушливых районах
Было очень тяжело определить, что в большей степени влияет на эффект от севооборота. Вероятно, можно предположить, что севооборотный эффект – это результат комплексного взаимодействия факторов (изменений в уровне влажности, доступности питательных веществ, структуре почвы, почвенной микробиальной массе или заражении насекомыми-вредителями). Тем не менее эффективность севооборота проявляется как универсальный феномен при соответствующем сочетании культур.
Основной принцип при разработке севооборота заключается в том, чтобы разнообразить культуры насколько это возможно, особенно это касается злаковых и широколистных культур. Влияние севооборотов может быть особенно высоким в полузасушливом климате, где благодаря определенному сочетанию культур повышается эффективность использования культурами воды. Это помогает растениям справиться с засушливыми условиями.
Севообороты и управление насекомыми-вредителями
Севообороты помогают справляться с заболеваниями растений.
Динамика уровня проявления заболеваний некоторых растений зависит от того, насколько часто та или иная культура используется в севообороте. Чтобы определить это влияние, мы сравниваем урожайность культур, взяв за основу «интервал между культурами» – количество лет, прошедших до посева той же культуры. К примеру, интервал между культурами для севооборота озимая пшеница – пар составляет два года, в то время как в севообороте озимая пшеница – кукуруза – пар интервал между каждой культурой составляет три года. Исследование севооборотов в офисе Акрона показало, что урожайность подсолнечника была наибольшей, если его высевали один раз в четыре года (рис. 3). Если же высевали чаще, то заболевание, передающееся через почву – Phoma, значительно снижало урожаи (Anderson et al., 1999).
Рис.3. Изменение урожайности различных культур в зависимости от длительности интервала между культурами. Приведены средние данные за четыре года
Урожаи кукурузы и озимой пшеницы снижались при посеве этих культур каждые два года по сравнению с четырехлетним интервалом, а вот для выращивания проса интервалы не нужны. Системы интервалов кукурузы и озимой пшеницы сходны с интервалами этих культур в других регионах США.
В Миннесоте наибольшие урожаи кукурузы наблюдаются, если ее высевать на одном и том же поле раз в три года. В то время как на северо-западе Тихоокеанского побережья урожайность озимой пшеницы достигает пика, если интервалы между культурами составляют три года. На Великих равнинах использование разнообразных севооборотов на основе четырехлетнего цикла дало возможность производителям включить в севооборот масличные культуры (подсолнечник или рапс), так как четырехлетний интервал необходим для предотвращения серьезных заболеваний у этой группы растений (Bailey, 1996).
Чередование культур в севооборотах можно составить таким образом, чтобы снизить плотность сорняков. В исследовании севооборотов с озимой пшеницей, кукурузой, просом и паром содержится ряд комбинаций однолетних озимых и яровых культур, что дает возможность оценить влияние севооборотов на динамику роста сорняков. Биомасса сорняков была определена в посевах проса в четырех разных севооборотах:
1. Просо, высеваемое на протяжении многих лет (М-М);
2. Пшеница – просо – пар (W-M-F);
3. Пшеница – кукуруза – просо (W-С-M);
4. Пшеница – кукуруза – просо – пар (W-C-M-F).
Щетинник зеленый и буйволиная трава интенсивно разрастаются в просе, потому что используемые гербициды контролируют только широколистные сорняки. Традиционные гербициды эффективно контролируют эти сорняки в пшенице и в период пара. Эффективность контроля злаковых сорняков была примерно 90%. После восьми лет биомасса этих злаковых сорняков в просе составила 180 г/м2 (рис. 2). Для сравнения, масса сорняков в севообороте пшеница – просо – пар была в шесть раз меньше.
Рис.2. Количество щетинника зеленого и буйволиной травы в четырех севооборотах Исследование было проведено в 1990 году; количество измерялось в 1997-м и 1999 года. Полоски с одинаковыми буквами не имеют значительных различий W-M-F – пшеница-просо-пар; W-C-M-F – пшеница-кукуруза-просо-пар;W-C-M – пшеница-кукуруза-просо; M-M – просо-просо
Количество сорняков в севообороте пшеница – кукуруза – просо было почти вдвое меньше, чем в севообороте просо – просо, а количество сорняков в севообороте пшеница – кукуруза – просо – пар было практически в три раза меньше, чем в севообороте пшеница – кукуруза – просо.
Интересным открытием был тот факт, что биомасса сорняков оставалась одной и той же и в севообороте пшеница – просо – пар, и в севообороте пшеница – кукуруза – просо – пар. И это при том, что в севообороте пшеница – кукуруза – просо – пар было две яровые поздние культуры подряд. Схожесть севооборотов пшеница – просо – пар и пшеница – кукуруза – просо – пар заключалась в том, что в каждом из них был период, в котором отсутствовали летние культуры (озимая пшеница и пар). Очевидно, что этот двухлетний период повлиял на динамику роста сорняков больше, чем два года посева поздних яровых культур.
Значительным фактором является длительность сохранения жизнеспособности семян сорняка. Банк семян сорняков в почве является основным источником появления сорняков в культурах. Семена либо прорастают, вследствие природной обусловленности, либо потребляются почвенными организмами. Численность жизнеспособных семян в почве резко снижается со временем. Самое большое снижение наблюдается на протяжении первых двух лет после того, как семена попали в почву. Например, количество жизнеспособных семян щетинника зеленого и буйволиной травы за два года уменьшилось на 10% (рис. 4). В обоих севооборотах пшеница – просо – пар и пшеница – кукуруза – просо – пар количество щетинника зеленого и буйволиной травы можно легко контролировать еще до того, как семена прорастут. Следовательно, плотность сорняков можно значительно снизить. Двухлетний интервал поможет значительно снизить плотность сорняков в будущем на 90%.
Рис.4. Сохранение количества жизнеспособных семян щетинника зеленого и буйволиной травы, если семена остаются в почве на глубине 3 см
Двухлетний интервал, образовавшийся благодаря яровым культурам или пару, помогает контролировать также появление однолетних сорняков в озимой пшенице. Снижение количества семян костра кровельного такое же, как и у яровых однолетних сорняков: после двух лет, проведенных в почве, остается меньше 5% «живых» семян. Семена коленницы держатся немного дольше, так как колоски защищают семя от воздействий окружающей среды. За три года количество жизнеспособных семян снижается до 5%. Подход, при котором используется двухлетний интервал в севообороте, является эффективным и в других агроэкосистемах.
В Кукурузном поясе четырехлетний севооборот кукуруза – соя – сено – сено помогает предотвратить образование щетинником зеленым жизнеспособных семян в период роста кормовой культуры на сено (Jordan et al., 1995). Следовательно, в этом севообороте плотность щетинника зеленого резко снижается в кукурузе по сравнению с севооборотами кукуруза – соя или монокультура кукурузы, поскольку снижается содержание семян этого вида сорняка в почвенном банке на протяжении двух лет выращивания кормовой культуры на сено.
Второй пример – из северной части Великих равнин. Проломник северный, вид растений, прорастающих в холодное время года на пастбищных угодьях, начал массово появляться в севообороте пшеница – пар при использовании технологии No-till. Однако если севооборот имеет чередование яровая пшеница – озимая пшеница – подсолнечник, вреда от проломника северного можно избежать, потому что он всходит еще до того, как высевают подсолнечник, а значит, его всходы легче контролировать. Озимая пшеница весной более устойчива, чем яровая пшеница, и это не дает всходам проломника северного возможности укорениться. В этом севообороте необходим контроль данного вида во время двухлетнего интервала между яровой пшеницей.
Создание севооборотов для усиления природных биологических преимуществ сельскохозяйственных культур
Наше исследование в офисе Акрона показывает, что севообороты с двумя озимыми однолетними культурами, которые следуют после двух поздних яровых однолетних культур, предоставляют огромные возможности для управления как затратами, так и насекомыми.
Во-первых, плодородие почвы было практически удвоено по сравнению с севооборотом озимая пшеница – пар (Anderson et al., 1999).
Во-вторых, поскольку и озимые однолетние, и яровые однолетние культуры хорошо приспособлены к условиям Великих равнин, культуры, входящие в севооборот, помогают в управлении сорняками. Ведь у этих типов культур периоды роста очень отличаются. В культурах наблюдаются разные виды превалирующих сорняков, так как периоды роста у них разные. Чередование культур в четырехпольном севообороте способствует сокращению количества семян сорняков в почве. Следовательно, плотность сорняков будет снижаться и в будущем при использовании этого сочетания культур.
Производители в регионах ищут схемы чередования культур в севооборотах, которые включают многолетние культуры. Один из таких многообещающих севооборотов – это озимая пшеница – кукуруза – просо – горох. В то же время горох может использоваться как занятый пар, на сено или семена – в зависимости от осадков в вегетационный период. Горох высевают в марте, и урожай собирают до того, как однолетние сорняки сформируют жизнеспособные семена. Следовательно, для управления сорняками подходят и ранние яровые культуры. Различные сроки сева гороха и озимой пшеницы помогут производителям в управлении озимыми однолетними сорняками.
Севообороты, состоящие из разных культур, предоставляют производственникам многочисленные возможности по управлению насекомыми-вредителями, причем без применения пестицидов. Это значит, что для производителей расширяется набор методов управления затратами и использованием пестицидов. Формирования резистентности к пестицидам можно избежать, поскольку разнообразие культур дает производителям возможность менять как пестициды, так и разные модели их применения. При снижении плотности сорняков системы обработки становятся более эффективными, что дает возможность обходиться без использования гербицидов для некоторых культур в севообороте. Культуры с разными сроками сева также прерывают циклы формирования и развития популяций сорняков, а значит, предлагают производителям еще один метод снижения плотности сорняков.
Производители озабочены тем, что при добавлении менее урожайных культур в севооборот будут снижаться доходы фермы. Тем не менее разнообразие культур в севооборотах может поддерживать прибыльность благодаря снижению затрат. В Англии систему, основанную на разнообразии культур в севооборотах и управлении насекомыми вредителями, сравнивали с современной системой выращивания культур. На протяжении пятилетнего периода урожайность культур по разным системам была на 10-20% ниже, чем в традиционной системе, однако производственные затраты в новых севооборотах сократились на 32%. Таким образом, общая чистая прибыль увеличилась. Последовательное сокращение использования пестицидов (26%), фунгицидов (79%) и инсектицидов (78%) снизило производственные затраты при использовании систем с разными культурами.
Похожее исследование, проведенное в Нидерландах, сравнивало традиционную систему и систему севооборотов с использованием разных культур на протяжении 15 лет (Lewis et al., 1997). Благодаря применению альтернативных методов сократилось использование пестицидов и снизились общие затраты. Урожайность при использовании разнообразных систем севооборота снизилась, однако за счет сокращения затрат конечная прибыль оказалась выше. Более того, разные севообороты значительно улучшили управление финансовыми рисками.
Читайте также:
Синергизм в севообороте: влияние чередования культур на улучшение эффективности роста
2023-05-29
