Агрохимия, 2019, № 12, стр. 47-55

ВВЕДЕНИЕ

В структуре посевов зерновых культур в Северо-Западном регионе РФ доминируют ячмень и пшеница, являющиеся главными компонентами комбикормов. Доля ярового ячменя в среднем в регионе составляет 37.8% или 114.6 тыс. га, с изменениями по годам от 105.4 до 131 тыс. га. Основные площади культуры расположены в Ленинградской и Вологодской обл. [1]. Урожайность ярового ячменя варьирует по годам от 20.2 до 27.1 ц/га [2].

Известно, что только комплексное применение удобрений и средств защиты растений способно максимально полно реализовать потенциал урожайности возделываемых культур и сортов [3–5]. Это связано, во-первых, с тем, что с помощью защитных мероприятий реализуется максимальная эффективность вносимых удобрений [6–8], во-вторых, с проявлением эффекта взаимодействия 2-х этих факторов при совместном влиянии на формирование продуктивности культур [9].

Обзор литературы выявил существенные преимущества комплексного применения средств химизации при возделывании ярового ячменя в разных природно-климатических зонах. В условиях Орловской обл. наибольшая урожайность культур была сформирована в варианте с двукратной подкормкой поли-фидами (комплексом свободных l-аминокислот, полностью растворимых в воде удобрений на основе азота, фосфата и калия (NPK), разработанных для полного обеспечения растений элементами питания в течение всего вегетационного периода) и однократного применения гербицида димесол [10]. В Ивановской обл. комплексное применение защитно-стимулирующего состава фитохит-Т и минеральных удобрений не только оптимизировало фитосанитарную обстановку, но и увеличивало урожайность ярового ячменя в несколько раз [11]. Наиболее продуктивное и экологически оправданное сочетание удобрений и химических средств защиты растений при возделывании ярового ячменя на дерново-подзолистой почве в Московской обл., обеспечивающее урожайность 44.8–65.1 ц/га, состоит из внесения азота в дозе N90 и использования интегрированной системы защиты растений с учетом экономических порогов вредоносности болезней и сорняков [8].

Цель работы – изучение комплексного применения основных средств химизации, таких как минеральные удобрения и интегрированная система защиты растений, при возделывании ярового ячменя в условиях Северо-Запада России, где этот вопрос по-прежнему остается мало изученным.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили в период 2012–2017 гг. в посевах ярового ячменя агроэкологического стационара Меньковского филиала Агрофизического НИИ, расположенного в Гатчинском р-не Ленинградской обл. Стационар представляет собой 7-польный зернотравянопропашной севооборот, в котором предшественником ярового ячменя была озимая рожь. Под покров ярового ячменя высевали многолетние травы (тимофеевка луговая + клевер красный). Почва опытных полей – дерново-слабоподзолистая легкосуглинистая. Мощность пахотного слоя 23 см, рН_KCl 4.6, содержание гумуса (по Тюрину) – 1.9%, подвижных соединений фосфора и калия (по Кирсанову) – 257 и 92 мг/кг соответственно. Высевали сорт ярового ячменя Ленинградский селекции ЛенНИИСХ “Белогорка”, допущенный к возделыванию в Северо-Западном регионе с 2009 г.

Схемой опыта в агроэкологическом стационаре предусмотрено изучение 3-х уровней удобренности культур, формируемых предпосевным внесением азофоски и аммиачной селитры из расчета планируемой урожайности. В варианте высокой удобренности доза NPK составляла 100, 75 и 75 кг. д.в./га, средней – 65, 50 и 50 кг. д.в./га, низкой – удобрения не вносили. Вторым фактором в опыте была интегрированная система защиты растений, согласно которой в посевах ярового ячменя проводили защитные мероприятия против всего комплекса вредных организмов при условии превышения пороговых величин их присутствия в посеве. В защите от семенной и почвенной инфекции в разные годы проводили обработку семян фунгицидами клад, КС (0.4 л/т), винцит Форте, КЭ (1.0 л/т), ламадор, КС (0.2 л/т), систива, КС (0.5 л/т), в защите от болезней листового аппарата и колоса – обработку вегетирующих растений ячменя в фазе начала колошения препаратами альто Супер, КЭ (0.4 л/га), зантара, КЭ (0.8 л/га), прозаро, КЭ (0.8 л/га), солигор, КЭ (0.7 л/га), титул Дуо, ККР (0.3 л/га). Против сорной растительности ежегодно обрабатывали посевы ярового ячменя гербицидами агритокс, ВК (1 л/га) или базагран, ВР (2 л/га) в фазе первого тройчатого листа клевера красного. В годы массового размножения черемухово-злаковой тли применяли инсектициды фуфанон, КЭ (1 л/га) или каратэ Зеон, МКС (0.15 л/га). Минеральные удобрения и средства защиты растений вносили механически соответственно поперек и вдоль поля. Площадь делянок под каждым из вариантов составляла 0.18 и 0.27 га, общая площадь под опытом – 0.60 га. Повторность в опыте трехкратная.

Погодные условия в период вегетации ярового ячменя существенно различались в годы исследования. Избыточное количество осадков выпадало в 2012 г. (139%) и 2013 г. (217%), меньше нормы – в 2015 г. (74%) и 2017 г. (77%), близкое к среднемноголетней норме – в 2014 г. (92%) и 2016 г. (108%). Наиболее теплыми годами оказались 2013 г. (121%) и 2014 г. (112%), остальные были близкими к среднемноголетней норме суточных температур. В критический период для роста и развития ярового ячменя, приходящийся на фазы появление всходов–кущение, сумма осадков составляла по годам 181, 381, 174, 78, 43 и 82%, среднесуточная температура воздуха – 117, 140, 133, 98, 116 и 89% от среднемноголетних показателей.

Для оценки фитосанитарного состояния посевов ярового ячменя использовали методику постоянных учетных площадок с их стационарным размещением на протяжении всего периода вегетации культуры [12, 13]. В каждом варианте опыта устанавливали по 12 постоянных площадок 0.1 м², всего по опыту – 72, за все годы исследования – 432. На постоянных площадках определяли видовой состав сорной растительности, учитывали численность, проективное покрытие и фитомассу сорных растений в отдельности по видам, поврежденность культурных растений вредителями и развитие болезней. На них же несколько раз за вегетацию определяли густоту и высоту стеблестоя ярового ячменя, урожайность и основные элементы структуры урожая.

Статистическую обработку полученных данных выполнили методом дисперсионного анализа, проведенного в программе Statistica 6.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Показано, что внесение минеральных удобрений под посев ярового ячменя было крайне эффективным мероприятием с точки зрения повышения урожайности культуры на Северо-Западе РФ. По усредненным за 2012–2017 гг. данным урожайность ячменя в вариантах средней и высокой удобренности достигала 32.4 и 39.2 ц/га, превосходила неудобренный контроль на 14.5 и 21.3 ц/га (81 и 119%) соответственно (табл. 1). Максимальная величина урожайности культуры в удобренных вариантах составляла 42.1 и 52.3 ц/га (2015 г.), минимальная – 22.2 и 29.9 ц/га (2013 г.). Основными элементами структуры урожая, за счет которых происходило повышение урожайности ярового ячменя, являлись густота продуктивного стеблестоя (на 29 и 51%), масса (на 37 и 42%) и количество (на 31 и 37%) зерен в колосе, в меньшей степени – масса 1000 зерен (7 и 8%).

Еще одним существенным фактором, снижающим эффективность внесенных минеральных удобрений, было фитосанитарное состояние посевов ярового ячменя, тенденции к ухудшению которого, отмечены по нашим данным в отношении сорной растительности. Например, под влиянием удобрений достоверно увеличивались проективное покрытие сорной растительностью уже в начальные фазы развития культуры и формируемая вегетативная масса на момент уборки урожая (табл. 2). Это косвенно указывало на усиление вредоносности сорных растений с повышением уровня минерального питания, отмеченное ранее в посевах озимой и яровой пшеницы [14, 15].

Однако следует уточнить, что под влиянием удобрений увеличивалась начальная засоренность посевов ярового ячменя малолетними видами сорных растений, в особенности отзывчивыми на азотное питание: марью белой (с 77 до 159 и 197 экз./м²) и пикульниками (с 15 до 25 и 31 экз./м²). Обратную закономерность можно было отметить для торицы полевой, которая относится к группе оксилофитов – растений, предпочитающих кислую реакцию почвенного раствора. Более высокая численность данного вида отмечена в варианте, где не было предусмотрено внесение минеральных удобрений (27 против 28 и 38 экз./м²). При повышении уровня минерального питания в 2.0–3.7 раза снижалась плотность присутствия в посеве ярового ячменя многолетних видов сорных растений. Предположительно это происходило под действием усиливающегося фитоценотического давления со стороны культурных растений, фиксируемого при систематическом применении минеральных удобрений в севообороте, что отмечено и в литературе [16, 17]. Например, в варианте применения средних доз минеральных удобрений снижение численного состава сорных растений за период от фазы кущения до полной спелости ярового ячменя составляло 28.1%, при применении высоких доз – 44%. В неудобренном варианте общая засоренность посевов ярового ячменя за указанный период оставалась без изменений, а густота многолетних сорных растений увеличивалась в 2.7 раза.

Всего за годы исследования в посевах ярового ячменя было выявлено 45 видов сорных растений, из которых к группе малолетних относились 33 вида и 12 – к видам с многолетним циклом развития. Видовое обилие сорных растений, демонстрирующее общее число видов на единице площади посева, по годам изменялось в пределах 7–12 видов/м², в фазе кущения, когда принимается решение о проведении обработок гербицидами, оно составило 6–11 видов/м². Количественные показатели обычно соответствовали средней степени засоренности, когда в фазе кущения ярового ячменя насчитывали 221–500 шт. сорняков/м², или 9.8–20.9% проективного покрытия. В 2014 г. фиксировали сильную степень засоренности (958 экз./м², 43.6%), в 2017 г. – слабую (255 экз./м², 7.3%). В общей структуре засоренности на долю малолетников приходилось в разные годы от 90 до 99% сорных растений.

Доминантные виды сорных растений были представлены марью белой (Chenopodium album L.), фиалкой полевой (Viola arvensis Murr.), пастушьей сумкой обыкновенной (Capsella bursa-pastoris (L.) Mediк.), торицей полевой (Spergula arvensis L.), пикульниками (Galeopsis tetrahit L., G. bifida Boenn, G. spesiosa Mill.), дымянкой аптечной (Fumaria officinalis L.), среднемноголетняя численность которых составляла 144, 66, 55, 31, 24 и 20 экз./м² соответственно. Из многолетников чаще встречались щавель малый (Rumex acetosella L.), осот полевой (Sonchus arvensis L.), мать-и-мачеха обыкновенная (Tussilago farfara L.).

Ухудшение фитосанитарной обстановки было связано с усилением поражения ярового ячменя мучнистой росой (Blumeria graminis (DC.) Speer f. sp. hordei Marchal.), отмеченном в удобренных вариантах на протяжении всех лет исследования. В отдельные годы те же последствия от внесения минеральных удобрений были характерны для ринхоспориоза (Rhynchosporium secalis (Oudem.) J. J. Davis), развитие которого возрастало с 0.01–0.04% в контроле до 0.10–0.39% в максимально удобренном варианте. В то же время было выявлено значительное и статистически достоверное снижение интенсивности поражения растений ярового ячменя корневыми гнилями под влиянием удобрений. В разные годы оно составляло от 1.3 до 1.8 раза и было обусловлено известным из литературы [18–21] фактом более сильного поражения корневыми гнилями физиологически ослабленных и угнетенных растений, в том числе при недостатке основных элементов питания. С другой стороны, внесение любых видов удобрений в значительной степени улучшает микробиологические процессы в почве и создает неблагоприятные условия для жизнедеятельности возбудителей корневой гнили [22]. Действие минеральных удобрений на гельминтоспориозные пятнистости оказалось сообразно тому, каким оно было в отношении корневых гнилей, поскольку для обоих заболеваний характерен один общий возбудитель (Cochliobolus sativus (S. Ito & Kurib.) Drechsler ex Dastur). Таким образом, в удобренных вариантах отмечали снижение развития гельминтоспориоза на листьях ячменя на уровне 1.7–1.8 раза по сравнению с контролем. Однако в годы слабого проявления корневых гнилей была возможна обратная ситуация, вызванная аэрогенным распространением возбудителей гельминтоспориозных пятнистостей. Например, в 2015 и 2017 гг. при развитии корневых гнилей в фазе кущения ярового ячменя, равном 2.5 и 5.7%, развитие гельминтоспориоза в фазе налива зерна в высоко удобренном варианте составило 2.4 и 4.9%, тогда как в контроле – 1.0 и 1.6% соответственно.

Комплекс фитофагов ярового ячменя на Северо-Западе РФ включает шведских мух (Oscinella frit L.), черемухово-злаковую (Rhopalosiphum padi L.) и большую злаковую (Sitobion avenae F.) тли, пьявиц (Oulema melanopus L. и O. gallaeciana Heyd.), минирующих мух (Agromyza spp.), листовых пилильщиков (Dolerus spp.). Из упомянутых вредителей хозяйственное значение в отдельные годы имеют шведские мухи и черемухово-злаковая тля. Внесение минеральных удобрений приводило к достоверному снижению общей степени повреждения листьев ярового ячменя личинками листовых пилильщиков.

Интегрированная система защиты растений обеспечивала величину сохраненного урожая ярового ячменя, равную 6.3 ц/га (21%). Наибольший хозяйственный эффект от применения средств защиты растений составлял 12.9 ц/га (48%), наименьший – 0.2 ц/га (0.4%) соответственно в 2014 и 2015 гг. Эффективность системы защитных мероприятий напрямую зависела от характера проявления фитосанитарной обстановки. Например, в 2014 г. в посевах ярового ячменя наблюдали самую неблагополучную фитосанитарную обстановку, когда густота сорных растений в фазе кущения культуры достигала 958 экз./м² при проективном покрытии 43.6%, развитие корневых гнилей в этот же период составляло 33.8%, гельминтоспориозных пятнистостей листьев – 8.2% в фазе налива зерна и 20.6% в фазе молочно-восковой спелости. Противоположная ситуация имела место в 2015 г. и характеризовалась слабой степенью засоренности (221 экз./м², 9.8% проективного покрытия), низкими показателями развития основных заболеваний культуры в регионе – корневых гнилей (2.5%) и гельминтоспориозных пятнистостей листьев (1.9 и 3.8% соответственно в фазах налива зерна и молочно-восковой спелости). При этом обозначился более стабильный и выраженный эффект от примененной интегрированной системы защиты ярового ячменя в варианте средней удобренности. Уровень сохраненного урожая в этом варианте составлял по годам от 3.0 до 12.2 ц/га (11–43%). На фоне внесения высоких доз минеральных удобрений хозяйственный эффект от проведения защитных мероприятий варьировал в пределах 2.4–11.8 ц/га (7–35%) и ограничивался сильным полеганием посевов, о котором уже упоминали ранее. При низком уровне минерального питания (N0P0K0) проведение защитных мероприятий не всегда оказывалось целесообразным из-за незначительного повышения урожая, стоимость которого не оправдывала дополнительные затраты [23]. По данным 2012, 2013 и 2017 гг., величина сохраненного урожая в неудобренном контроле соответствовала 4.2–7.1 ц/га (22–38%), тогда как в 2015–2016 гг. применение средств защиты растений не обеспечивало формирование более высокой урожайности, чем в вариантах без обработки посевного материала и вегетирующих растений ярового ячменя пестицидами.

Совместное применение минеральных удобрений и средств защиты растений обеспечивало формирование наиболее высоких показателей сбора зерна ярового ячменя (табл. 3). Максимальная урожайность была получена в 2017 г. и составила 49.7 и 56.2 ц/га соответственно в вариантах средней и высокой удобренности, что превосходило контроль на 29.8 и 36.3 ц/га (на 150 и 182%). Наибольшая прибавка урожайности ярового ячменя от действия обоих факторов отмечена в 2014 г. (232 и 266%), наименьшая – в 2015 г. (61 и 65%). Таким образом, межгодовые различия эффективности основных факторов химизации при возделывании ярового ячменя на Северо-Западе РФ могли достигать 3.8–4.1 раза.

Дисперсионный анализ показал достоверное влияние на урожайность ярового ячменя минеральных удобрений и интегрированной системы защиты растений, взаимодействие 2-х этих факторов оказалось статистически незначимым на протяжении всех лет исследования. Повышение урожайности от внесения удобрений в разные годы определялось на 32.1–70.8%, от применения средств защиты растений – на 0.1–21.9% и не во все годы являлось существенным (табл. 4). В целом факторы химизации обеспечивали формирование урожайности ярового ячменя на 42.5, в отдельные годы – на 96.3%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Комплексное применение минеральных удобрений и средств защиты растений по сравнению с раздельным их влиянием обеспечивало формирование наиболее высокой урожайности ярового ячменя на Северо-Западе РФ. Прибавка урожайности культуры от действия обоих факторов химизации в зависимости от погодных условий периода вегетации и проявления фитосанитарной обстановки составляла от 18.6 до 31.2 ц/га, или 63–249%.

Эффективность минеральных удобрений варьировала по годам в пределах 14.9–21.7 ц/га (60–173%), в среднем составляла 17.9 ц/га (100%). Основными факторами, ограничивающими эффективность минеральных удобрений, являлись полегание посевов ярового ячменя, отмеченное практически ежегодно при внесении высоких доз минеральных удобрений, и ухудшение фитосанитарной обстановки в отношении сорной растительности.

Интегрированная система защиты растений обеспечивала величину сохраненного урожая ярового ячменя, равную 6.3 ц/га (21%), или 0.2–12.9 ц/га (0.4–48%) в разные годы. Наибольшая эффективность системы защитных мероприятий приходилась на годы с неблагоприятной фитосанитарной обстановкой, сопровождающейся сильной засоренностью посевов, сильным поражением растений ярового ячменя корневыми гнилями и гельминтоспориозными пятнистостями.

Статистическая обработка данных показала достоверное влияние на урожайность ярового ячменя минеральных удобрений и интегрированной системы защиты растений, тогда как взаимодействие этих 2-х факторов оказалось статистически незначимым на протяжении всех лет исследования.