Использование законов земледелия в разработке агротехники картофеля

АГРОНОМИЯ

УДК 635.21: 631.5

Растения картофеля, как и любой другой культуры, могут, нормально расти и развиваться при определенных условиях внешней среды, так называемых факторах жизни (свет, тепло, воздух и элементы питания). Эти пять факторов жизни равнозначны и незаменимы. Отсутствие любого из них вызывает приостановление роста и развития организма.

Агрохимики и физиологи растений изучая проявляющиеся в агроэкосистемах количественные зависимости, сформировали три взаимосвязанных закона: минимума, максимума, оптимума факторов жизни растений, так называемые общие законы земледелия, которые являются научной основой для реализации мероприятий по повышению культуры земледелия – окультивированию почвы, действия факторов жизни растений и закон совокупного, взаимообусловленного, а не изолированного действия факторов урожая.

Существует и закон возврата, который определяет необходимость возвращать взятые у почвы с урожаем питательные вещества. Для более полного выявления особенностей действия этих и других законов в таком сложном объекте как агроэкосистема необходимо процесс исследований и оценку их результатов вести по схеме «воздействие – процесс воздействия (режим) – результат (урожай) и состояние агроэкосистемы».

Известно, что потребность растений в факторах внешней среды в разные периоды их жизни неодинакова. Например, в период всходов растения картофеля менее чувствительны к недостатку влаги, чем в последующие фазы развития: бутонизации и цветения. Кроме того, требования растительного организма в отношении любого фактора жизни изменяются в зависимости от наличия других условий. Поэтому глубокое изучение и учет требований растений к условиям произрастания, для более полного и правильного удовлетворения потребностей сельскохозяйственных культур в необходимых факторах жизни с целью получения наивысшего урожая хорошего качества является одной из наиболее актуальных задач научного земледелия. К. А. Тимирязев на вопрос о том, что же нужно для обеспечения высокого урожая, писал: «Прежде всего, конечно, знакомство с потребностями растения и умение их удовлетворить. А затем уже – изыскание наиболее выгодных условий разрешения этой задачи, при помощи средств, имеющихся под рукой. Наука может снабдить только первыми знаниями, вторая половина задачи всегда была делом личной находчивости земледельца, особенно практического чутья». (К. А. Тимирязев. Земледелие и физиология растений, Т. 3, 1937, стр.50).

Из этого высказывания вытекает важность связи науки с практикой, на их единство. Наука, обеспечивая знаниями о потребности растений и способах их удовлетворения, а практика претворяя эти знания в жизнь, использует рекомендации научно-исследовательских учреждений в своей непосредственной работе для получения высоких урожаев.

Биологические требования различных сельскохозяйственных культур к факторам внешней среды неодинаковы, в связи с этим приемы агротехники этих культур и комплексы их также различны.

Например, малое количество осадков и высокие температуры почвы и воздуха в летнее время, почвенная и атмосферная засуха крайне неблагоприятны для картофеля и создают объективные трудности для картофелеводов. И все-таки высокие урожаи картофеля даже в условиях Западно-Казахстанской области можно получать в любой по погодно-климатическим условиям год. Об этом свидетельствует многолетний опыт наших исследований. Но для этого с одной стороны, необходимо применять такую агротехнику, которая бы повышала устойчивость растений к неблагоприятным условиям внешней среды, а с другой стороны, путем соответствующих приемов ухода так изменять факторы внешней среды, чтобы они наиболее полно отвечали биологическим потребностям картофеля.

Известно, что клубни картофеля замедляют свой рост при нагревании почвы до 23ºС, а при 29ºС рост клубней прекращается. Следовательно, вся агротехника или отдельные приемы ее должны быть направлены на то, чтобы снизить температуру почвы в период завязывания и роста клубней. Это можно сделать, регулируя густоту посадки, управляя ростом надземной части растений, регулирующими поливами и т. д.

Следует заметить, что и сама система земледелия в целом также меняется и совершенствуется с ростом производительных сил, развитием науки и техники. Кроме того, она не является сводом правил и незыблемых предписаний, а предусматривает возможность широкого маневра в связи с особенностями погоды, специфичностью почвы и т. д. Однако при всем многообразии условий есть общие явления, присущие каждой системе земледелия, заложенные в общих законах земледелия, которые непосредственно связаны с физиологическим законом независимости и равнозначимости факторов, законом единства синтеза и разложения органического вещества и др.

Так, анализ проведенных нами опытов на аллювиально-луговых почвах Северного Казахстана по изучению эффективности удобрений под картофель показал, что из парных сочетаний наибольший эффект получен от фосфорно-калийных удобрений (по 60 кг/га). Однако увеличение доз фосфора и калия в таком же сочетании (по 120 кг/га) не вызвало достоверного увеличения урожая. Внесение удобрений в парных сочетаниях, кроме азота и калия, в любых, а также в составе полного минерального удобрения обеспечило достоверную прибавку урожая. Однако внесение азота в количестве от 60 до 90 кг/га на фоне РК не обеспечило достоверную прибавку урожая по сравнению с фосфорно-калийными удобрениями. Самый высокий урожай раннего картофеля получен при внесении азота, фосфора и калия в соотношении 1:2:1. Этот опыт показал, что нельзя заменить один элемент питания другим. С увеличением дозы фосфора урожай картофеля повышался, но до определенного уровня. После увеличения количества фосфора был устранен минимум его в почве и урожай уже больше не возрастал, так как он лимитировался другим элементом. При добавлении 60 кг. д. в. азота на фоне РК урожай достоверно возрос.

Решающее значение при выборе методов управления и разработке технологии имеет установление связи между продуктивностью растений и факторами внешней среды, а также определение оптимальных и экооптимальных условий для направленного выращивания сельскохозяйственных культур.

Например, при решении вопроса о глубине посадки картофеля обычно учитывают условия, способствующие или затрудняющие появление всходов: механический состав, влажность и температуру почвы в момент посадки, размер клубней и др. В зависимости от глубины посадки клубней значительно меняется и глубина, на которой образуются клубни нового урожая, а, следовательно, изменяется и температурный режим окружающей их почвы, а поэтому глубина и способы посадки клубней оказывают существенное влияние на рост и развитие картофельного растения.

В 1988-1990 гг. нами были проведены специальные исследования по изучению влияния глубины посадки на почвах различного механического состава. В результате этих исследований были получены весьма интересные данные, которые показали, что глубину посадки надо выбирать дифференцировано в зависимости от механического состава почвы и погодно-климатических условий.

При возделывании картофеля на среднесуглинистых почвах самая высокая урожайность картофеля во все годы исследований была получена при мелкой посадке (6-8см), по мере увеличения глубины посадки неизменно уменьшалась урожайность. Так, при посадке на глубину 6-8см прибавка урожая в 1988 году составила 5,5 т/га, в 1989 году – 4,0 и в 1990 году – 3,4 т/га.

На супесчаной почве, наоборот, при мелкой заделке клубней (6-8см) получена самая низкая урожайность клубней.

По мере увеличения глубины заделки клубней возрастала урожайность. В крайне неблагоприятном, по температурным условиям1988 году и удовлетворительным 1989 года, самая высокая урожайность на супесчаной почве была полечена при посадке на глубину 12-14 см, прибавка урожая составила в 1988 году 4,2 т/га, в 1989 году – 5,4 т/га по сравнению с мелкой (6-8 см).

В 1990 году (относительно очень благоприятном) наивысшая урожайность на супесчаной почве была получена при заделке клубней на глубину 10-12см, при большой глубине посадки (12-14см) было получено снижение урожайности на 1,7 т/га.

Биологической особенностью картофельного растения является отрицательное отношение к повышенным температурам почвы и воздуха. Температура почвы выше 18ºС неблагоприятна и ослабляет клубнеобразование, приостанавливая его при 26-29ºС. При высоких температурах снижается фотосинтез и рост растений картофеля. Оптимум ассимиляции картофеля бывает при температуре 18-20ºС, а при температуре выше 30ºС уже наблюдается отрицательные показатели. Дыхание же в этот период все больше и больше возрастает, вследствие чего теряется большое количество органического вещества, накопленного растением. Поэтому в жаркие летние дни, особенно в районах с жарким и маловодным летом, оросительные поливы способствуют, благодаря испарению с поверхности почвы, снижению ее температуры и приземного слоя воздуха.

Картофель в отличие от зерновых и многих кормовых культур предъявляет повышенные требования к аэрации почвы. Свободный доступ кислорода к подземным органам необходимы во все периоды роста и развития растений. При недостатке кислорода в почве задерживается прорастание картофеля, образование столонов, корневая система развивается слабо. Поэтому переувлажнение почвы после посадки может привести к загниванию высаженных клубней в почве.

Картофель плохо переносит резкие перепады влажности почвы. В жаркие летние дни картофель практически не переносит даже временного затопления. Без доступа воздуха, при остром дефиците кислорода вследствие затопления почвы водой, корневая система, столоны и клубни задыхаются, а затем сгнивают.

Вместе с тем, при недостатке влаги в почве у растений картофеля падает способность к использованию питательных веществ, подавляются ростовые процессы, а затем, опадают репродуктивные органы, желтеют и отмирают нижние листья.

Однако потребность картофеля во влаге в течение вегетации неодинакова. Картофель нужно обеспечивать влагой в различные возрастные периоды в соответствии с потребностями в ней особенно влияющей на рост продуктивных вегетативных органов. Даже кратковременный недостаток влаги снижает продуктивность растений.

Большое значение имеет закон оптимума. Согласно этому закону наибольший урожай может быть получен при оптимальном количественном выражении каждого фактора. При недостаточной, как и при избыточной дозе, урожай будет ограничен или сведен до минимума. Положительное действие регулируемого фактора повышается по мере его количественного увеличения до тех пор, пока при каком-то оптимуме оно не окажется наиболее высоким (разумеется, при соответствующем сочетании со всеми остальными факторами). Рассмотрим это на примере постановки многофакторного опыта с различными сортами в условиях Западно-Казахстанской области. При влажности почвы 65% наименьшей влагоемкости (НВ) до бутонизации, 75% НВ в период бутонизации – цветения и 65% НВ после цветения урожай среднепозднего сорта Лорх на неудобренном участке в среднем за 3 года составил 17,1 т/га. В описанном режиме орошения самый высокий урожай клубней (28,8 т/га) в среднем за 3 года получен при внесении N₆₀ P₁₂₀ K_60. Дальнейшее повышение дозы удобрений неэффективно, при внесении N₁₅₀ P₁₈₀ K₉₀ урожай снизился на 6,7 т/га.

При влажности почвы 75% НВ до бутонизации, 85% НВ в период бутонизации – цветения и 75% НВ после цветения прибавка на неудобренных участках составила 2,3-5,4 т/га по сравнению с более низким увлажнением.

При влажности почвы 65-75-65% НВ оба сорта (Лорх и Гатчинский) дали наивысший урожай с N₆₀ P₁₂₀ K₆₀, при 75-85-75 % НВ среднепоздний сорт Лорх – с N₉₀ P₁₂₀ K₆₀ (28,8 т/га), а среднеспелый сорт Гатчинский – с N₉₀ P₁₅₀ K₆₀ (39,2 т/га). Эти данные убедительно доказывают, что количество и соотношение элементов питания при различной обеспеченностти растений влагой меняется.

Очень важно умело пользоваться законом оптимума при выборе агротехнических приемов в каждом конкретном случае, так как на урожайность картофеля большое влияние оказывают многие факторы: погодные условия, сроки посадки и уборки, густота посадки и масса посадочных клубней и др. Например, посадку картофеля в каждой почвенно-климатическрй зоне необходимо производить в оптимальные сроки.

По данным наших исследований в условиях Западно-Казахстанской области высокая урожайность картофеля получена при раннем сроке посадки. В среднем за 3 года при посадке 25 апреля урожайность была на 2,5 т/га выше посравнению с посадкой 5 мая и на 7,4 т/га выше в сравнении с посадкой 15 мая. Очевидно, что запаздывание на несколько дней может резко понизить урожай из-за потери влаги, появления всходов при высоких температурах, появления вредителей, большего поражения болезнями, совпадения периода формирования клубней с самым жарким летним месяцем и т. д.

Известно, какое большое заначение для получения высокого урожая хорошего качества имеет оптимальная густота посадки. Малая густота приводит к большему засорению полей и нерациональному использованию лучших земель, так как картофель, особенно в Западном Казахстане, размещают на лучших орошаемых участках, а слишком загущенные посадки из-за недостатка освещенности и питательных веществ приводят к снижению продуктивности и неэффективному использованию семенного материала и орошаемых земель.

Оптимальная же густота стояния, повышая их продуктивность, способствуют получению высокого урожая и рентабельности производства картофеля.

Но закон оптимума нельзя воспринимать чисто механически, так как он изменчив и зависит от целого ряда факторов. Например, густота стоояния растений картофеля зависит от погодно-климатических условий, окультуренности почвы, целей использования урожая (ранний для летнего потребления, для зимнего хранения, на семенные цели и т. д.).

В семеноводстве, как известно, применяют загущенные посадки картофеля с целью получения большего количества семенных клубней средней массы. С практической точки зрения этот прием целесообразен, так как позволяет получать большое количество семенных клубней средней массы при примерно одинаковом урожае как и при менее загущенных посадках. Однако с точки зрения закона оптимума и продуктивности растений, если рассматривать синтез ими органического вещества, то этот прием далек еще от совершенства, так как принцип оптимальности нарушен и растения ставятся в условия чрезмерной загущенности, что влечет за собой недостаок света и других факторов внешней среды, резко снижая их продуктивность.

Проведенные нами полевые эскперименты показали, что урожайность картофеля зависит как от густоты посадки, так и от массы посадочных клубней. С увеличением массы семенного материала повышается интенсивность накопления клубней картофеля. Продуктивность отдельного растения повышается как с увеличением массы посадочных клубней, так и с расширением площади питания. Валовой урожай также повышается в зависимости от крупности семенных клубней, но до определенного загущения. Так, при посадке очень крупнымии клубнями (120-160 г) по схеме 70x35см урожайность сорта Приекульский ранний составила в среднем за 3 года 24,99 т/га, при посадке 70x25см урожайность возросла на 1,07 т/га, а при дальнейшем загущении до 95,2 тыс./га растений – на 0, 45 т/га. Самая высокая урожайность получена при посадке очень крупными клубнями по схеме 70x25см. Загущенная посадка (70x15см) этими же клубнями привела к снижению урожайности на 0,45 т/га, что объясняется, видимо, мощным развитием надземной массы при посадке крупными клубнями и взаимным угнетением растений.

При более редкой посадке (70x25см) урожайность от клубней массой 30-50г снизилась на 1,21 т/га, от средних (50-80г) – на 0,29 т/га, а от крупных, наоборот, она увеличилась на 0,45 т/га. При дальнейшем увеличении площади питания отмечается достоверное снижение урожайности по всем трем фракциям посадочных клубней.

Загущение посадок, особенно при посадке клубнями массой 120-160г, связано с большим расходом семенного материала на единицу площади. В связи с этим некоторое увеличение валовых урожаев картофеля не всегда оправдывается получаемыми прибавками. При этом получается различный выход клубней семенной фракции.

Наибольший коэффициент размножения (по весу) при всех схемах размещения растений получается при использовании на посадку клубней мелкой фракции. Так, при загущенной посадке (70x15см) и использовании клубней мелкой фракции коэффициент размножения по сорту Приекульский ранний составил 5,40, средний фракции – 3,63 и крупной фракции – 1,92, или ниже соответственно в 1,48 и 2,81 раза.

При густоте 57,1 тыс./га растений коэффициент размножения увеличивался в сравнении с загущенной посадкой (95,2 тыс./га растений) при использовании клубней мелкой фракции в 1,57 раза, средней – в 1,64, крупной – в 1,69 раза.

Уменьшение числа растений с 95,2 тыс./га растений до 40,8 тыс./га растений вело к увеличению коэффициента размножения при использовании на посадку мелких клубней в 1,96 раза, или на 96%, средних – в 2,2 раза, или на 120%, крупными – 2,22 раза, или на 122%.

Эти данные отчетливо показывают, что если затраченный семенной материал при загущенной посадке (70x15см) использовать на обычную посадку 70x25см или 70x35см, то увеличиться выход общей продукции и выход клубней в тысячу штук с единицы площади, и, кроме того, увеличится площадь посадок при тех же затратах семенного материала соотвественно в 1,5 и 2 раза.

Принцип оптимальности лежит в основе применения всех приемов возделывания растений: сроков и густоты посадки, сроков и способов обработки почвы, ухода за растениями, уборки урожая и т. д.

Главное, это стремление создания оптимальных условий, при которых рост и развитие растений, синтез органического вещества протекают наиболее производительно. Растения непрерывно испытывают влияние всего комплекса факторов, которые между собой находятся в тесной взаимосвязи и взаимодействии, поэтому закон совокупного, взаимообусловленного действия факторов урожая имеет исключительно большое значение в практике сельского хозяйства. При этом следует учесть, что взаимодействие факторов может быть как положительным, так и отрицательным. Избыток любого фактора, например, высокой температуры, может вызвать отрицательное действие на развитие растений, т. е. проявляется закон максимума. Но воздействовать на какой-либо фактор жизни растений можно не только прямо, но и косвенно, через другие, тесно с ними связанные. Например, снизить отрицательное действие высоких температур можно освежительнымии поливами, густотой стояния растений и др.

Уровень увлажнения, способы и нормы полива влияют не только на температуру почвы и приземного слоя воздуха, на аэрацию почвы, но и на микробиологические процессы, протекающие в ней, на потребление растениями питательных веществ и, в конечном итоге, на величину и качество урожая. Вот почему разработка проблемы совокупного действия факторов урожайности является неотложной задачей сельскохозяйственной науки.

УДК 633.3

Самой приоритетной и наиболее распространенной сенокосной культурой сухостепного региона является житняк. В большинстве случаев житняк высевается в чистом виде и в силу своих биологических особенностей хорошо произрастает как на нормальных, так и солонцеватых почвах. Выбор этой культуры не случаен. Житняк обладает исключительно высокой засухоустойчивостью и морозостойкостью, солеустойчив, весной рано отрастает, эффективно используя влагу зимних и ранневесенних осадков. Обладая большой жизнеспособностью, житняк может произрастать на одном участке более 10 лет, давая высокие устойчивые урожаи, а также являться средством увеличения плодородия почвы.

Однако исключительная неприхотливость этой культуры к почвенно-климатическим условиям не означает, что житняк можно выращивать достаточно примитивным способом. Как и всякая любая культура, житняк положительно отзывается на лучшие агротехнические приемы, своевременность их проведения, качественное выполнение технологических операций.

Технология возделывания кормовых культур на Уральской опытной сельскохозяйственной станции берет свое начало с 20-х годов прошлого столетия. Высокая продуктивность многолетних сеяных трав в сравнении с продуктивностью естественной природной растительности заставляла искать гарантированные способы посева этих культур. Одной из последних разработок станции в этом направлении является полупокровный способ посева многолетних трав. Закладка крупного многофакторного опыта с различными видами трав и травосмесей, применением нескольких приемов основной обработки почвы и использованием различных полупокровных культур был заложен в 1992 году. Схема опыта была представлена двумя фонами основной обработки почвы: отвальный – вспашка на 25-27см и безотвальный – рыхление чизелем на ту же глубину. Варианты многолетних трав состояли из посевов житняка в чистом виде и его травосмесей с эспарцетом, донником и эспарцетом. Многолетние травы высевались под полупокров горчицы и ячменя. Срок посева – ранневесенний.

Полупокровные культуры не оказывали существенного влияния на получение всходов многолетних трав. Количество взошедших растений многолетних трав в первый год их жизни было одинаковым как под полупокровом горчицы, так и под полупокровом ячменя. Появление всходов больше зависело от приема основной обработки почвы, определяющего влажность и агрофизическое состояние верхнего слоя почвы. Посев дисковой сеялкой по безотвальной обработке (чизель) не обеспечивал необходимую постоянную глубину посева. Наличие на поверхности почвы стерневых остатков после уборки предшествующей зерновой культуры не только мешали нормальному заглублению дисковых сошников зернотравяной сеялки, но и создавали повышенную аэрацию верхнего посевного слоя почвы подвергая его быстрому иссушению. Влажная весна 1994 года при повторной закладке опыта полностью нивелировала этот недостаток. В этот год были получены дружные всходы, как по вспашке, так и по чизельной обработке почвы. Основное положительное влияние полупокровных культур проявилось в их сороподавляющей способности. При практически одинаковом количественном составе малолетних сорняков их воздушно-сухая масса под полупокровом горчицы была в 1,6-1,8 раза ниже в сравнении с теми же посевами многолетних трав под полупокровом ячменя.

Условия развития трав в первый год жизни в зависимости от вида полупокровных культур и приема основной обработки почвы, несомненно, отразились на их динамическом развитии. На вспашке житняк лучше продолжал свое развитие. Ценотический состав житняка на варианте его посева в чистом виде под полупокров горчицы на второй год своего развития составлял 69,1 %, под полупокров ячменя - 65,7 %. По чизельной обработке почвы 63,7 и 62,1 % по полупокровным культурам соответственно. Остальная часть ценоза была представлена разнотравьем состоящего в основном из многолетних сорняков. Сложившаяся ценотическая ситуация в посевах житняка на второй год его жизни вполне реальна и объяснима биологическими особенностями развития этой культуры, в соответствии с которой житняк еще не достиг своего зрелого возраста, который наступает на третий-четвертый год его жизни.

Агроценозы житняка с эспарцетом преимущественно состояли из эспарцета. В ценотическом составе эспарцет занимал 34,6-48,3 %, житняк 21,8-38,5 %. Эспарцет как дополнительный компонент в травосмеси не смог обеспечить, полного доминирования на варианте и на долю разнотравья так же была оставлена хоть и не значительная, но довольно приличная часть пашни.

На варианте травосмеси, в которых высевался, донник процент разнотравья был резко снижен до 2,7-5,7 %. Ценотический состав агроценозов двойной и тройной травосмеси, одним из компонентов которой являлся, донник был максимально представлен культурными растениями с минимальным наличием сорного компонента. Ценотический состав житняка в этом агроценозе был представлен на 25,9-31,4 %. На долю бобовых трав приходилось 63,9-73,4 %, которые на 37,8-43,2 % состояли из донника.

Положительное воздействие донника в травосмесях в 2-3 раза обеспечило превышение урожайности сена житняка в чистых его посевах. В зависимости от вариантов схемы опыта урожайность в травосмеси с донником и эспарцетом 36,4-54,6 ц/га. Урожайность житняка с эспарцетом была 9,7-20,6 ц/га, житняк в посевах чистого вида 6,6-15,0 ц/га по вариантам опыта соответственно. Большее значение урожая соответствовало посевам трав по вспашке под полупокров горчицы, меньшее посевам трав по чизелю под полупокров ячменя.

Несмотря на то, что эспарцет находился в травосмеси на протяжении пяти лет, а донник всего два года в среднем за первые четыре года продуктивного использования трав варианты житняка с донником обеспечили большую урожайность, а соответственно и больший выход продукции.

Прием основной обработки почвы и полупокровная культура, оказали непосредственное влияние на условия роста и развития многолетних трав в первый год жизни. Заложив основу формирования продуктивности фитоценоза на последующие года его жизни. Наибольшая продуктивность травосмесей имелась при посеве их по вспашке. При посеве многолетних трав по безотвальной обработке почвы (чизель) и под полупокров ячменя продуктивность фитоценозов заметно снижалась. 1995 и 1996 года оказались чрезвычайно засушливыми. Это были года сильной сплошной засухи начавшейся с ранневесеннего периода и продолжающейся в течение всего летнего периода. Низкая продуктивность культур в эти годы резко снизила их общую продуктивность за анализируемый период.

Сравнительная оценка урожайности житняка с шестого по девятый года жизни не выявила существенных различий его продуктивности по вариантам закладки опыта в рамках определенного агрофитоценоза. Ценотический состав вариантов опыта к этому периоду жизни трав был полностью представлен житняком. Компоненты травосмеси, с которыми житняк произрастал, в начальные годы своей жизни не оказали угнетающих и негативных последствий на дальнейшую его продуктивность.

Обладая сильной жизненной энергией выработанной тысячелетним периодом выживания и формирования вида в условиях сухо - степного региона, житняк проявляет удивительную конкурентоспособность в межвидовой борьбе за условия произрастания.

Решение проблемы компонентности фитоценотической оптимизации житняковых полей за счет бобовых культур позволяет не только снизить количество сорной растительности в его составе начальных лет продуктивности, но и увеличить питательность кормовых угодий в целом. Впервые четыре-пять лет кормовое поле может быть интенсивно использовано в сенокосном направлении с последующим введением его в структуру полевых зерновых севооборотов или трансформироваться в пастбищное угодье без снижения продуктивности основной сухо - степной культуры региона – житняка.

УДК 632.7(574.1)