Урожайность сельскохозяйственных культур складывается под воздействием многих факторов окружающей среды и зависит от того, насколько полно удовлетворяются растения каждым из факторов в соответствии с потребностями в них. Факторами формирования урожайности в адаптивном земледелии являются: размещение культур на соответствующих им агроэкологических видах земель; возделывание поликультуры и сортосмеси; применение элементов питания в доступной форме в заданном соотношении, в определенном месте и в определенные сроки. Сельскохозяйственное производство в целях адаптации к конкретным природным условиям должно быть привязанным к экологически однородным территориям – «элементарным агроареалам».
В исследованиях на агроэкологическом полигоне «Губино» Тверской области проанализированы свойства компонентов природной среды части Центрального экономического района, входящей в лесную зону. На территории Тверской области выделены четыре доминантных типа агроландшафтов Тверской области, включающие равнины: московские моренно-эрозионные, московские моренные, моренно-озерные ледниковые московского возраста. При создании ландшафтной системы земледелия (ЛСЗ) нужно принимать во внимание неравномерность геоморфолого-литологического устройства территории агроэкологического раздела, а также различия в соотношении угодий, структуре посевных площадей, превалировании того или иного агроприема и т.д. [1].
В исследованиях на трансектах агроэкологического полигона картофель большую продуктивность обеспечил в микроландшафтах южного склона. Продуктивность злаково-бобовых многолетних трав была наибольшей на вершине холма. Органо-минеральное питание в сравнении с органическим на зерносмеси было более эффективным на элювиально-аккумулятивном и южном транзитном микроландшафтах (прибавки урожая соответственно 42 и 30 %), на северном транзитном – 14 %. Наибольшее влияние оно оказало на ячмень как на растение с более слабой усвояющей способностью корневой системы и требующее легкодоступных питательных веществ [2]. Более высокие энергетические показатели наблюдаются в зернотравяном севообороте. Возделывание многолетних травосмесей более эффективно, чем других культур севооборота. Коэффициент энергетической эффективности трав первого и третьего года пользования несколько ниже, чем второго года. Однако различия не столь существенны и примерно одинаковы вопреки существующему мнению о повышении эффективности возделывания трав старше одного года за счет снижения энергетических затрат. В севообороте прослеживается тенденция увеличения эффективности возделывания культур от подножия к плоской вершине [3]. Важнейшей характеристикой ландшафта является степень проявления в его пределах определенного типа геохимического процесса – элювиального, транзитного или аккумулятивного. За счет геохимической сопряженности элементов рельефа по направлению от вершины холма к его подножью снижается транзит кальция и других элементов питания и повышается степень их аккумуляции. Это способствует повышению плодородия почв вниз по склону и соответствует снижению эффективности внесения удобрений в 2–5 раз. Максимальная энергетическая эффективность и окупаемость удобрений на верхнем плато холма, где господствуют элювиальные процессы.
Влияние ландшафтных условий на урожайность и стратегии внесения удобрений в последнее время активно изучается. Продуктивность зернотравяного севооборота в длительном (более 20 лет) опыте Сибирского НИИСХ на выщелоченном черноземе повышалась на биологизированной системе удобрений с использованием соломы, навоза в сочетании с минеральными удобрениями. При комплексном применении минерального удобрения с навозом и соломой продуктивность севооборота достигла – 2,99 т/га зерн. ед. При этом включение в севооборот люцерны до 50 % площади сопровождалось в варианте без удобрений стабилизацией содержания гумуса. Внесение минеральных удобрений и навоза обеспечивает увеличение содержания нитратного азота на 20–47 % [4]. В адаптивно-ландшафтных системах земледелия Владимирского Ополья эффективен плодосменный севооборот, в котором при использовании органоминеральной системы удобрения продуктивность составляет 3,35 т/га зерн. ед., средняя урожайность зерновых – 3, 52 т/га [5].
В исследованиях Приморской ГСХА урожайность травосмесей из многолетних трав на лугово-бурой оподзоленной почве зависела от дозы минеральных удобрений, состава травосмеси, укоса и климатических условий. В условиях длительного переувлажнения во второй период вегетации азотные удобрения дали прибавку урожайности в сравнении с контрольным вариантом только в первом укосе на овсянице-клеверо-лядвенцевой смеси. В этих условиях при двух укосах и N60P120K90 продуктивность составила 38,5 т/га. При сильной засухе в середине вегетации азотные удобрения эффективны в двухкомпонентных травосмесях при трехукосном использовании – до 4,3 т/га [6]. В Брянском ГАУ оценили эффективность применения азотных удобрений естественных лугов на аллювиальной почве центральной поймы. Урожайность естественных кормовых угодий зависела от дозы азотных удобрений и укоса. На фосфорно-калийном фоне продуктивность первого укоса составляет 12,3 т/га зеленой массы. Азотное удобрение N45 повышало урожайность в 1,7 раза в сравнении с контролем. Увеличение дозы азотных удобрений до N60 не вызывает достоверного роста продуктивности в сравнении с N45. Урожайность второго укоса многолетних трав по вариантам с удобрениями примерно в два раза ниже, чем в первом укосе. Удобрение первого укоса N45 по фосфорно-калийному фону позволяет получать 184 кг зеленой массы на 1 кг азотных удобрений. Увеличение дозы до N60 не окупается прибавкой урожайности зеленой массы. Во втором укосе тенденция окупаемости минерального азота в зависимости от доз сохраняется. В опыте определяли радионуклиды в почве и растительных образцах. Выявили превышение норматива содержания цезия – 137 в зеленой массе, в сене превышения не обнаружили. Применение азотных удобрений повышает содержание радионуклидов как в сене, так и в зеленой массе. Получение кормов, соответствующих нормативу по содержанию цезия-137, возможно только без применения азотных удобрений [7]. В полевых опытах Полесья Беларуси на торфяных почвах изучалось влияние минеральных удобрений, в частности азотных N45 и N60, на продуктивность старовозрастного пастбищного травостоя. При этом разница в урожайности по вариантам опыта была статистически не достоверна. При распределении азота по циклам стравливания учитывалось, что в начале вегетационного периода растения лучше обеспечены влагой. Исходя из этого, наряду с равномерным распределением азота по циклам стравливания, использовалась дифференциация доз азотных удобрений в направлении их увеличения к концу вегетации растений. При этом преследовалась цель добиться равномерности производства зеленой массы по циклам стравливания. Прежде всего, обращает внимание высокий уровень плодородия исследуемых почв. Без удобрений в среднем за восемь лет получено по 48 ц/га сухого вещества. За исключением острозасушливого 2002 г. продуктивность пастбища не опускалась ниже 40 ц сухого вещества, а в 2006–2007 гг. она оказалась максимальной. При систематическом внесении РК получено дополнительно 1,64 т/га сухого вещества. Окупаемость килограмма действующего вещества фосфорно-калийных удобрений прибавкой урожая составила 9,1 кг сухого вещества. При внесении N120P60K120 оплата минеральных удобрений приростом урожая возрастала на 29 %, в том числе от азота достигла 15,5 кг. Удвоение дозы азотных удобрений обеспечило аналогичный прирост. Перераспределение азота при уровне N120 дало дополнительно 1,6 ц/га, что в пределах точности эксперимента, при N180 – 0,91 т/га [8]. Как показали исследования, на пастбище учхоза «Сахарово» Тверской ГСХА увеличение кратности использования при внесении азота уменьшающимися к осени дозами сопровождалось снижением урожайности и улучшением биохимического состава зеленой массы. В корме, полученном с многоукосных лугов, снижалось содержание сырой клетчатки, возрастало содержание сырого протеина и зольных веществ [9]. Урожайность злаковых травосмесей в опыте Кубанского ГАУ определялась уровнем минерального питания, погодными условиями и ботаническим составом злаковых травосмесей. Выявлено, что путем подбора компонентов смесей и дифференцированного удобрения формировались травостои с урожаем, примерно 10,0 т/га сухой массы [10]. На стационарных опытах Тверской ГСХА в среднем за 5 лет окупаемость килограмма удобрения (N80P30K40) прибавкой урожая ежово-тимофеечной смеси составила 25,4 кг сухого вещества, а ежово-овсянице-тимофеечной 17,4 кг. Повышение дозы минерального удобрения сопровождалось снижением оплаты удобрения урожаем на 30,0–52,8 % [11].
Проблема содержания нитратов в корме рассматривается во всех регионах России. Исследования в республике Татарстан показали, что содержание нитратов в зеленой массе зависит от внесения азотного удобрения и от погодных условий вегетационного периода. При теплой влажной весне наблюдаем интенсивное весеннее отрастание. В этих условиях содержание нитратов в зеленой массе минимальное, примерно 340 мг/кг. В годы, когда в мае и июне обеспеченность влагой повышенная, а среднесуточная температура ниже среднемноголетних показателей в зеленой массе накапливаются нитраты. На фоне минерального питания N60P30K45 – 621 мг нитратов на 1 кг зеленой массы, а ПДК равно 500 мг/кг [12]. Накопления нитратов выше ПДК можно избежать за счет дифференцированного удобрения на улучшенных пойменных лугах [13]. Ученые республики Беларусь считают, что по степени влияния различных факторов на содержание нитратов в кормах их можно расположить в такой последовательности: доза и форма азота, погодные условия, фаза развития и вид трав [14].
Включение растений семейства бобовые в состав смесей позволяет улучшить минеральное питание растений. В Верхневолжье наибольшее количество органических остатков и азота, как общего, так и симбиотического, накапливает люцерна изменчивая – более 200 кг/га [15]. В условиях осушенной дерново-глеевой супесчаной почвы Центрального района Нечерноземной зоны РФ предполагалось обеспечить максимальное использование биологической фиксации азота бобовыми, с одной стороны, и компенсировать возможный недостаток азота для злакового компонента травосмеси, с другой. При этом продуктивность клеверо-тимофеечной смеси при внесении Р60К120 достигала 8,0–9,0 т/га сухой массы в год. При повышенном содержании клевера красного в травостое азотные удобрения неэффективны независимо от доз внесения с весны или под второй укос. За счет плодородия почвы и биологической фиксации азота получено, примерно, 8,15 т/га сухой массы [16]. Опыты на дерново-подзолистой супесчаной глубокооглеенной почве с повышенным плодородием показали, что средневозрастной пастбищный травостой на основе клевера ползучего и райграса пастбищного обеспечивает продуктивность, примерно, 7,8 тонны сухой массы с гектара. Удобрение травостоя К120, созданного на основе райграса пастбищного сорта ВИК – 66 и клевера ползучего сорта ВИК – 70 способствует формированию урожайности до 8,8 т с 1 га. Эта смесь при пастбищном использовании устойчива к сохранению сеяных видов, у нее внедрившегося разнотравья всего 5,7 % [17].
Использование биопрепаратов, микролементов на многолетних бобовых, злаковых и бобово-злаковых травостоях способствует увеличению урожайности. Эффективность минеральных удобрений в Среднем Предуралье достигается при размещении зерновых культур в одном поле севообороте не более двух лет, предпосевной обработке семян или опрыскивании растений в фазу кущения микроудобрениями [18]. Наибольшие прибавки от инокуляции получены в исследованиях республики Марий Эл при выращивании клевера красного и смеси клевера и тимофеевки – 0,54–0,69 и 0,5–0,63 т/га сухой массы. Последействие биопрепарата, использованного на покровной культуре, увеличивало урожайность сухой массы клевера красного, примерно на 0,5 т/га, тимофеевки луговой на 0,33 т/га, смеси многолетних трав на 0,45 т/га. При этом действие фосфорно-калийного удобрения, применявшегося на посевах ячменя в дозах по 60 кг д.в., в следующем году на сборе сухой массы многолетних трав существенно не проявилось. Пониженные дозы азотных удобрений на фоне P60K60 повышали урожайности клевера красного на 0,53 т/га, а смеси многолетних трав – на 0,45 т/га [19]. Полевые исследования по использованию биопрепаратов в севооборотах с многолетними травами показали, что инокуляция семян биопрепаратами (ячменя – азоризином, клевера – ризоторфином, тимофеевки – мизорином, смеси клевера и тимофеевки – ризоторфином + мизорином, яровой пшеницы – флавобактерином) повышала в 1,9 раза долю биологического азота в формировании урожайности, снижала дефицит азота, увеличивала количество пожнивно-корневых остатков, в результате минерализации которых в пахотном слое почвы накапливался гумус в количестве от 1,0 до 2,7 т/га [20]. Наибольшее количество побегов бобовых трав зафиксировано при сочетании фосфорно-калийных удобрений с Ризобофитом и Полимиксобактерином – 673 шт/м2 в первом укосе и 654 шт. в третьем [21].
Выводы
Влияние ландшафтных условий на урожайность и стратегию внесения удобрений в последнее время активно изучается. Эффективность внесения удобрений зависит от геоморфолого-литологического устройства территории Максимальная энергетическая эффективность и окупаемость удобрений наблюдается на верхнем плато холма, где господствуют элювиальные процессы. Предлагается использование биологизированной системы удобрений с использованием соломы, навоза в сочетании с минеральными удобрениями; дифференциация доз азотных удобрений в течение вегетации; повышение доли биологического азота в формировании урожайности; использование биопрепаратов.