Изменение температурного режима почвы при посеве яровой пшеницы в гряды

УДК 631.331.86

Изменение температурного режима почвы при посеве яровой пшеницы в гряды

Яковлев Д. А.¹, кандидат технических наук

Поляков Г. Н.², кандидат технических наук

¹ФГБОУ ВО «Алтайский государственный аграрный университет»

656049, Россия, г. Барнаул, Красноармейский пр-т, д. 98

E-mail: dyagro@yandex.ru

²ФГБОУ ВО «Иркутский государственный аграрный университет им. А. А. Ежевского»

664038, Россия, Иркутская обл., Иркутский р-н, пос. Молодёжный, д. 1/1

E-mail: sxm1953@mail.ru

В статье приведена оценка влияния способов посева на температурный режим почвы и развитие растений яровой пшеницы на ранних фазах. В 2018 году на полях Иркутского НИИСХ проводилось сравнение влияния рядового способа посева и посева в гряды на температурный режим почвы. Посев проводился на глубину 50 мм сеялками СЗП 3,6 и модернизированной для посева в гряды СЗС 2.1, норма высева — 180 кг/га, внесение удобрений не проводилось. Суть модернизации сеялки заключается в смещении сошников сеялки относительно прикатывающих катков. Предпосевная обработка проводилась культиваторами на глубину заделки семян. Использовался сорт яровой пшеницы Бурятская остистая, подобранный с учётом опыта возделывания в Прибайкалье. Вегетационный период данного сорта составляет 86–96 дней. Фенологические исследования проводились на первых стадиях (полные всходы, 3-й лист) развития растений яровой пшеницы, поскольку в рамках данного исследования было необходимо определить влияние температуры на рост растений именно в этих фазах. В период наблюдения за развитием растений пшеницы ежедневная температура почвы при посеве в гряды была выше, чем при рядовом способе, на 2–3°С. Полученные зависимости описывают процесс с точностью коэффициента детерминации R² = 0,8 для посева в гряды и R² = 0,75 — для рядового посева. Эффективность посева яровой пшеницы в гряды обосновывается результатами фенологических исследований. На всех контролируемых фазах развития растения, посеянные в гряду, развивались быстрее, чем в рядке, и имели лучшие качественные показатели.

Ключевые слова: Восточная Сибирь, яровая пшеница, посев в гряды, температура почвы.

Разнообразие почвенно-климатических условий Восточной Сибири обусловлено большой территорией и разностью рельефа. Продолжительность периода с температурами ниже 0°С — 180 дней. Сумма активных температур в Иркутской области — 1400–1700°С. Вегетационный период в среднем длится около 150 дней. Большая часть территорий, используемых для растениеводства, расположена в лесостепной и подтаёжной зонах, которые, в свою очередь, характеризуются недостаточной теплообеспеченностью для выращивания зерновых культур, но хорошим уровнем увлажнения в течение вегетационного периода. По этой причине культурным растениям зачастую не хватает тепла, и не всегда полностью реализовывается их сортовой потенциал (Gabdrakhimov et al., 2020; Solodun et al., 2022; Zaitsev et al., 2020; Zaitsev et al., 2021).

Модернизацией зерновой сеялки СЗС 2.1 занимались на кафедре «Техническое обеспечение АПК» Иркутского ГАУ. Основным преимуществом технологии посева, реализуемой данной сеялкой, является обеспечение семян достаточным для дальнейшего развития растений количеством влаги и тепла (Байшоланов и др., 2022; Дьяченко и др., 2021; Лисовская и др., 2022; Розова и др., 2021; Семенихина и др., 2021).

Целью данного исследования является оценка влияния способов посева яровой пшеницы на температурный режим почвы и развитие растений яровой пшеницы на ранних фазах.

Методика исследований. В 2018 году в ходе исследования на полях Иркутского НИИСХ проводилось сравнение влияния рядового способа посева и посева в гряды на температурный режим почвы. Почвы серые лесные. Влажность почвы при посеве составляла 22,4%. Посев проводился сеялками СЗП 3,6 и модернизированной для посева в гряды СЗС 2.1, на глубину 50 мм, с нормой высева 180 кг/га, 12 мая 2018 года, без внесения удобрений. Предпосевная обработка почвы проводилась культиваторами на глубину заделки семян. Использовался сорт яровой пшеницы Бурятская остистая, подобранный с учётом опыта возделывания в Прибайкалье. Вегетационный период данного сорта составляет 86–96 дней. Опыт проводился в трёхкратной повторности. В рамках каждой повторности делянки размещались стандартным методом во избежание влияния различного плодородия почвы на развитие растений. Учётная площадь каждой делянки составляла 100 м².

Способ посева в гряды реализовался модернизированной сеялкой СЗС 2.1. Суть модернизации заключалась в смещении сошников сеялки относительно прикатывающих катков (рис. 1).

Рис. 1. Расположение рабочих органов модернизированной сеялки

После модернизации сеялки междурядье составило 228 мм, что соответствует расстоянию между прикатывающими катками. При этом ширина катка составляла 100 мм, перекрытие стрельчатых лап — 52 мм. Продольное расстояние между брусьями, на которые устанавливались сошники, осталось неизменным — 500 мм, общая ширина захвата сеялки составила 1924 мм.

При работе сеялки гряды формируются катками, прикатывающими места по краям прохода стрельчатых лап, а не посредине, как ранее. В этом случае образуется профиль почвы следующей конфигурации (рис. 2).

Рис. 2. Конфигурация гряды, формируемой при посеве

Модернизированными сошниками сеялки (рис. 3) семена укладываются на предварительно уплотнённое ложе и распределяются полосой шириной 80 мм посередине гряды. Высота гряды составляет 80 мм, ширина основания равна захвату стрельчатой лапы — 228 мм, а ширина верхней части — 128 мм. Прикатывание посевов с боков гряд и семенного ложа уплотнительными пластинами сошников обеспечивает семена дополнительной капиллярной влагой из нижних слоев почвы. Температура почвы, находящейся над семенами, выше, чем при рядовом посеве, за счёт того, что гряда имеет наибольшую площадь прогрева благодаря своей конфигурации. Поскольку семена обеспечиваются достаточным количеством тепла и влаги, сокращается период появления всходов и быстрее протекают процессы развития растений в пределах периода вегетации.

Рис. 3. Модернизированный сошник сеялки СЗС 2.1:

1 — стойка сошника; 2 — стрельчатая лапа; 3 — подошва сошника; 4 — уплотнительная пластина; 5 — рёбра-ограничители; 6 — труба-семяпровод

Модернизированной сошник сеялки СЗС 2.1 (рис. 3) отличается от серийного тем, что имеет в своей нижней части расположенную под углом пластину, уплотняющую семенное ложе, а также рёбра-ограничители разброса семян. Благодаря давлению уплотнительной пластины на почву, семенное ложе выравнивается и уплотняется, обеспечивая тем самым лучший подвод влаги к семенам. Рёбра-ограничители позволяют семенам распределяться строго в пределах гряды полосой шириной 80 мм.

Определение физических свойств почвы в рамках данного исследования ограничивалось лишь измерением влажности почвы на момент посева и температуры почвы в течение первых фаз развития растений. Температура почвы определялась в десятикратной повторности, ежедневно в 13:00, при помощи цифрового термометра ТР-101, погрешность измерений которого составляла ±1°С. Влажность почвы определялась термостатно-весовым методом, в трёхкратной повторности (Belyaev et al., 2020).

Фенологические исследования проводились на ранних фазах (полные всходы, 3-й лист) развития растений яровой пшеницы, поскольку в рамках данного исследования необходимо было определить влияние температуры на рост растений именно на этих фазах. Данный факт связан с тем, что после перехода в следующие фазы на дальнейшее формирование урожая влияет большее количество факторов, чем на старте. Если на начальных фазах превалирующими факторами являются влажность почвы и температура, то на последующих фазах добавляется такой фактор, как наличие в почве элементов питания и влаги. Данный факт подтверждается нашим трёхлетним опытом исследования способа посева в гряды, при котором урожайность зерновых культур в Прибайкалье увеличивалась в среднем на 0,4–0,5 т/га в сравнении с рядовым способом посева (Поляков и др., 2022). За начало фаз было принято состояние посевов, при котором в данную фазу вступило не менее 10% растений, полная фаза фиксировалась при вступлении в фазу более 75% культурных растений. В ходе исследований определялись глубина заделки семян и высота растений путём измерения линейкой этиолированной и озеленённой частей растений. Полевая всхожесть определялась с использованием выделения шести учётных рамок площадью 0,25 м²; рядки и полосы с растениями были равномерно размещены по площади рамок. Рамки, в свою очередь, размещались равномерно по площади делянки. На выделенных участках подсчитывали количество всходов, определялось среднее значение из шести вариантов и пересчитывалось на площадь 1 м², далее определялась полевая всхожесть по отношению количества всходов к количеству высеянных семян.

Результаты исследований. Данные о мониторинге температур окружающей среды и почвы на ранних фазах развития растений яровой пшеницы для лучшей интерпретации были сведены в график (рис. 4).

Рис. 4. Изменение температуры по дням после посева

Из графика видно, что температура фиксировалась в течении 24-дневного периода наблюдений (с 12.05 до 04.06). Температура окружающей среды изменялась с 7,4 до 31,1°С. Максимальное значение было зафиксировано на 18-й день наблюдений (29.05), а минимальное — на 10-й день (21.05). Среднее значение за период составило 17,8°С, среднеквадратическое отклонение — 6,2, коэффициент вариации составил 34,8%. Температура почвы в гряде изменялась с 8,3 до 26,7°С. Максимальное значение было зафиксировано на 20-й день наблюдений (31.05), а минимальное — на 10-й день (21.05). Среднее значение за период составило 16,4°С, среднеквадратическое отклонение — 5,6, коэффициент вариации составил 34%. Температура почвы в рядке изменялась с 7,1 до 23,4°С. Максимальное значение было зафиксировано на 20-й день наблюдений (31.05), а минимальное — на 10-й день (21.05). Среднее значение за период составило 12,7°С, среднеквадратическое отклонение — 5, коэффициент вариации составил 39%. Сумма температур на момент появления всходов при посеве в гряды составила 57,2°С, при рядовом посеве — 82,9°С, на момент начала фазы кущения при посеве в гряды составила 289,7°С, при рядовом посеве — 305,2°С, поскольку контролируемые фазы растений при посеве в гряды наступали на 3 дня раньше.

Также видно, что на протяжении периода наблюдений ежедневная температура почвы в рядке была ниже, чем в гряде, на 2–3°С, в то время как ежедневная температура окружающей среды была выше температуры в гряде также на 2–3°С и выше, чем в рядке, на 4–5°С.

В целом, судя по графику, можно сказать, что существует определённая связь между температурой окружающей среды и температурой почвы. Зависимость температуры почвы в гряде от температуры окружающей среды описывается следующим линейным уравнением:

y = 0,781x + 1,4877. (1)

Полученная теоретическая зависимость описывает данный процесс с точностью коэффициента детерминации R² = 0,8 (рис. 5).

Рис. 5. Зависимость температуры почвы в гряде от температуры окружающей среды

Рис. 6. Зависимость температуры почвы в рядке от температуры окружающей среды

Зависимость температуры почвы в рядке от температуры окружающей среды описывается следующим линейным уравнением:

y = 0,7039x + 0,2005. (2)

Полученная теоретическая зависимость описывает данный процесс с точностью коэффициента детерминации R² = 0,75 (рис. 6).

Результаты фенологических исследований (табл.) говорят о том, что растения на ранних фазах развивались соответственно температурному режиму почвы и окружающей среды, но с некоторыми отличительными особенностями, обусловленными способом посева.

Влияние способа посева яровой пшеницы на продолжительность периода всходы – начало кущения

Таким образом, из таблицы видно, что всходы после посева рядовым способом появились 20.05 (на 8-й день), а после посева в гряды — 17.05 (на 5-й день). Средняя глубина заделки составила 50 мм для обоих способов посева. Полевая всхожесть после посева рядовым способом составила 64,3%, а после посева в гряды — 78,7%. Фаза трёх листьев после посева рядовым способом наступила 31.05 (на 20-й день), а после посева в гряды — 28.05 (на 17-й день). Высота растений в фазе трёх листьев при рядовом посеве составила 178 мм и 193 мм — при посеве в гряды. Переход в фазу кущения в случае с рядовым посевом начинался 04.06 (на 24-й день), а в случае с посевом в гряды — 31.05 (на 20-й день).

Заключение. В период наблюдения за развитием растений пшеницы ежедневная температура почвы при посеве в гряды была выше, чем при рядовом, на 2–3°С. Установлена связь между температурой почвы и температурой окружающей среды для двух способов посева. Полученные зависимости описывают процесс с точностью коэффициента детерминации R² = 0,8 для посева в гряды и R² = 0,75 — для рядового посева. Эффективность применения посева яровой пшеницы в гряды обосновывается результатами фенологических исследований. При посеве в гряды растения развивались в среднем на 3–4 дня быстрее, поэтому суммы значений температуры почвы на контролируемых фазах при рядовом посеве превышали суммы температур при посеве в гряды. Данный факт свидетельствует о том, что температура окружающей среды при посеве в гряды использовалась наиболее эффективно. Установлено, что одним из значимых факторов, оказывающих влияние на урожайность, является температура почвы на начальных фазах развития растений, но необходимо учитывать тот факт, что в дальнейшем немалую роль играет наличие в почве элементов питания и влаги, в свою очередь, сильно варьирующихся даже в рамках одного опытного участка.

Литература

1. Связь урожайности яровой пшеницы с агрометеорологическими показателями на территории Северо-Казахстанской области Республики Казахстан / С. С. Байшоланов, К. А. Акшалов, Д. Ауесханов и др. // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. — 2022. — № 4 (386). — С.130–146. Doi: 10.37162/2618-9631-2022-4-130-146.

2. Дьяченко Е. Н. Влияние агроклиматических условий Прибайкалья на урожайность клевера лугового / Е. Н. Дьяченко, Н. Н. Дмитриев // Агрохимический вестник. — 2021. — № 6. — С.54–56. Doi: 10.24412/1029-2551-2021-6-011.

3. Гидротермические условия аграрного землепользования в Кулундинской степи, влияющие на его устойчивость / Ю. С. Лисовская, В. Л. Татаринцев, Л. М. Татаринцев и др. // Вестник КрасГАУ. — 2022. — № 1. — С.62–68. Doi: 10.36718/1819-4036-2022-1-62-68.

4. Посев зерновых культур в гряды в условиях Иркутской области / Г. Н. Поляков, С. Н. Шуханов, А. В. Косарева, Г. С. Самусик // Актуальные вопросы инженерно-технического и технологического обеспечения АПК: материалы X национальной научно-практической конференции с международным участием. — Иркутск: Иркутский ГАУ, 2022. — С.179–187.

5. Розова М. А. Связь температурных показателей периода вегетации с основными агрономически значимыми характеристиками сортов яровой твёрдой пшеницы на Алтае / М. А. Розова, А. И. Зиборов, Е. Е. Егиазарян // Российская сельскохозяйственная наука. — 2021. — № 5. — С.9–15. Doi: 10.31857/S2500262721050021.

6. Семенихина Ю. А. Влияние способов основной обработки почвы на влаготемпературный режим почвы и урожайность озимой пшеницы / Ю. А. Семенихина, С. И. Камбулов // Мелиорация и гидротехника. — 2021. — № 3. — С.182–193. Doi: 10.31774/2712-9357-2021-11-3-182-193.

7. The influence of the sowing coulters type on the seeding quality and the spring wheat yield / V. I. Belyaev, V. V. Volnov, D. A. Iakovlev et al. // IOP Conf. Series «Materials Science and Engineering». — 2020. — No. 941. Doi: 10.1088/1757- 899X/941/1/012042.

8. Gabdrakhimov O. B. Influence of chemicalization levels on productivity and grain quality of zoned spring wheat varieties in pre-Baikal area / O. B. Gabdrakhimov, A. M. Zaitsev, V. I. Solodun // IOP Conf. Series «Materials Earth and environmental science». — 2020. — No. 548. Doi: 10.1088/1755-1315/548/2/022082.

9. Efficiency of applying sowing machines for planting spring wheat in the Irkutsk region / V. Solodun, E. Boyarkin, A. Zaitsev et al. // Agricultural Innovation Systems: materials International scientific conference fundamental and applied scientific research in the development of agriculture in the far east (AFE-2021), 2022. — Vol. 1. — P.131–137. Doi: 10.1007/978-3-030-91402-8_16.

10. Zaitsev A. M. The influence of crop predecessor and chemicalization levels on grain quality and spring wheat productivity / A. M. Zaitsev, I. N. Kovalenko // IOP Conf. Series «Materials Earth and environmental science». — 2020. — No. 548. Doi: 10.1088/1755-1315/548/7/072014.

11. Zaitsev A. M. The influence of forecrops, tillage techniques and chemicalization levels on soil moisture, spring wheat grain dockage and yield in the forest-steppe conditions of Irkutsk region / A. M. Zaitsev, V. I. Solodun, M. N. Orobej // IOP Conf. Series «Materials Earth and environmental science». — 2021. — No. 852. Doi: 10.1088/1755-1315/852/1/012112.

The temperature in soil ridges when seeding spring wheat

Yakovlev D. A.¹, PhD Techn. Sc.

Polyakov G. N.², PhD Techn. Sc.

¹Altai State Agrarian University

656049, Russia, Barnaul, Krasnoarmeyskiy prospect, 98

E-mail: dyagro@yandex.ru

²Irkutsk State Agrarian University n. a. A. A. Ezhevskiy

664038, Russia, the Irkutsk region, Irkutskiy rayon, poselok Molodezhnyy (village), 1/1

E-mail: sxm1953@mail.ru

This article deals with testing the effect of seeding techniques on soil temperature and the early growth of spring wheat. In 2018 Irkutsk Agricultural Research Institute conducted a competitive trial to test the variation of soil temperature under the row and ridge seedings. Sowing was performed by the SZP 3.6 and SZS 2.1 seeders on the background of zero fertilization. Seeding depth was 50 mm, seeding rate — 180 kg ha^-1. The SZS 2.1 seeder was modified for the ridge sowing so that the coulters were displaced relative to the packers. Seedbed preparation was done by a subsoil tiller. The Buryatskaya Ostistaya variety was selected for this research according to its effective cultivation in the Baikal region. Its growing season amounted to 86–96 days. The plants were tested at the full shooting stage and after the appearance of the 3^rd leaf. The daily soil temperature was 2–3°С higher under the ridge seeding in comparison with the row sowing. The effects of the ridge and raw seedings were supported by the determination coefficients — R² = 0.8 and R² = 0.75, respectively. Crop phenology was a valid factor proving the effectiveness of the ridge sowing. Plants grown on ridges developed faster and had higher quality.

Keywords: Eastern Siberia, spring wheat, ridge seeding, soil temperature.

References

1. Svyaz urozhaynosti yarovoy pshenitsy s agrometeorologicheskimi pokazatelyami na territorii Severo-Kazakhstanskoy oblasti Respubliki Kazakhstan / S. S. Baysholanov, K. A. Akshalov, D. Aueskhanov et al. // Gidrometeorologicheskie issledovaniya i prognozy. — 2022. — No. 4 (386). — P.130–146. Doi: 10.37162/2618-9631-2022-4-130-146.

2. Dyachenko E. N. Vliyanie agroklimaticheskikh usloviy Pribaykalya na urozhaynost klevera lugovogo / E. N. Dyachenko, N. N. Dmitriev // Agrokhimicheskiy vestnik. — 2021. — No. 6. — P.54–56. Doi: 10.24412/1029-2551-2021-6-011.

3. Gidrotermicheskie usloviya agrarnogo zemlepolzovaniya v Kulundinskoy stepi, vliyayushchie na ego ustoychivost / Yu. S. Lisovskaya, V. L. Tatarintsev, L. M. Tatarintsev et al. // Vestnik KrasGAU. — 2022. — No. 1. — P.62–68. Doi: 10.36718/1819-4036-2022-1-62-68.

4. Posev zernovykh kultur v gryady v usloviyakh Irkutskoy oblasti / G. N. Polyakov, S. N. Shukhanov, A. V. Kosareva, G. S. Samusik // Aktualnye voprosy inzhenerno-tekhnicheskogo i tekhnologicheskogo obespecheniya APK: materialy X natsionalnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem. — Irkutsk: Irkutskiy GAU, 2022. — P.179–187.

5. Rozova M. A. Svyaz temperaturnykh pokazateley perioda vegetatsii s osnovnymi agronomicheski znachimymi kharakteristikami sortov yarovoy tverdoy pshenitsy na Altae / M. A. Rozova, A. I. Ziborov, E. E. Egiazaryan // Rossiyskaya selskokhozyaystvennaya nauka. — 2021. — No. 5. — P.9–15. Doi: 10.31857/S2500262721050021.

6. Semenikhina Yu. A. Vliyanie sposobov osnovnoy obrabotki pochvy na vlagotemperaturnyy rezhim pochvy i urozhaynost ozimoy pshenitsy / Yu. A. Semenikhina, S. I. Kambulov // Melioratsiya i gidrotekhnika. — 2021. — No. 3. — P.182–193. Doi: 10.31774/2712-9357-2021-11-3-182-193.

7. The influence of the sowing coulters type on the seeding quality and the spring wheat yield / V. I. Belyaev, V. V. Volnov, D. A. Iakovlev et al. // IOP Conf. Series “Materials Science and Engineering”. — 2020. — No. 941. Doi: 10.1088/1757- 899X/941/1/012042.

8. Gabdrakhimov O. B. and others. Influence of chemicalization levels on productivity and grain quality of zoned spring wheat varieties in pre-Baikal area / O. B. Gabdrakhimov, A. M. Zaitsev, V. I. Solodun // IOP Conf. Series “Materials Earth and environmental science”. — 2020. — No. 548. Doi: 10.1088/1755-1315/548/2/022082.

9. Efficiency of applying sowing machines for planting spring wheat in the Irkutsk region / V. Solodun, E. Boyarkin, A. Zaitsev et al. // Agricultural Innovation Systems: materials International scientific conference fundamental and applied scientific research in the development of agriculture in the far east (AFE-2021), 2022. — Vol. 1. — P.131–137. Doi: 10.1007/978-3-030-91402-8_16.

10. Zaitsev A. M. The influence of crop predecessor and chemicalization levels on grain quality and spring wheat productivity / A. M. Zaitsev, I. N. Kovalenko // IOP Conf. Series “Materials Earth and environmental science”. — 2020. — No. 548. Doi: 10.1088/1755-1315/548/7/072014.

11. Zaitsev A. M. The influence of forecrops, tillage techniques and chemicalization levels on soil moisture, spring wheat grain dockage and yield in the forest-steppe conditions of Irkutsk region / A. M. Zaitsev, V. I. Solodun, M. N. Orobej // IOP Conf. Series “Materials Earth and environmental science”. — 2021. — No. 852. Doi: 10.1088/1755-1315/852/1/012112.