Научные основы севооборотов
Научные основы севооборотов — комплекс причин, основанных на накопленном наукой опыте и знаниях, обуславливающих необходимость чередования сельскохозяйственных культур.
Впервые причины чередования сельскохозяйственных культур обобщил Д. Н. Прянишников, на основе работ, посвящённых:
- питанию растений — гумусовой теории А. Тэера, теории минерального питания Ю. Либиха;
- образованию и накоплению в почве вредных веществ при бессменных посевах Р. К. Макера, А. де Кандоля и др.;
- симбиотической способности бобовых культур и различных влияний растений на свойства почвы, прежде всего на структуру, П. А. Костычева и В. Р. Вильямса.
Современные жёсткие рыночные условия диктуют требование к возможности гибкого изменения структуры посевных площадей, как за счёт изменения севооборота, так и использования повторных и бессменных посевов. Поэтому глубокие знания в теории и практике севооборота в данном направлении позволяют агрономам и руководителям предприятий повысить устойчивость ведения агробизнеса.
Классификация основ севооборота
Причины чередования подразделяются на:
- физические;
- химические;
- биологические;
- экономические.
Со времени обобщения Д. Н. Прянишникова прошло много лет, познания в этом направлении существенно расширились, однако выделенные им четыре группы причин, остаются актуальными.
Отношение культур к бессменным и повторным посевам
По результатам длительных опытов было установлено различное отношение культур к бессменным посевам. Наибольшую чувствительность к бессменным посевам проявляют зерновые культуры, особенно озимые, а также в отсутствии удобрений. Прибавки урожая от введения чередования культуры больше, чем от удобрений, и составляют от 50 до 73%.
Таблица. Влияние удобрений и севооборота на урожайность сельскохозяйственных культур, т/га.
| Культура | Без удобрений | С удобрениями | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Бессменный посев | Севооборот | Прибавка от севооборота, % | Бессменный посев | Севооборот | Прибавка от севооборота, % | |
| Озимая пшеница | 2,03 | 3,38 | 66,5 | 2,88 | 4,42 | 53,5 |
| Яровая пшеница | 1,26 | 1,89 | 50,0 | 1,87 | 2,51 | 34,2 |
| Озимая рожь | 1,11 | 1,92 | 73,0 | 2,23 | 3,07 | 37,7 |
| Ячмень | 1,31 | 1,98 | 51,1 | 2,26 | 2,97 | 31,4 |
| Овёс | 0,92 | 1,42 | 54,3 | 1,43 | 1,86 | 30,0 |
| Картофель | 10,94 | 14,05 | 28,4 | 18,94 | 23,05 | 21,7 |
| Кукуруза на силос | 16,47 | 19,95 | 21,1 | 29,21 | 31,37 | 7,4 |
| Сахарная свёкла | 6,99 | 16,99 | 143,0 | 18,18 | 30,18 | 66,0 |
Повторные посевы, равно как и длительное бессменное их выращивание на том же месте, приводит к распространению таких сорняков, как метлица обыкновенная (Apera spica-venti), трёхрёберник непахучий (Tripleurospermum inodorum), костёр ржаной (Bromus secalinus); в яровых — марь белая (Chenopodium album), пикульники (Galeopsis spp.), торицы (Spergula spp.), подмаренник цепкий (Galium aparine), спорыш (Polygonum spp.) и др. Например, если озимые культуры высевали по озимым, засорённость трёхрёберником непахучим (Tripleurospermum inodorum) составляла 650 шт./м2, после вико-овсяной смеси — 127, ячменя — 40, клевера 25, чистого пара — 5 шт./м2 (таблица).
Таблица. Засорённость посевов и урожайность культур в зависимости от условий из возделывания.
| Культура | Сорняки, шт/м2 | Масса сорняков г/м2 | Урожайность т/га | |
|---|---|---|---|---|
| всего | в том числе многолетники | |||
| Озимая пшеница | ||||
| - бессменно | 605 | 22 | 560,3 | 2,8 |
| - плодосменный севооборот | 182 | 15 | 186,1 | 3,9 |
| - зернопропашной севооборот | 153 | 10 | 143,7 | 3,7 |
| Ячмень | ||||
| - бессменно | 459 | 87 | 487,3 | 2,5 |
| - плодосменный севооборот | 108 | 30 | 297,4 | 2,9 |
| - зернопропашной севооборот | 115 | 23 | 206,9 | 3,2 |
| - специализированный зерновой севооборот | 279 | 45 | 306,5 | 2,6 |
| Картофель | ||||
| - бессменно | 66 | 8 | 897,4 | 11,5 |
| - плодосменный севооборот | 159 | 16 | 537,5 | 18,6 |
| - зернопропашной севооборот | 135 | 12 | 497,6 | 17,9 |
| - специализированный зерновой севооборот | 187 | 15 | 520,4 | 19,3 |
Влияние бессменных посевов может меняться в зависимости от почвенно-климатических, агротехнических и иных условий. Ряд агроприёмов, например, орошение и удобрение, позволяют снизить влияние бессменности посевов.
Все культуры по их отношению к бессменным посевам можно разделить на группы:
- Первая группа культур, не выдерживающих повторные и тем более бессменные посевы. К ним относятся подсолнечник, сахарная свёкла, лён, горох, бобы, вика, клевер; овощные культуры: томат, баклажан, перец, капуста, огурец. Периодичность возврата на прежнее поле для большинства культур этой группы, как правило, не менее 3-4 лет.
- Вторая группа культур, устойчивых к повторным посевам без заметного снижения урожайности. К ним относятся ячмень, овёс, пшеница озимая и яровая, рожь озимая, просо, картофель, гречиха, морковь, зеленные овощи. Устойчивость культур этой группы сильно зависит от условий возделывания.
- Третья группа культур, слабо реагирующих на севооборот и устойчивых к бессменным посевам. К ним относятся рис, кукуруза, конопля, табак, хлопчатник. Несмотря на самосовместимость культур этой группы, их рекомендуется периодически чередовать с зернобобовыми, зерновыми и другими культурами.
Такое деление культур достаточно условно, но позволяет использовать её при разработке севооборотов с учётом принципа совместимости и несовместимости культур и принципа периодичности возврата культур на то же поле.
Отдельными приёмами, способствующими повышению устойчивости культур к повторным посевам является применение сортов, устойчивых к характерным болезням и вредителям. Аналогичным действием могут обладать химические и биологические препараты. Например, применение фузариозоустойчивых сортов льна-долгунца, килоустойчивых сортов капусты, заразихоустойчивых сортов подсолнечника, позволяет сократить период возврата на прежнее место или возделывать их повторно. Применение нематицидов — препаратов для борьбы со свекловичной нематодой, позволяет использовать повторные посевы сахарной свёклы.
Химические причины чередования культур
Химические причины чередования культур связаны с различиями в потребностях культур в элементах питания и способностях усваивать их труднодоступные формы.
Ни одна культура неспособна увеличивать накопление в почве зольных элементов, за исключением азота, однако чередование культур позволяет более рационально использовать их почвенные запасы и повысить эффективность удобрений. Так, культура с глубокозалегающей корневой системой использует запасы влаги и питательных веществ из подпахотных слоёв, а её корневые остатки обогащают эти слои органическим веществом и минеральными элементами. Глубокопроникающую корневую системы (до 3 метров и более) имеют люцерна, клевер, люпин, бахчевые культуры. Неглубоко залегающей корневой системой обладают лён, гречиха, просо, однолетние травы, рапс, огурец, лук.
Многие культуры обладают способностью усваивать питательные вещества из труднодоступных соединений: бобовые культуры за счёт азотфиксации могут обеспечить собственные потребности в азоте на 50-97%, люпины, гречиха, горчица обладают способностью усваивать фосфор труднодоступных фосфатов почв и удобрений. После минерализации корневых и пожнивных остатков этих культур содержащиеся в них питательные элементы становятся доступными для последующих культур, не обладающих подобными биологическими особенностями.
Химические причины чередования связаны с балансом питательных элементов, складывающимся внутри предприятия. Часть элементов питания отчуждается с урожаем, другая — в виде растительных остатков и корма возвращается с соломой и навозом.
Органическое вещество
Сельскохозяйственные культуры в разной степени влияют на баланс органического вещества почвы. За счёт оставления растительных и корневых остатков после уборки урожая происходит пополнение почвенных запасов. По количеству оставляемых в почве растительных остатков растения располагаются в следующих последовательностях по убыванию:
- Нечернозёмная зона: многолетние травы — кукуруза на силос — озимые зерновые — яровые зерновые — зернобобовые — картофель;
- Лесостепная зона — многолетние травы — озимая пшеница — кукуруза на зерно и на силос — яровые зерновые — подсолнечник — зернобобовые — сахарная свёкла.
Благодаря изменению структуры посевных площадей возможно моделирование баланса органического вещества. Например, увеличение доли многолетних трав в структуре площадей приводит к накоплению органического вещества с замедлением процессов его разложения при одновременном снижении содержания в почве доступных питательных элементов. Напротив, увеличение в структуре посевных площадей пропашных культур и чистого пара в условиях недостаточного внесения органических удобрений приводит к уменьшению запасов органического вещества в почве.
Введением в севооборот промежуточных и сидеральных культур позволяет дополнительно увеличить поступление растительных остатков. В южных районах в условиях орошения они за ротацию севооборота оставляют до 10 т/га остатков, в юго-западной и центральной части Нечерноземья — 3-5 т/га.
Помимо накопления органического вещества, растительные остатки оставляют 22-52% азота, 2-48% калия, 19-52% фосфора от их общего количества в урожае.
Азот
Бессменные посевы некоторых культур, потребляющих большие количества азота почвы, например, сахарная свёкла, кукуруза на силос, капуста, хлопчатник могут привести к азотному истощению почвы. Другие культуры, способствующие процессам азотфиксации клубеньковыми бактериями, прежде всего бобовые, напротив, способны ежегодно накапливать азот. Например, однолетние бобовые при благоприятных условиях накапливают до 50-70 кг азота на 1 га, многолетние бобовые травы — до 120-150 кг азота на 1 га, что равноценно внесению от 400 кг аммиачной селитры. Однако повторные и бессменные посевы бобовых приводят к вымыванию накопленного и неиспользованного азота из почвы в грунтовые воды, а также к накоплению фитотоксичных веществ, вследствие чего урожайность резко снижается. Поэтому чередование бобовых культур с культурами, поглощающими азот устраняет отрицательные последствия бессменного возделывания, что обеспечивает рациональное использование накопленного азота.
Фосфор
Большим выносом с урожаем фосфора отличаются картофель, бобовые и озимые зерновые культуры.
Культуры проявляют различную способность к усвоению труднодоступных форм фосфора почвы и удобрений. Наибольшая способность усваивать труднодоступные формы отмечается у люпина, овса, гречихи, картофеля, горчицы, сахарной свёклы, эспарцета, которые за счёт корневых выделений переводят труднорастворимые фосфаты почвы и фосфоритной муки в растворимые формы. Чередование этих культур позволяет более эффективно использовать запасы фосфора почвы.
Калий
Наибольшая потребность в калии отмечается у сахарной свёклы — до 200 кг K2O при урожайности 30 т/га, картофеля — до 300 кг K2O при урожайности 30 т/га, зерновыми культурами — до 50-60 кг K2O при урожайности 3 т/га, а также кормовыми корнеплодами, хлопчатником и овощными культурами.
Физические причины чередования культур
Физические причины чередования культур обусловлены влиянием культур на строение, плотность, структуру, водный режим почв и устойчивость к эрозионным процессам. Причинами такого влияния являются биологические и морфологические свойства культур: масса и распространение корней, разложение растительных остатков и особенности агротехники возделывания. Плотная надземная часть, особенно культур сплошного посева, способствует защите почв от эрозии, улучшению водного и теплового режимов почв, а органическое вещество, образующееся от разложения растительных остатков влияет на агрофизические показатели плодородия.
По способности культур к структурообразованию их можно выстроить в ряд по убыванию: многолетние травы — однолетние бобово-злаковые смеси — озимые зерновые — кукуруза — яровые зерновые — лён-долгунец — картофель — корнеплоды.
Культуры в разной степени потребляют почвенную влагу. Показателем потребления служит транспирационный коэффициент. Наибольшим потреблением воды отличаются технические культуры и многолетние травы, сильно иссушающие почву на большой глубине, что может сказывать на урожайности последующих культур. Озимые культуры требуют больше влаги, чем яровые.
На запасы влаги в севообороте влияет период между уборкой предшественника и посевом последующей культуры. В этот период происходит накопление влаги благодаря атмосферным осадкам и талым водам, что особенно актуально в засушливых районах. Чередование культур в севообороте с различным влагопотреблением и глубиной проникновения корней позволяет регулировать запасы воды в почве. Наибольший эффект накопления влаги достигается применением чистых паров, что гарантирует высокие урожаи озимой и яровой пшеницы в засушливых районах степной зоны.
Биологические причины чередования культур
Биологические причины чередования культур обусловлены различным отношением к болезням, вредителям и сорным растениям. Это связано с тем, что каждой культуре характерны свои вредители, болезни и сорные растения. Бессменные или повторные посевы способствуют накоплению в геометрической прогрессии характерных болезнетворных организмов, способных приводит к полной гибели посевов. Д. Н. Прянишников приводил многочисленные примеры попыток бессменного возделывания ряда культур, заканчивающихся неудачно прежде всего из-за накопления вредителей и болезней. Специфичность вредителей по отношению к определенным культурам делает даже современные методы борьбы с ними малоэффективными. Что ставит на первый план чередование культур. Напротив, специфичность вредителей делает их относительно безвредными для других культур, благодаря чему севооборот позволяет контролировать распространённость и вредоносность большинства их них.
Накопление возбудителей болезней (грибов, бактерий, вирусов) происходит в почве и на растительных остатках. Например, лён при бессменном выращивании погибает из-за накопления гриба, вызывающего фузариоз. Подсолнечник при возвращении его на прежнее место ранее чем через 7-8 лет поражается мучнистой росой, поэтому севообороты с короткой ротацией не пригодны для его возделывания. Бессменное возделывание кукурузы способствует накоплению возбудителей фузариоза и пузырчатой головни, озимой пшеницы — возбудителей бурой ржавчины и пыльной головни, хлопчатника — возбудителей вилта. Возбудители корневых гнилей ячменя и пшеницы безвредны для посевов овса, ввиду чего овёс признаётся «санитарной» культурой севооборотов. Озимая рожь может сильно поражаться спорыньёй, однако эта болезнь не вредит другим зерновым культурам. Кила капусты поражает только растения семейства капустных, но не поражает паслёновые, зонтичные и другие семейства.
Основным источником сохранения и распространения болезней, прежде всего грибковых, являются растительные остатки растений-хозяев. Поэтому освобождение почвы от патогенов связано со скоростью разложения остатков. Основная роль в разложении растительных остатков приходится на сапрофитные микроорганизмы, которые являются конкурентами за факторы жизни с патогенными грибами. Поэтому все приёмы, направленные на повышение активности почвенных сапрофитов, способствует снижению численности патогенов, то есть улучшению фитосанитарного состояния почвы. Это достигается внесением навоза, применением сидератов, и минеральных удобрений, возделыванием бобовых культур, рыхлением почвы и другими приёмами. Возделывание пропашных культур и парование, соблюдение периодичности возврата культур на прежнее место и отказ от повторных посевов способствуют сокращению патогенных организмов почвы.
Почвоутомление — накопление в почве корневых выделений, подавляющих рост растений. Почвоутомление также связано с накоплением характерных возбудителей и продуктов их жизнедеятельности.
Сорные растения
Сорные растения благодаря свойству быстро адаптироваться к условиям произрастания, стали специфичны для некоторых культур. Поэтому бессменные и повторные посевы приводят к накоплению специфичных сорняков.
Например, овсюг (Avena fatua) — специфичный сорняк ранних яровых зерновых культур, прежде всего овса. Куколь (Agrostemma sp.), живокость (Delphinium sp.), пастушья сумка (Capsella sp.), ярутка полевая (Thlaspi arvense), василёк синий (Centaurea cyanus) произрастают преимущественно в посевах озимой ржи и озимой пшеницы; амарант (Amaranthus sp.), ежовник обыкновенный (Echinochloa crus-galli), щетинник сизый (Setaria pumila), щетинник зелёный (Setaria viridis) — в посевах риса, проса и кукурузы.
В бессменных посевах озимых культур увеличивается количество озимых и зимующих сорных растений, в посевах поздних яровых — поздних яровые сорняки, на полях многолетних трав — многолетние, двухлетние, зимующие и озимые.
Культурные растения проявляют различные конкурентные способности по отношению к сорнякам. Высокую конкурентоспособность проявляют посевы летних трав, озимой ржи, озимой пшеницы. Слабой конкурентной способностью отличаются посевы льна, сахарной свёклы, яровой пшеницы. Средняя — в посевах ячменя и кукурузы. Некоторые культуры могут проявлять высокую конкурентоспособность по отношению к одним сорным растениям и низкую — по отношению к другим. Способностью к естественному подавлению сорной растительности за счёт широких листьев и высоты стеблестоя обладают подсолнечник, кукуруза, клещевина, конопля. Озимая пшеница и озимая рожь также обладают этой способностью благодаря быстрому росту в весенний период, обгоняя многие сорняки.
В посевах пропашных культур и чистых и занятых парах складываются наиболее благоприятные условия для борьбы с сорняками, благодаря частым прополкам и обработкам почвы. Правильное чередование с культурами сплошного посева, позволяет держать под контролем засорённость полей. Увеличение доли культур сплошного посева в структуре посевных площадей приводит к увеличению засорённости полей, тогда как увеличение доли пропашных и паров — уменьшает.
Таблица. Засорённость посевов озимой пшеницы в зависимости от севооборота и удобрений.
| Предшественник | Без удобрений | С удобрениями | ||
|---|---|---|---|---|
| Число сорняков на 1 м2 | Сырая масса сорняков, г/м2 | Число сорняков на 1 м2 | Сырая масса сорняков, г/м2 | |
| Картофель ранний | 65 | 19,5 | 133 | 39,7 |
| Клевер | 79 | 21,1 | 95 | 66,7 |
| Кукуруза на зелёный корм | 64 | 18,5 | 63 | 43,3 |
| Горох | 65 | 20,8 | 111 | 72,3 |
| Бессменный посев (3-4 года) | 248 | 87,2 | 327 | 278,3 |
По данным исследований С. А. Воробьёва, в бессменных посевах озимой пшеницы в условиях Подмосковья засорённость была в 4-5 раз больше, чем после предшественников.
Чередование культур позволяет максимально эффективно использовать конкурентные преимущества для борьбы со специализированными сорняками других культур. Например, посевы яровых культур подавляют сорняки, характерные озимым культурам, прежде всего озимые и двухлетние растения. Наоборот, в посевах многолетних трав и озимых резко подавляются ранние и поздние яровые.
Вредители
В повторных и бессменных посевах создаются благоприятные условия жизни и распространения вредителей, характерных для культуры. Севооборот, наравне с применением пестицидов, позволяет существенно снизить популяцию многих вредителей и снизить наносимый ими ущерб. В случаях устойчивости некоторых вредителей к средствам борьбы или низкой эффективности пестицидов, севооборот приобретает первоочередное значение, особенно против нематод. Площадь поражения нематодой бессменных посевов озимой ржи вырастает до 66%, яровой пшеницы — до 91,3% (Башкирский государственный аграрный университет). Снижение урожайности при повторном посеве сахарной свёклы на сильно поражённых нематодой полях составляет 60-70%. Аналогичная ситуация наблюдалась в повторных посевах или частом возвращении картофеля картофельной нематодой.
Помимо возделывания культур на одном месте, способствующее накоплению специфичных для данной культуры вредителей, также следует учитывать влияние предшествующих культур на последующие. Например, посевы многолетних трав способствуют распространению проволочника, который сильно повреждает последующие культуры, например, зерновые, кукурузу, картофель.
Экономические причины чередования культур
Экономические причины чередования культур обусловлены структурой посевных площадей, природными и экономическими факторами ведения сельскохозяйственного производства с целью обеспечения максимальной рентабельности при условии стабильности земледелия.
Структуру посевных площадей разрабатывают под условия конкретного предприятия на основе планов производства продукции, учитывая при этом продуктивность и экономическую эффективность культур и влияние на плодородие почвы. Различные растения в разных почвенно-климатических условиях могут давать неодинаковое количество кормовых единиц разного качества, что связано с их биологическими особенностями. Например, сахарная свёкла или кукуруза, в одной зоне может давать высокий урожай с единицы площади и, соответственно, быть экономически выгодной, в другой зоне, наоборот, давать низкий урожай и быть убыточной.
В экономическом отношении севооборот должен обеспечивать:
- максимально рациональное и продуктивное использование земель с простым или расширенным воспроизводством плодородия;
- потребности предприятия (при необходимости) в кормах и семенном материале;
- равномерное применение техники;
- внедрение современных интенсивных технологий;
- эффективную организацию труда.
Как отмечал Д. Н. Прянишников, экономическая необходимость севооборота связана с различным количеством и распределением труда во времени, необходимый для возделывания разных культур в хозяйстве. Так, возделывание ранних и поздних яровых культур из-за разных сроков посева и уборки, позволяет снизить нагрузку на людей и технику в один и тот же период в 2 раза, чем при возделывании только ранних или только поздних яровых культур. Добавление озимых культур позволяет ещё равномернее распределить напряжённость полевых работ. Аналогичный эффект даёт использование сортов разных сроков созревания. При этом сокращается риск несоблюдения оптимальных сроков выполнения полевых работ.
Определенное соотношение зерновых, технических и кормовых культур позволяет выстроить баланс навозообразующих (кормовые) и навозопотребляющих (зерновые, пропашные) растений.
Экономические причины связаны с другими причинами чередования культур, так как правильное выстраивание севооборота, способствует повышению экономической отдачи производства. Например, с помощью севооборота в сочетании с рядом агроприёмов возможно снизить засорённость посевов сорными растениями, снизить популяцию болезнетворных организмов и вредителей до экономического порога вредоносности, сократив тем самым затраты на агрохимикаты и повысив урожайность, что повышает рентабельность производства.
Экологические причины чередования культур
Экологические причины чередования культур обусловлены заменой или сокращением использования агрохимикатов за счёт положительного влияния правильно выстроенного севооборота на засорённость полей сорными растениями и популяции вредоносных организмов. Кроме того, севооборот выполняют значимую роль в системе почвозащитного земледелия. Благодаря применению агротехнических и биологических методов контроля сорняков и вредителей, предотвращается перенасыщение земель пестицидами.
К агромелиоративным мерам, направленным на защиту почвы и окружающей среды, относятся:
- создание буферных полос по границам полей;
- высаживание лесозащитных насаждений;
- создание на полях сети дорог;
- организация систем влагозадержания атмосферных осадков и талых вод;
- строительство оросительных систем и др.
Помимо мелиоративных мер к почвозащитным мероприятиям относятся специальные агротехнические приёмы контурной обработки почвы и полочное, кулисное размещение посевов. Данное положение регулируется Федеральным законом «Об охране окружающей среды», направленное на снижение экологической угрозы, связанной с сельскохозяйственной деятельностью. Таким образом, севооборот является неотъемлемой частью экологического землепользования в границах единых агроландшафтов.
Предотвращение водной эрозии сельскохозяйственных земель, являющихся часть агроландшафта (лугов, пастбищ, лесов) достигается использованием специальных контурных методов обработки почвы (щелевание, кротование, гребневание). Для предотвращения ветровой эрозии, например, в степных районах, применяют полочное размещение культур севооборота и чистых паров поперёк господствующим ветрам, сочетая их с кулисами в системе безотвально-плоскорезной обработки почвы. Таким образом, система севооборотов, как и отдельно взятый севооборот, выполняют почвозащитную функцию.
Экологическая функция севооборотов проявляется в их способности снижать содержание накопленных от производственной сельскохозяйственной деятельности вредных веществ, пестицидов и регуляторов роста, снижая риск их попадания со стоковыми водами в реки, водоёмы, грунтовые воды.
Литература
- Никляев В. С. Основы технологии сельскохозяйственного производства. Земледелие и растениеводство. М.: «Былина». 2000
- Баздырев Г. И., Лошаков В. Г., Пупонин А. И. и др. Земледелие. Учебник для вузов. М.: Издательство «Колос». 2000
- Евтефеев Ю. В., Казанцев Г. М. Основы агрономии: учебное пособие. М.: ФОРУМ. 2013