Многие исследования проводились с учетом изучения отдельных культур и условий их выращивания. Своими исследованиями нами сделана попытка впервые в степной зоне неустойчивого увлажнения подойти комплексно к разработке систем основной обработки почвы под яровой ячмень в зернопаропропашном севообороте.

Для уточнения отдельных элементов технологии выращивания ярового ячменя нами использовался комплексный подход, который позволяет определить напряженность взаимосвязи факторов в агроценозе, оптимизировать и адаптировать условия выращивания  и стабилизировать повышение продуктивности культуры без дополнительных затрат. Это определяет актуальность темы исследований.

Изучая отечественную и зарубежную литературу, следует отметить, что нет единого мнения об оптимальной системе основной обработки почвы под яровой ячмень. Любая система должна быть увязана с ландшафтом, почвенно-климатическими условиями,  ресурсным потенциалом хозяйства, коньюктурой рынка и другими факторами, а также носить почвозащитный и ресурсосберегающий характер.

В связи с этим, нами сделана попытка оптимизировать условия основной обработки почвы под яровой ячмень в зернопаропропашном севообороте.

Исследования проводились в хозяйстве Родионово–Несветайского района Ростовской области в 2012-2013 гг. В исследованиях предусматривается размещение ярового ячменя по озимой пшенице при различных способах основной обработки почвы. Общая площадь под опытами – 3 га, по основным наблюдениям повторность 3-4-х кратная.

Схема опыта предусматривала следующие основные обработки почвы:

1. Вспашка (контроль) на 25-27см (ПН–4-35);

2. Чизельная на 38-40см (ПЧ-4);

3. Мелкая мульчирующая на 12-14см (АКП-2,5);

4. Минимальная мульчирующая на 6-8см (АКП-2,5).

Задачи исследований:

• оптимизировать систему основной обработки почвы под яровой ячмень и ее влияние на фитосанитарное состояние почвы и посевов, водный режим, агрофизические свойства;

Сроки наблюдений и отбор опытных образцов почвы, растений для анализа  проводились в основные критические периоды жизни для агроценоза.

Почва на территории хозяйства представлена североприазовским черноземом, который является переходным от черноземных почв Русской равнины – к предкавказским, мощность гумусового горизонта А+В от 80 до100 см. Почва характеризуется удовлетворительными агрофизическими свойствами. В целом почва по плодородию, макро - и микроагрегатному составу, физико-химическим и агрохимическим свойствам благоприятна для выращивания ярового ячменя.

Погодные условия в годы проведения опытов отличались от средне многолетних показателей. Средняя температура воздуха превышала многолетний показатель на 1,4-1,5°С. Условия зимнего периода 2013 года были мягче, по сравнению с 2012 г. Однако в 2013 г. отмечено быстрое нарастание положительной температуры в весенний период. Лето 2013 г. было засушливыми, выпало 78,3 мм осадков. Следует отметить, что количество осадков в 2012-  2013 гг. было меньше по сравнению с многолетними показателями, на 34,5 мм. Средняя влажность воздуха в годы проведения опытов была ниже многолетней, в пределах 67–72 %. Наиболее низкая влажность воздуха была в 2012 г.

В основе мер по совершенствованию систем обработки почвы лежат принципы минимализации [6]. В условиях интенсивного земледелия минимализацию обра­ботки почвы   следует рассматривать как важнейшее условие сохранения потенциального плодородия и защиты почвы от эро­зии, улучшения баланса  гумуса,  уменьшения  потерь из  почвы питательных  веществ  и  влаги.

Однако минимализация обработки почвы приводит и негативным явлениям. Повышается засоренность, особенно многолетними сорняками, а при частых поверхностных и плоскорезных обра­ботках, при чередовании зерновых по зерновым растения пора­жаются корневыми гнилями; при безотвальных обработках затруднена заделка на оптимальную глубину органических удобрений, дернины многолетних трав, сидератов, что снижает их роль в окультуривании почвы и повышении урожайности; при длительной поверхностной обработке почвы из-за уплотнения подпахотных слоев снижается их водо- и воз­духопроницаемость, усиливается процесс дифференциации и «верхний тип» питания растений [7]. Это подтверждают наши исследования.

Установлено, что бессменная минимальная мульчирующая обработка почвы на 6-8 см и мелкая мульчирующая на 12-14 см способствовали разрыхлению верхнего слоя, но приводили к уплотнению слоя 20-40 см до критических значений. Так перед посевом плотность почвы на этих вариантах в слое 20-40 см составила 1,38 г/см³, а перед уборкой – 1,41г/см³. Это привело к снижению пористости до 44-46 %, ухудшило аэрацию почвы, что способствовало  слабой адаптивности растений, снижало водопроницаемость и влагонакопление почвы.

Необходимо учитывать и то, что в необработанной почве вертикальный воздухообмен может быть более активным, чем в обработанной, так как имеющиеся поры более прочные и ста­бильные. Это благоприятно влияет на рост корневой системы, усвоение питательных веществ удобрений и почвы.

Проведение разуплотняющей чизельной обработки обеспечивало оптимальные для нормального роста и развития растений свойства почвы.

Таким образом, способы основной обработки почвы оказали существенное влияние на плотность сложения, общую пористость пахотного слоя почвы.

Для сохранения и пополнения запасов почвенной влаги необходи­мо содержать верхний (0-5 см) слой почвы в мелкозернис­том состоянии (размер агрегатов от 0,5 до 3 мм), выровненным и сухим, а нижележащий – также в мелкозер­нистом и уплотненном до 1,3 г/см³ состоянии. Верхний сухой (мульчиру­ющий) слой уменьшает расход вла­ги на физическое испарение, улав­ливает атмосферные осадки даже малой интенсивности, уплотненный, нижележащий – понижает процесс конвекции и диффузии, “запирает” движение парообразной и пленочной влаги из нижних слоев почвы и служит хорошим проводником атмосферных осадков в нижние слои.

При отвальной вспашке попавшая в почву  влага, проникая в более глубокие слои, задерживается «плужной  подошвой» [8]. Это  приводит  к быстрому иссушению пахотного слоя, а в случае переувлажнения – к скоплению воды в его нижней части  и заплыванию почвы. При чизельной обработке на глубину до 38-40 см происходит разрушение «плужной подошвы», что способствует проникновению осадков в более глубокие слои почв.

Значение воды для жизни растений общеизвестно [9]. Все физиологические процессы в растении при его жизни протекают в зависимости от наличия влаги в почве [10]. В условиях неустойчивого увлажнения, урожай полевых культур находятся в прямой зависимости от наличия почвенной влаги. Эффективность мульчирующих обработок, создающих рыхлый слой из мелких комочков почвы и растительных остатков, с одновременным разуплотнением, определяется улучшением фильтрации и сокращением потерь влаги на испарение, что особенно важно в зоне неустойчивого увлажнения.

В вариантах с чизельной обработки запасы продуктивной влаги в весенний период в слое 0-100 см оказались выше, чем после вспашки. На фоне минимальной обработки влагонакопление снижалось на 22 мм.

Общеизвестно, что систематические минимальные, поверхностные и безотвальные обработки способствуют увеличению потенциальной засоренности почвы [13, 14]. Это подтверждают и наши опыты. Наибольшая потенциальная засоренность почвы была на фоне систематических мелких и минимальных мульчирующих обработок (96,1-119,6 тыс. шт/м²). Отвальная обработка почвы способствовала снижению потенциальной засоренности почвы.

Наши наблюдения показали, что засоренность посевов культур зависела от системы основной обработки почвы, фазы вегетации и метеорологических условий. Учет засоренности посевов проводили в гербакритические период ярового ячменя и перед уборкой.

Установлено, что на всех вариантах опыта засорение посевов было высоким, в связи с высокой потенциальной засоренностью пахотного слоя почвы. В течение вегетации наибольшее количество сорняков наблюдалось на фоне систематических мелких обработок почвы от 85 до 106 шт./м². Засорение было наименьшим на фоне вспашки 49 шт./м²  в начале вегетации и 56 шт./м² в конце.

Следует отметить, что к концу вегетации количество сорняков возросло по всем вариантам, и при этом возросла их масса в 2,5-3,8 раза. Применение гербицидов способствовало снижению вредоносности сорняков. К концу вегетации их количество и масса были незначительными до 10 шт/м² и до 0,15 г соответственно.

Постоянный рост цен на энергоносители ставит все более остро вопрос о ресурсосбережении [6]. Поэтому поиск путей и возможностей сокращения энергозатрат при производстве зерна с.-х. культур является одной из актуальных проблем. Решение ее может осуществляться путем экономически выгодного выбора системы основной обработки почвы.

Следует отметить, что засоренность почвы при минимальной и мелкой обработ­ках почвы была на 39-42 % выше, чем при отвальной обработке. Различия в засоренности почвы при разных способах обработки по­чвы обусловлены особенностями воздействием рабочих органов почвообрабатывающих орудий на по­чву. При культурной вспашке плугом верхний пяти санти­метровый слой почвы с осыпавши­мися семенами сорняков практи­чески равномерно распределяется в почве на глубину обработки. При обработ­ке почвы чизельным плугом на глу­бину 38-40 см только 20-25 % се­мян сорняков перемещаются в слой 5-40 см. При минимализации обработки почвы верхний пяти сантиметровый слой, в котором сосредоточена основная масса жизнеспособных семян сорняков, не  перемещается, что является одной из основных причин высокой засоренности  посевов сельскохозяйственных  культур, особенно в начале их вегетации при такой обработке. Многолетнее применение минимальной и мелкой обработок почвы в опыте: в сочетании с гербицидами способствует резкому уменьшению до  10-15 % исходного уровня засоренности почвы зачатками вегетативного размножения многолетних сорняков.

В наших опытах при основном обследовании ярового ячменя наибольшее распространение имели: малолетние сорняки – Марь белая, Кривоцвет полевой, Щетинник сизый, Амброзия полыннолистная, Горец птичий; многолетние – Пырей ползучий, Вьюнок полевой, Бодяк полевой, Амброзия многолетняя, Молочай лозный.

В посевах ярового ячменя потери урожая обусловлены также сложным комплексом взаимосвязей, между вредителем и растениями, и зависят от ряда причин: от степени повреждения растений, что обусловлено влиянием численности вредителя, вредоносности каждой особи, избирательной способности и от его распределения на растении; от компенсаторной реакции растения, зависящей от физиологического состояния, периода и кратности повреждений, повреждаемого органа [9].

Общеизвестно, что обработка почвы различными орудиями и на разную глубину оказывает заметное влияние не только на размещение пожнивно – корневых остатков и личинок насекомых по горизонтам почвы, но и на их вредоносность [11]. Наши исследования это подтверждают. Учет почвообитающих вредителей определяли перед посевом ярового ячменя.

В годы исследований ярового ячменя повреждали хлебная жужелица, пьявица, клоп черепашка, пилильщик и жук – кузька, а также почвообитающие вредители проволочники и личинки хрущей. Отвальная обработка почвы на глубину 25–27 см обеспечивала размещение большей части пожнивно – корневых остатков и личинок пилильщиков, проволочников и хрущей в нижних  слоях почвы (10–22 см). При чизельной обработке почвы около 40 % пожнивно – корневых остатков с личинками располагались в слое 0–10 см. Мелкая и минимальная обработки почвы также не способствовали сокращению вредных организмов.

Опытами установлено, что каждому периоду онтогенеза ярового ячменя сопутствовал определенный комплекс фитофагов, а наибольшая плотность наземных вредителей совпадала с фазой выхода в трубку.

Исследованиями установлено, что в значительной мере вредоносность вредных организмов зависела от способа основной обработки почвы. Размещение ярового ячменя по озимой пшеницы привело к увеличению вредоносности стеблевых пилильщиков, жужелиц и пьявиц в 2 раза, особенно не фоне минимальной обработки почвы. Это связано с тем, что основной вред наносит вредитель, оставшийся зимовать в стерне. Также потеря урожая происходит в результате повреждения колосьев клопом черепашкой и жуком – кузькой за счет снижения озерненности колосьев и массы зерен.

Наблюдения показали, что большой вред для растений получался при повреждении молодых всходов ярового ячменя стеблевыми пилильщиками в случае поражения главных стеблей. Повреждение главных стеблей до начала кущения обычно вызывало гибель всего растения. Это приводило к снижению густоты стояния растений. В период кущения повреждения отдельных стеблей ослабляли растения, что привело к уменьшению густоты продуктивного стеблестоя на посевах.

Ячмень поражается многими болезнями.  В годы исследований были отмечены –  корневые гнили, ржавчина и редко твердая и пыльная головня, были зафиксированы единичные колоски, пораженные пыльной и твердой головней.

Следует отметить, что сорняки способствовали массовому развитию болезней и вредителей. Улучшению фитосанитарного состояния посевов ярового ячменя способствует размещение его на фоне отвальной обработки почвы, позволяющее снизить эту напряженность.

Адаптивность ярового ячменя в условиях различных способов основной обработки почвы существенно отличалась. Это связано с различными условиями: агрофизическими показателями почвы, конкурентной способностью с сорными растениями и друг с другом за основные факторы (свет, воду, тепло, питательные вещества), распределением влаги и осадков и др.

Таблица 1. Урожайность ярового ячменя в 2012-2013 гг., т/га

Анализ результатов исследований показал, что набольший выход зерна ярового ячменя  с1 гаотмечался при мелкой мульчирующей обработке почвы – 4,5 т/га. Минимальная обработка способствовала снижению урожайности до 2,9 т/га.

Проведенная технико-экономическая оценка затрат свидетельствует, что меньшие затраты на производство отмечаются при мелких и минимальных мульчирующих обработках на 6-8 и 12-14 см. Наиболее энергозатратной является отвальная обработка почвы – 10240 руб./га. Снижение затрат при мелких обработках почвы за счет экономии на ГСМ позволило повысить рентабельность производства (до 42 %).

При совокупности положительных воздействий на агрофизические свойства почвы, влагообеспеченность, агроэкологическую и фитосанитарную напряженность в севооборотных звеньях, энергосбережение и урожайность, оптимальной признать мелкую мульчирующую обработку почвы на 12-14 см под яровой ячмень.

Специализация хозяйства – зерновое производство и животноводство.

Общая земельная площадь составляет 4755 га, в том числе сельскохозяйственных угодий 4100 га, из них пашни – 3332 га, пастбищ – 695 га и плодово – ягодных насаждений – 73 га, участок первичного семеноводства – 83 га, опытное поле на площади 156 га.

Климатические условия являются удовлетворительными, так как выпадает недостаточное количество атмосферных осадков и наблюдаются резкие колебания температуры в течение года, что неблагоприятно сказывается на выращивании с.-х. культур.

Почвенный покров представлен черноземом обыкновенным, который по агротехническим свойствам отнесен к группе лучших пахотных почв [1].

Учитывая изложенные данные подобраны с.-х. культуры: озимая пшеница, яровой ячмень, горох, подсолнечник, кукуруза на силос и зерно, люцерна [1,2,3]. Предложенные культуры отвечают специализации хозяйства, почвенно-климатическим условиям и коньюктуре рынка [3].

Разработаны севообороты (табл.1).

Таблица 1- Схемы севооборотов

Предложена комбинированная обработка почвы, включающая поверхностную обработку почвы под озимые культуры и мелкую мульчирующую обработку под горох, яровой ячмень, а также отвальную вспашку в чистом пару и под пропашные культуры. Данные агротехнические мероприятия нацелены на сохранение и увеличение запасов влаги в почве для получения хороших урожаев [4,5,6,7,8,9,10,11,12].

Разработана система удобрений (табл. 2).

Таблица 2- Система удобрений

Для сохранения и поддержания плодородия почв спроектирован положительный баланс гумуса в севообороте (табл. 3, 4) [1,13,14].

Таблица 3 – Структура фитомассы растений, ц/га

Таблица 4 – Баланс гумуса

В среднем по севообороту баланс гумуса положительный 1,14 ц/га.

Разработана система интегрированной защиты растений от сорняков, вредителей и болезней, которая включает в себя организационно-хозяйственные (посев устойчивых сортов, подготовка семенного материала, обкашивание обочин дорог, обработка хранилищ и т.д.), агротехнические и химические (пестициды) мероприятия (табл. 5) [12,17].

Таблица 5- Химическая защита растений

В виду отсутствия постоянно действующих водотоков и естественных водоемов на территории хозяйства созданы пруды. Так как реакция почвенной среды слабо и среднещелочная (7,8-8,2) рекомендую провести гипсование почв в дозе 3-4 т на 1 га под чистый пар.

В хозяйстве выращиваются районированные сорта культур: озимая пшеница: Танаис, Паплич, Фортуна; горох: Приазовский, Визир; кукуруза: Евростар, Елита, Адмирал; Яровой ячмень: Виконт, Ратник; Подсолнечник: Донской 99, Донской крупноплодный.

Также разработана система экологической защиты системы земледелия, включающая рациональное и обоснованное применение удобрений, пестицидов и милиорантов, контроль за правильным хранением и складированием средств защиты растений и удобрений [15].

Система организационно-экономических мероприятий позволяет вести рентабельное, конкурентоспособное, высококачественное производство [16].

Фактор А – звенья севооборота, куда входят пар и такие культуры как: озимая пшеница, яровой ячмень, горох, подсолнечник, просо, люцерна, злакобобовая смесь, кукуруза;.

Фактор В – способ основной обработки почвы: 1. отвальная обработка почвы; 2. безотвальная обработка почвы;

Фактор С – способ сева: рядовой и перекрестный.

Изучая агроэкологическую напряженность в звеньях севооборота, немаловажное значение имеет наблюдение за динамикой роста и развития растений ярового ячменя. На появление всходов ячменя оказывают влияние температура почвы и воздуха, увлажнение и агрофизические свойства пахотного слоя почвы, глубина заделки семян и др. факторы. Между температурой почвы и воздуха разница составляет не более 1-2 градусов. Поэтому для характеристики продолжительности периода от посева до всходов мы использовали среднесуточную температуру воздуха.

Исследования показали, что на адаптивность ячменя в зависимости от способов обработки почвы и способов сева доминирующее влияние имеют как погодно-климатические условия, так и севооборотные звенья. Особенно это влияние проявлялось в засушливые периоды вегетации культуры.

Анализ результатов наших исследований [1-7] и других авторов показал, что сроки появления всходов и полных всходов напрямую зависели от температуры почвы и воздуха, глубины заделки семян, агрофизических показателей пахотного слоя почвы, севооборотных звеньев и др. факторов. На вариантах пар – озимая пшеница – ячмень, горох-ячмень, яровая пшеница-ячмень, озимая пшеница – озимая пшеница – ячмень и злакобобовая смесь-ячмень всходы появились в оптимальные сроки на 9-10 день, на остальных вариантах на 2-3 дня позже не зависимо от обработки почвы и способа сева (таблица 1).

Таблица 1 – Динамика роста и развития ярового ячменя в различных звеньях севооборота

Примечание: 1*-отвальная обработка почвы; 2*-безотвальная обработка почвы; Р-рядовой способ сева; П-перекрестный способ сева.

Продолжительность периода всходы – кущение по вариантам опыта колебался от 15 до 21 дня. Адаптивность ячменя зависела от увлажнения агрофизических свойств пахотного слоя почвы, температуры почвы и воздуха.

Ячмень, как и другие хлебные злаки, имеет мочковатую корневую систему. Различают корни первичные (зародышевые) и вторичные (узловые). Зародышевые корни берут начало непосредственно от зародыша и продолжают развиваться и сохраняют свои функции до конца вегетации растений. Вторичные корни возникают из нижних подземных узлов стебля у поверхности почвы. Таких узлов иногда бывает несколько [2, 6].

Изучение влияния способов основной обработки почвы и способов сева на рост и развитие растений ячменя показало, что размещение узла кущения зависело от агрофизических свойств пахотного слоя почвы. По безотвальной обработке почвы на перекрестных посевах наблюдалось большее переуплотнение поверхностного слоя почвы после посева, что привело к формированию двух подземных узлов на всех вариантах кроме звеньев горох-ячмень, злакобобовая смесь – ячмень и пар – озимая пшеница – ячмень. А как известно, образование двух и более узлов кущения нежелательно. Это связано с его требованиями не только к содержанию кислорода, но и интенсивности освещения. В таких случаях терялись темпы роста, расходовалась энергия, и растения были ослабленные, что снижало их продуктивность. Функционирование узлов кущения ограничивается освещенностью, поэтому лишь расположенный у поверхности почвы, может быть продуктивным.

По отвальной обработке почвы на рядовых посевах у растений ячменя на всех вариантах сформировался один узел кущения, в связи, с чем растения находились в более благоприятных условиях. На вариантах горох-ячмень, злакобобовая смесь – ячмень и пар – озимая пшеница – ячмень сформировался один узел кущения независимо  от основной обработки почвы и способа сева. Поверхность первичных и вторичных корней на всех вариантах была покрыта многочисленными короткими (1-3 мм) адсорбирующими корневыми волосками, которые располагались вблизи кончика корней и отмирали в более старых его частях.

Длительное время считали, что первичные корни в основном обеспечивают растение водой, а вторичные – призваны снабжать его питательными веществами. В настоящее время установлено важное значение в питании растений и первичных корней, особенно в условиях сильной почвенной засухи.

Наши наблюдения показали, что в условиях почвенной засухи первичные корни проникали в глубокие слои почвы и оставались живыми до конца вегетации, тогда как вторичные корни, развивавшиеся преимущественно в пахотном слое, были подвержены особенно сильному угнетению. Первичная корневая система в фазу кущения ячменя в основном располагалась в слое почвы до 14-16 см. Нередко длина вторичных корней достигала уровня распространения основной массы первичных корней до глубины 8-16 смна вариантах ячмень-ячмень, просо-ячмень, кукуруза-ячмень, люцерна-ячмень и подсолнечник-ячмень. Это связано с недостаточным увлажнением верхних слоев почвы.

На вариантах пар – озимая пшеница – ячмень, горох-ячмень, яровая пшеница-ячмень, озимая пшеница – озимая пшеница – ячмень и злакобобовая смесь-ячмень, выращиваемых по отвальной обработке почвы адаптивность растений была выше по сравнению с другими вариантами. Растения ячменя хорошо раскустились, имели несколько боковых побегов (высота 29-38 см), корневая система была хорошо развитой, наблюдалось наибольшее количество узловых корней (4-6 шт.).

Низкая адаптивность ячменя наблюдалась по безотвальной обработке почвы на перекрестных посевах в звеньях люцерна – ячмень, ячмень – ячмень, подсолнечник – ячмень, просо – ячмень, кукуруза – ячмень. Растения на этих вариантах отставали по темпам роста (высота 18-28 см), корневая система была слабо развитой, длина узловых корней от 1,8 до3,4 см, количество – 2-3 шт.

Исследования показали, что количество и длина вторичных корней преобладали по отвальной обработке почвы по сравнению с безотвальной. Наиболее развитая корневая система была на вариантах пар – озимая пшеница – ячмень, озимая пшеница – озимая пшеница – ячмень, горох-ячмень, яровая пшеница – ячмень и злакобобовая смесь ячмень.

Анализ динамики развития корневой системы ячменя показал тесную связь с общим ростом вегетативной надземной массы. У хорошо развитых растений на вариантах горох-ячмень, пар – озимая пшеница – ячмень, озимая пшеница – озимая пшеница – ячмень наблюдалась и большая масса корней. Интенсивный их рост при благоприятных условиях продолжался до периода налива зерна. В засушливые периоды рост корневой системы замедлялся, но после выпадения осадков возобновлялся.

Самоизреживание посевов в течение вегетационного периода возрастало на вариантах: люцерна-ячмень, подсолнечник-ячмень, ячмень-ячмень. Как правило, растения на этих вариантах слабо адаптировались, были подвержены поражению болезнями и вредителями.

Таким образом, растения ячменя, выращиваемые  по отвальной обработке почвы на перекрестных посевах в севооборотных звеньях: пар – озимая пшеница – ячмень, горох – ячмень, озимая пшеница – озимая пшеница – ячмень, злакобобовая смесь – ячмень, яровая пшеница – ячмень обладали высокой адаптивностью к складывающимся условиям.