Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Урожайность зерновых культур и агрометеорологические условия ее формирования в Северном Зауралье

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Урожайность зерновых культур и агрометеорологические условия ее формирования в Северном Зауралье"

На правах рукописи

Журавлева Наталья Николаевна

УРОЖАЙНОСТЬ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР И АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЕЕ ФОРМИРОВАНИЯ В СЕВЕРНОМ ЗАУРАЛЬЕ

06.01.01 - Общее земледелие, растениеводство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

2 6 СЕН 2013 005533548

Омск-2013

005533548

Диссертационная работа выполнена на кафедре технологии производства, хранения и переработки продукции растениеводства ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Сапега Валерий Антонович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Холмов Владимир Григорьевич

доктор сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник лаборатории земледелия черноземной лесостепи ГНУ СибНИИСХ Россельхозакадемии Галеев Ринат Ранфович доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой растениеводства и кормопроизводства ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет»

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т.С.Мальцева»

Защита состоится 07 ноября 2013 г. в 13-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.050.01 при ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет им. П.А.Столыпина» по адресу: г. Омск, 644008, Институтская площадь, 2 Тел./факс: (3812) 65-17-35, E-mail: Potockay@bk.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А.Столыпина

Автореферат разослан сентября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

И.в. Потоцкая

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Климатические и погодные условия оказывают большое влияние на сельскохозяйственное производство. Они в значительной мере определяют урожай сельскохозяйственных культур, качество продукции, затраты не ее производство и особенности агротехнических мероприятий (Шашко,1985; Алабушев, 2011).

При возделывании зерновых культур учет условий климата и погоды необходим при выборе сорта, разработке мероприятий по лучшему использованию ресурсов тепла и влаги, планировании сроков полевых работ, сева, уборки и т.д. Внедряемый в производство сорт должен обладать высокой продуктивностью, т. е. максимально использовать ресурсы света, тепла и влаги, которыми располагает данная территория, а также давать высокое качество продукции.

В связи с этим для получения высоких и устойчивых урожаев зерновых культур в Северном Зауралье актуальным является необходимость оценки потенциала урожайности зерновых культур, агроклиматических условий ее формирования, их корреляционной зависимости, а также внедрения в производство адаптивных сортов как основного элемента стабилизации производства зерна в регионе.

Степень разработанности темы. Значительный вклад отечественных ученых в разработку вопросов влияния на урожайность сельскохозяйственных культур агрометеорологических факторов, а также программирования и прогнозирования урожайности, адаптивности растениеводства был сделан В.М. Пасовым, Ф.Ф. Давитая, П.И. Колосковым, С.А. Сапожниковой, П.И. Селяни-новым, А.П. Федосеевым, М.К. Каюмовым, Е.С. Улановой, Ю.И. Ермохиным, A.A. Жученко, В.А. Зыкиным, A.A. Гончаренко. Однако вышеотмеченные исследования в разрезе природно-климатических зон и, в частности, Тюменской области, ранее не проводились.

Цель исследований: оценка урожайности зерновых культур и агроклиматических условий ее формирования, расчет их корреляционной зависимости, а также программирование и прогноз урожайности в различных природно-климатических зонах Северного Зауралья.

Задачи исследований:

1. Дать характеристику урожайности зерновых культур и выявить ее изменение за 30-летний период по изменению линии тренда в различных природно-климатических зонах.

2. Определить вклад погодного компонента (климатической составляющей) в общей изменчивости урожайности и дать оценку устойчивости урожайности в различных природно-климатических зонах.

3. Дать оценку основным параметрам агрометеорологических условий вегетационного периода в различных природно-климатических зонах, выявить их изменение за 30-летний период по изменению линии тренда, а также определить корреляционную зависимость урожайности зерновых культур с основными параметрами агрометеорологических условий вегетационного периода.

4. Определить действительно возможную урожайность зерновых культур, а также дать прогноз урожайности и оценить его оправдывасмость в различных природно-климатических зонах.

5. Дать оценку реализации потенциала урожайности зерновых культур в условиях производства, а также оценку основным районированным сортам зерновых культур по стрессоустойчивости и экологической пластичности.

Научная новизна работы. Впервые в различных природно-климатических зонах Северного Зауралья за 30-летний период дана характеристика урожайности зерновых культур и основным параметрам агрометеорологических условий, их изменениям и корреляционной зависимости. Определена доля вклада культуры земледелия и погоды (климатическая составляющая) в общей изменчивости урожайности зерновых культур. Дана оценка продуктивности климата и величины биоклиматического потенциала природно-климатических зон, а также рассчитана величина действительно возможной урожайности и ее прогноз в условиях производства.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретически обоснованы пути повышения стабильности урожайности и валового сбора зерна. На основе результатов исследований расширена площадь посева в зонах северной и южной лесостепи таких сортов зерновых культур, как Икар, Чернява 13 (яровая пшеница), Челябинский 99 (ячмень), Талисман, Перона и Мегион (овес), характеризующихся как высокой урожайностью, так и сравнительно повышенной экологической пластичностью. Материалы прогнозов урожайности зерновых культур используются производителями зерна юга Тюменской области при планировании организационно - хозяйственных работ и экономических показателей хозяйств в связи с их высокой оправдываемостью. Результаты исследований используются в учебном процессе в Государственном аграрном университете Северного Зауралья при подготовке магистрантов и аспирантов.

Методология и методы исследований. При выполнении исследований применяли математический и статистический анализ полученных результатов, интерпретацию и их обсуждение. Методом корреляционного анализа определяли зависимость урожайности зерновых культур с основными параметрами агрометеорологических условий. Рассчитывали уравнение линии тренда для определения динамики изменения урожайности зерновых культур за 30-летний период.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- на формирование урожайности зерновых культур в Северном Зауралье наибольшее влияние оказывает сумма осадков в первой декаде июня и июля;

- используемая методика прогнозирования урожайности и валового сбора зерновых культур позволяет добиться его высокой оправдываемости;

- разрыв между урожайностью зерновых культур в условиях государственного сортоиспытания и в условиях производства является следствием низкой реализации потенциала районированных сортов;

- районированные сорта зерновых культур характеризуются низкой стрес-соустойчивостью и экологической пластичностью.

Степень достоверности результатов исследований подтверждается достаточной выборкой (20-30 лет) анализируемых данных и их статистической обработкой.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на ученых советах агротехнологического института ГАУ Северного Зауралья (2010-2012); на международной конференции «420 лет земледелию Зауралья» (Тюмень, 2010), VI международной научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (Барнаул, 2011), международной научно-практической конференции «Научные исследования — основа модернизации сельскохозяйственного производства» (Тюмень, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них 3 - в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 166 страницах. Состоит из введения, шести глав, выводов, рекомендаций производству, содержит 36 таблиц и 10 приложений. Библиографический список включает 244 источника, в том числе 12 зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность научных исследований.

Глава 1. Агрометеорологические условия формирования урожайности зерновых культур, программирование и прогнозирование урожайности

(обзор литературы)

В главе приводится обзор литературы об агроклиматическом районировании юга Тюменской области и основах сельскохозяйственной оценки климата. Дается характеристика изменчивости и временной тенденции изменения агрометеорологических условий и урожайности зерновых культур, их корреляционной зависимости. Рассматривается проблема программирования урожайности, ее прогнозирования, а также вопросы адаптивности растениеводства.

Глава 2. Материал и методика проведения исследований

Для проведения исследований использовались данные Тюменского областного комитета государственной статистики о площади посева зерновых культур за 1996-2005 гг., а также их урожайности за 1976—2005 гг. в четырех районах области: Тобольском (зона I, тайга), Ярковском (зона II, подтайга), Ишимском (зона III, северная лесостепь) и Сладковском (зона IV, южная лесостепь).

Для характеристики агрометеорологических условий использовались материалы наблюдений метеостанций, расположенных в четырех природно-климатических зонах:

- Тобольск (зона I, тайга);

- Ярково (зона II, подтайга);

- Ишим (зона III, северная лесостепь);

- Сладково (зона IV, южная лесостепь).

Запасы влаги в метровом слое почвы на постоянных участках для инструментальных наблюдений, расположенных на вышеотмеченных метеостанциях, определяли согласно учебного пособия «Практикум по земледелию» (Вавильев, Туликов, Баздырев и др., 2004).

Изменчивость основных агроклиматических параметров, а также урожайности зерновых культур определялась по учебному пособию Б.А. Доспехова (1985). Для выявления тенденции изменения урожайности зерновых культур, а также среднесуточной температуры воздуха и суммы осадков за период с 1976 по 2005 год воспользовались уравнением прямой линии (уравнением прямой линии тренда) согласно учебного пособия Н.К.Никулина (1978).

Вклад, вносимый в общую дисперсию урожайности зерновых культур динамикой культуры земледелия (5а2) и, вклад, вносимый в общую дисперсию урожайности изменчивостью погоды (6т2) определялся соответственно по формулам, предложенным В.М. Пасовым (1986). Климатическая составляющая изменчивости урожайности (коэффициент устойчивости урожайности) определялась по В.М. Пасову (1986). Гидротермический коэффициент (ГТК) определялся по Г.Т. Селянинову (1928). Биоклиматический потенциал (БКП) и продуктивность климата определялись по формулам, предложенным соответственно П.И. Колосковым (1953) и Д.И. Шашко (1985).

Корреляционная связь урожайности зерновых культур с основными параметрами агрометеорологических условий периода вегетации, а также урожайности сортов с рядом параметров их продуктивности в различные по метеорологическим условиям годы определялась согласно учебному пособию Б.А. Доспехова (1985).

Действительно возможная урожайность (ДВУв) определялась по формуле, предложенной Ю.И.Ермохиным (2000), а прогноз урожайности зерновых культур—согласно уравнения, предложенного К.В.Кириличевой (1965; 1980).

Устойчивость сортов к стрессу (У2-У|), гдеУ2- минимальная урожайность; У, - максимальная урожайность, определялась по уравнению Россили и Хемб-лина (Rossielle A.A., Hamblin J., 1981) в изложении A.A. Гончаренко (2005), а индекс их экологической пластичности (ИЭП) - по формуле предложенной A.A. Грязновым (2000).

Глава 3. Характеристика основных параметров производства зерна

Площадь посева зерновых культур в целом по области в среднем за 1996—2005 гг. составила 669,8 тыс.га. Отмечено ее снижение за период 2001-2005 гг. по сравнению с 1996—2000 гг. на 53,2 тыс. га. Исследование производства зерна в разрезе районов соответствующих природно-климатических зон показало, что наименьшую среднюю площадь посева за вышеотмеченный период зерновые занимают в Тобольском районе (I зона, тайга - 8,8 тыс. га), а наибольшая она в Ишимском районе (III зона, северная лесостепь-71,7 тыс. га).

Изменчивость площади посева зерновых культур за период 1996-2005 гг. слабая в целом по области и в Ишимском районе (111 зона, северная лесостепь), средняя - в Сладковском районе (IV зона, южная лесостепь) и сильная - в Тобольском (I зона, тайга) и Ярковском (II зона, подтайга) районах.

Самой высокой средней урожайностью зерновые культуры характеризуются в северной лесостепной зоне (Ишимскнй р-н), а самая низкая она - в зоне южной лесостепи (Сладковский р-н). Отмечен рост средней урожайности за 1976-2005 гг. в направлении от зоны тайги (1,23 т/га - Тобольский р-н) к зоне северной лесостепи (1,79 т/га - Ишимский р-н) (таблица 1).

Таблица 1 — Урожайность зерновых культур в Тюменской области и ее

Годы min шах _ v,%

т/га год т/га год

Тюменская область

1976-1985 1,31 1976 1,84 1982 1,59 11,9

1986-1995 0,89 1989 2,14 1992 1,47 24,5

1996-2005 1.36 1998 2,41 2001 1,90 16,3

1976-2005 0,89 1989 2,41 2001 1,65 20,6

тайга (I), Тобольский район

1976-2005 0,72 1993 1,64 1987 1,23 17,9

подтайга (11), Ярковский район

1976-2005 1,02 2004 2,09 1992 1,49 20,8

северная лесостепь (III), Ишимский район

1976-2005 1,02 1976 2,70 1992 1,79 24,0

южная лесостепь (IV), Сладковский район

1976-2005 0,45 1994 2,14 2001 1,12 30,4

Изменчивость урожайности зерновых культур в целом по области за анализируемые периоды характеризуется средней величиной и повышалась в динамике 10-летних периодов вслед за ростом средней урожайности, особенно в 1986-1995 гг. В зависимости от природно-климатической зоны изменчивость урожайности за 30-летний период характеризуется величиной от средней до сильной.

Расчет уравнения линии тренда показал, что урожайность зерновых культур ежегодно повышалась в целом по Тюменской области на 0,018 т/га, а за период с 1976 по 2005 год она увеличилась на 0,52 т/га.

Среди анализируемых природно-климатических зон незначительное увеличение урожайности за 30-летний период выявлено в зоне тайги (0,06 т/га -Тобольский р-н) и южной лесостепи (0,23 т/га - Сладковский р-н). В северной лесостепи такое увеличение максимальное - 0,90 т/га (Ишимский р-н). В зоне подтайги (Ярковский р-н) наблюдалось ежегодное снижение урожайности зерновых культур на 0,008 т/га (таблица 2).

Таблица 2 - Уравнение линии тренда и изменение урожайности зерновых

культур за период с 1976 по 2005 гг. (п=30)

Область, природно-климатическая зона, район Коэффициент корреляции Уравнение тренда Урожайность, т/га

фактическая на начало периода на конец периода изменение за период

Тюменская область +0,46+0,17* у= 1,374+0,018п 1,65 1,39 1,91 +0,52

тайга (I) Тобольский +0,08±0,19 у=1,200+0,002п 1,23 1,20 1.26 +0,06

подтайга (II) Ярковский -0,22±0,18 у=1,616-0,008п 1,49 1,61 1,38 -0.23

северная лесостепь (III) Ишимский +0,64±0,14* у= 1,308+0,03 In 1,79 1,34 2.24 +0,90

южная лесостепь (IV) Сладковский +0,20±0,18 у=1,001+0,008п 1,12 1,01 1,24 +0,23

*- достоверно при tos

В целом по области, а также в зонах тайги, подтайги и южной лесостепи в общей изменчивости урожайности превалирует погодный компонент, от 11,0% (Тюменская область) до 23,7% (южная лесостепь, Сладковский р-н). Вклад культуры земледелия в общую дисперсию урожайности незначительный, как в целом по области (9,6%), так и природно-климатических зонах (от 1,5% тайга, Тобольский р-н до 6,2% южная лесостепь, Сладковский р-н). Исключение составляет зона северной лесостепи (Ишимский р-н), где вклад культуры земледелия в общую изменчивость больше погодного компонента и составляет 15,3% (таблица 3).

Таблица 3 - Компоненты изменчивости урожайности зерновых культур

и индекс её устойчивости, 1976—2005 гг.

Область, природно-климатическая зона, район Урожайность, т/га Изменчивость урожайности, % Индекс устойчивости урожайности (Ст)

общая компоненты

min шах культура земледелия погода

Тюменская область 0,89 2,41 1,65 20,6 9,6 11,0 0,18

тайга (I) Тобольский 0,72 1,64 1,23 17.6 1,5 16.1 0,18

подтайга (II) Ярковский 1,02 2,09 1,49 20,7 4,7 16,0 0,20

северная лесостепь (III) Ишимский 1.02 2,70 1,79 23,9 15,3 8,6 0,18

южная лесостепь (IV) Сладковский 0,45 2,14 1,12 29,9 6,2 23,7 0,29

Все это указывает на значительную зависимость зернового производства в данном регионе от средового фактора, а отсюда — необходимость, в первую очередь, внедрение в производство сортов, устойчивых к абиотическим факторам среды.

Вычленение из величины обшей изменчивости урожайности погодного компонента позволяет рассчитать индекс ее устойчивости. Исходя из величины индекса устойчивости, урожайность зерновых культур характеризуется как устойчивая в целом по области (Сш=0,18), а также в зонах тайги (Ст=0,18,Тобольский р-н), подтайги (Ст=0,20, Ярковский р-н) и северной лесостепи (Ст=0,18, Ишимский р-н).

В зоне южной лесостепи (Сладковский р-н) за анализируемый нами период урожайность зерновых культур умеренно устойчивая (Ст=0,29).

Глава 4. Агроклиматические условия природно-климатических зон и нх связь с урожайностью зерновых культур

В зависимости от уровня интенсификации земледелия от 20 до 30% величины урожайности сельскохозяйственных культур формируется за счет погодных условий (Лукин, Сушков, 2004).

Независимо от природно-климатической зоны наибольшая среднесуточная температура воздуха отмечена в июле (от 18,6 °С, тайга, до 19,3 "С, южная лесостепь). Анализ среднесуточной температуры воздуха по декадам июня и июля показал, что ее значения также наиболее высокие в июле, но только в первой и второй декадах.

Изменчивость среднесуточной температуры воздуха в мае, июне и августе, а также по декадам июня и июля характеризуется средней величиной. В целом в июле, а также за май-август ее изменчивость слабая (за май-август от 6,7%, южная лесостепь, до 7,9%, северная лесостепь). Расчет уравнения линии тренда изменения среднесуточной температуры воздуха за период с 1976 по 2005 год выявил, что наибольшее ее повышение отмечено в зоне подтайги и северной лесостепи - на 1,4 °С, а наименьшее - в южной лесостепи — на 1,1 °С.

Анализ зависимости урожайности зерновых культур в разрезе природно-климатических зон со среднесуточной температурой воздуха показал, что она в мае положительно слабо недостоверно коррелирует с урожайностью в зонах тайги (г=+0,14±0,19) и северной лесостепи (г=+0,10±0,19). В остальных природно-климатических зонах связь отрицательная слабая недостоверная.

Связь урожайности зерновых культур со среднесуточной температурой воздуха в целом за июнь и июль, а также трех их декад отрицательная, от слабой до средней, в том числе достоверная в северной и южной лесостепной зонах за июнь (соответственно г =-0,38±0,17 и г =-0,44±0,17) и в зонах подтайги и южной лесостепи за июль (соответственно г =-0,38±0,17 и

г =-0,40±0,17). Исходя из коэффициентов корреляции можно заключить, что среднесуточная температура воздуха второй и третьей декады июля в наибольшей степени отрицательно влияют на формирование урожайности зерновых культур в регионе. Среднесуточная температура воздуха августа отрицательно

слабо коррелирует с урожайностью зерновых культур во всех природно-климатических зонах.

По данным наших исследований годовая сумма осадков в среднем за 1976-2005 гг. варьирует от 393,1 (северная лесостепь) до 483,8 мм (подтайга), а их изменчивость средняя и характеризуется тенденцией незначительного снижения в направлении от зоны тайги к южной лесостепи. В зоне подтайги сумма осадков за период сентябрь-апрель и май-август характеризуется практически равной величиной, а в остальных природно-климатических зонах осадков больше выпадает за период май-август (от 52,3% от годовой суммы в зоне тайги до 55,5% в южной лесостепи). Наибольшей изменчивостью сумма осадков в целом за год и за период май-август характеризуется в зоне тайги, а за период сентябрь-апрель - в северной лесостепной зоне (21,6%). Меньше всего осадков за период май-август во всех природно-климатических зонах выпадает в мае от 32,5 (северная лесостепь) до 42,0 мм (тайга).

Независимо от природно-климатической зоны в июле выпадает осадков больше, чем в июне. Их доля за период май-август колеблется от 30,2% (тайга) до 33,4 % (подтайга).

Согласно уравнения линии тренда за период сентябрь-апрель отмечено повышение суммы осадков за 30-летний период во всех природно-климатических зонах, от 17,2 (южная лесостепь) до 82,8 мм (тайга). За май-август в зонах тайги и подтайги наблюдается недостоверное снижение суммы осадков, а в северной и южной лесостепной зонах за тот же период -недостоверное их повышение (соответственно на 12,4, и 41,8 мм).

Независимо от природно-климатической зоны сумма осадков за май проявляет положительную слабую зависимость с урожайностью зерновых культур (таблица 4).

Таблица 4 - Связь урожайности зерновых культур с суммой осадков

вегетационного периода, 1976-2005 гг. (п=30)

Природно-климатическая зона, район

Месяц, тайга (I), подтайга (II), северная лесо- южная лесостепь

декада Тобольский Ярковский степь (III), (IV), Сладковский

Ишимский

Май +0,15±0,19 +0,19±0,18 +0,20±0,18 +0,20±0,18

Июнь +0,28±0,18 +0,28±0,18 +0,30±0,18 +0,30±0,18

I +0,26±0,18 +0,37±0,18* +0,33±0,18 +0,38±0,18*

II +0,15±0,19 +0,22±0,18 +0,25±0,18 +0,25±0,18

III +0,10±0,19 +0,18±0,18 +0,20±0,18 +0,21±0,18

Июль +0,26±0,18 +0,22±0,18 +0,25±0,18 +0,27±0,18

I +0,22±0,18 +0,24±0,18 +0,28±0,18 +0,32±0,18

И +0,15±0,19 +0,18±0,18 +0,20±0,18 +0,22±0,19

III +0,10±0,19 +0,12±0,19 +0,12±0,19 +0,15±0,19

Август -0,07±0,19 -0,05±0,19 +0,03±0,19 +0,06±0,19

* - достоверно при tos

Между урожайностью зерновых культур и суммой осадков в нюне независимо от природно-климатической зоны выявлена положительная слабая зависимость. Наибольшие ее значения отмечены в зонах северной и южной лесостепи. Наиболее тесная связь выявлена между урожайностью зерновых культур и суммой осадков за первую декаду июня.

Связь урожайности зерновых культур с суммой осадков за июль во всех природно-климатических зонах характеризуется положительной слабой величиной. Наибольшие ее значения выявлены в условиях зоны тайги (г=+0,26±0,18) и южной лесостепи (г=+0,27±0,18). Определение зависимости урожайности с суммой осадков по декадам июля показало, что наиболее высокие ее положительные значения отмечены в первой декаде. Связь между суммой осадков в августе и урожайностью нами практически не выявлена.

Проведенный анализ позволяет сделать заключение, что на формирование урожайности зерновых культур в Северном Зауралье наибольшее влияние оказывает сумма осадков в июне и июле, особенно, в первой и второй декадах.

Расчет гидротермического коэффициента (ГТК) за отдельные месяцы вегетационного периода за 1996-2005 гг. выявил наименьшее его значение независимо от природно-климатической зоны в июне и июле. Наибольшее значение ГТК в мае, июне, июле и августе отмечено в зоне тайги, от 1,5 в июне до 2,5 в мае.

Изменчивость гидротермического коэффициента сильная во всех природно-климатических зонах независимо от анализируемого периода. Исходя из величины показателя ГТК за май-август за 1996-2005 гг., зоны тайги и подтайги характеризуются, соответственно, как избыточно влажная и влажная, а зоны северной и южной лесостепи - полувлажные.

В направлении от зоны тайги к южной лесостепи независимо от анализируемого периода (май, июнь, июль, август) за 1986-2005 гг. выявлена тенденция повышения как максимального, так и среднего дефицита влажности воздуха. Так, средние его значения в июне изменяются от 7,5 мб в зоне тайги до 8,6 мб в зоне южной лесостепи. Изменчивость показателя дефицита влажности воздуха в целом характеризуется средней величиной.

Расчет корреляционной зависимости между урожайностью зерновых культур и дефицитом влажности воздуха в июне и июле, то есть в периоды прохождения наиболее критических фаз в развитии зерновых культур в отношении уровня увлажнения - выход в трубку и колошение (выметывание), показал, что связь между вышеотмеченными параметрами характеризуется во всех природно-климатических зонах отрицательной от слабой до средней величиной. Все коэффициенты корреляции достоверные и варьируют от -0,45±0,21 в подтайге до -0,62±0,18 в северной лесостепной зоне.

Проведенные исследования показали, что урожайность зерна, в среднем по анализируемым сортам яровой пшеницы, характеризуется значительным размахом варьирования при сравнении лет с низким (неблагоприятные годы) и высоким (благоприятные годы) уровнем урожайности, от 0,26 (северная лесостепь, Ишимский ГСУ) до 3,03 т/га (подтайга, Нижнетавдинекий ГСУ). В це-

лом, такое варьирование урожайности более значительное в зонах тайги и под-тайги по сравнению с лесостепной зоной.

Глава 5. Бноклнматический потенциал и продуктивность климата природно-климатических зон

В связи с тем, что основные фазы развития зерновых культур и, в частности, кущение, выход в трубку, колошение (выметывание), приходится на период июнь-июль в изучаемом регионе, большое значение имеет знание агрометеорологических условий в период развития зерновых культур. Исходя из этого, расчет биоклиматического потенциала в изучаемых природно-климатических зонах проводился нами за вышеуказанный период.

Биоклиматический потенциал в различных природно-климатических зонах Тюменской области за июнь - июль за период с 1996 по 2005 год характеризуется сравнительно низкой величиной и значительной вариабельностью (таблица 5).

Таблица 5 - Биоклиматический потенциал природно-климатических зон

за июнь-июль и его изменчивость, 1996—2005 гг.

Биоклиматический потенциал (БКП) Природно-климатическая зона, район

тайга (I), Тобольский подтайга (II), Ярковский северная лесостепь (III), Ишимский южная лесостепь (IV), Сладковский

Мт 1,00 0,99 0,68 0,73

Мах 2,59 1,98 1,60 1,72

1,59 1,52 1,11 1,13

V, % 24,5 23,0 28,8 30,1

Отмечена тенденция снижения среднего значения величины биоклиматического потенциала в направлении от зоны тайги (1,59) к зоне южной лесостепи (1,13).

Связь биоклиматического потенциала с урожайностью зерновых культур во всех природно-климатических зонах положительная и характеризуется средней недостоверной величиной. Наиболее высокая зависимость между данными параметрами выявлена нами в условиях северной (г= +0,60±0,28) и южной (г=+0,52±0,30) лесостепной зоны.

Продуктивность климата природно-климатических зон Северного Зауралья характеризуется сравнительно низкой величиной. Наибольшие ее значения отмечены нами в зоне северной лесостепи (п=2,00), а самая низкая продуктивность климата в южной лесостепной зоне (п = 0,64).

Глава 6. Программирование, прогнозирование урожая и оценка сортов зерновых культур по параметрам экологической устойчивости

В основе программирования урожаев лежит требование удовлетворения потребностей растений в жизненно важных ресурсах для формирования заданного урожая (Каюмов, 1989). Методы прогноза урожайности, в частности зер-

новых культур, в основе которых лежат такие показатели как запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы, элементы структуры урожайности растений, разрабатывались Л.В. Процеровым (1967), К.В.Киршшчевой (1973,1980), В.П.Пономаревым (1974), Е.С.Улановой (1988).

В условиях интенсификации растениеводства дальнейший рост продуктивной урожайности в значительной степени (на 50 % и более) обусловлен оптимизацией взаимодействия в системе «генотип - среда» (Жученко, 1988; Пин-чук, Кондратенко, Ефремова, 2008). Если сорт не обладает генетической «гибкостью» к широкому спектру природно-климатических условий, то он не может противостоять действию различных биотических и абиотических стрессов.

Расчет действительно возможной урожайности зерновых культур в различных природно-климатических зонах показал, что наибольшая ее величина отмечена в зоне тайги (3,72 т/га), а наименьшая - в южной лесостепи (1,99 т/га), что напрямую связано с уровнем влагообеспеченности посевов. Независимо от природно-климатической зоны самая высокая действительно возможная урожайность отмечена у ячменя - от 2,06 (южная лесостепь) до 3,85 т/га (тайга), как следствие более экономного водопотребления (115 мм/т).

Фактическая средняя урожайность зерновых культур за 2003-2008 гг. ниже уровня действительно возможной во всех природно-климатических зонах и, особенно, в зонах тайги (-2,34 т/га) и подтайги (-1,66 т/га).

Основная причина низкой урожайности в производстве по сравнению с действительно возможной в большинстве числе природно-климатических зон кроется в неудовлетворительном прогнозе погоды, недостатках в агротехнике, организации производства, внедрении сортов с низкой отзывчивостью на улучшение условий и, в частности, на повышенный уровень влагообеспеченности.

Отделом агрометеорологии Тюменского ЦГМС ежегодно проводится прогноз урожайности и валового сбора зерновых культур в хозяйствах юга Тюменской области. Как видно из представленных данных (таблица 6), оправдывае-мость прогнозов высокая, и в среднем, за анализируемые годы по урожайности составляет 91%, а по валовому сбору 87%.

Таблица 6 - Прогноз урожайности и валового сбора зерновых культур и

их оправдываемость во всех категориях хозяйств _сельскохозяйственной зоны юга Тюменской области

Год Площадь Урожайность, т/га Валовой сбор, тыс.т Оправдываемость, %

посева, прогноз фактиче- прогноз фактиче- урожай- валового

тыс.га ская * ский* ности сбора

2007 616,0 20 20,8 1347,8 1271,1 96 94

2008 689,1 19 19,6 1370,9 1238,4 97 90

2009 719,9 19 21,2 1424,3 1525,1 90 93

2010 707,7 19 18,1 1420,5 1232,0 95 85

2011 730,9 20 26,9 1446,6 1921,0 78 75

* после доработки с убранной площади

Наиболее высокая оправдываемость прогноза урожайности отмечена в 2008 г. - 97% (1,96 т/га - фактическая урожайность, 1,90 т/га - прогноз урожайности), а прогноза валового сбора - в 2007 г., который составил 94% (1271,1 тыс. т - фактический валовой сбор, 1347,8 тыс. т - прогноз валового сбора).

Потенциальная урожайность современных сортов зерновых культур в годы с благоприятным комплексом агрометеорологических условий достигают 3-4 т/га и выше. Вместе с тем реальная средняя урожайность в областях Западной Сибири находится в пределах 1,2-1,4 т/га (Гончаров Н.П., Гончаров П.Л. 2009).

Расчет величины реализации потенциала урожайности зерновых культур в условиях производства по сравнению с урожайностью в госсортоиспытании, которая принята за потенциальную, показал, что она сравнительно низкая в большинстве хозяйств районов соответствующих природно-климатических зон за анализируемые нами годы (таблица 7).

Таблица 7 - Реализация потенциала урожайности зерновых культур

в условиях производства

Природно-климатическая зона Год *Урожайность в госсортоиспытании, т/га Урожайность в производстве

т/га реализация по сравнению с урожайностью в госсортоиспытании, %

тайга (I) Тобольский ГСУ Тобольский район

2007 2,65 1,45 54,7

2008 1,62 1,29 79,6

2009 2,92 1,42 48,6

2007-2009 2,40 1,39 57,9

подтайга (II) Нижнетавдинский ГСУ Нижнетавдинский район

2007 3,70 2,14 57,8

2008 2,60 2.34 90,0

2009 4,23 2,50 59,1

2007-2009 3,51 2,33 66,4

северная лесостепь (III) Ишимский ГСУ Ишимский район

2007 4,25 2,61 61,4

2008 3,69 2,26 61,2

2009 3,58 2,50 69,8

2007-2009 3,84 2,46 64,1

южная лесостепь (IV) Бердюжский ГСУ Бердюжский район

2007 2,24 1,88 83,9

2008 1,32 1,69 128

2009 2,66 2,55 95,9

2007-2009 2,07 2,04 98,6

* предшественник — зерновые, однолетние травы

По данным наших исследований наибольшая величина реализации потенциала урожайности зерновых культур выявлена в условиях тайги и подтайги в 2008 году (соответственно 79,6 - Тобольский р-н и 90,0% - Нижнетавдинский р-н). В северной лесостепной зоне наибольшая величина реализации потенциала урожайности отмечена в 2009 г. (69,8% - Ишимский р-н), а в условиях южной лесостепи - она высокая во все годы исследования.

Главная причина низкой величины реализации потенциала урожайности в производстве, по сравнению с госсортоиспытанием, в первую очередь связана с недостаточно высокой адаптивностью районированных сортов зерновых культур, а также с более низким уровнем культуры земледелия в производстве по сравнению с ГСУ, что и позволяет формировать на госсортоучастках высокую урожайность, которую и можно рассматривать как потенциальную.

Нами проведена оценка продуктивности и экологической пластичности, допущенных к использованию сортов зерновых культур по данным их урожайности в госсортоиспытании за 2003-2008 гг. в различных природно-климатических зонах Тюменской области.

Изучалось по три сорта каждой зерновой культуры, которые районированы в целом по области и соответственно занимают основные площади посева вы-шеотмеченных культур.

Наибольшая урожайность сортов зерновых культур в среднем за 2003-2008 гг. отмечена в зонах подтайги и северной лесостепи. В зоне тайги яровая пшеница и овес превышают по урожайности ячмень, а в зонах подтайги и лесостепи более урожайными являются ячмень и овес.

Независимо от природно-климатической зоны наибольшей средней урожайностью у яровой пшеницы характеризуется сорт Икар (от 2,82 т/га, южная лесостепь, до 4,23 т/га, северная лесостепь). В зонах тайги и подтайги лучшими по урожайности сортами ячменя являются соответственно Аннабель и Ача, а в зонах северной и южной лесостепи - Челябинский 99. В зонах тайги, подтайги и северной лесостепи наибольшей урожайностью у овса характеризуется сорт Талисман (от 3,26 т/га, тайга, до 4,47 т/га, северная лесостепь), а в зоне южной лесостепи лучшим по урожайности является сорт Перона (4,30 т/га).

Изменчивость урожайности сортов сильная независимо от природно-климатической зоны и культуры. Наиболее высокие показатели вариации урожайности у сортов всех культур отмечены в южной лесостепной зоне, а сравнительно низкие они в зоне подтайги.

Важным показателем адаптивности сортов является показатель их стрессо-устойчивости (разность между минимальной и максимальной урожайностью, У2-У]). Чем меньше разрыв между У2-Уь тем выше стрессоустойчивость сорта.

Проведенные исследования показали, что устойчивость к стрессу у большинства сортов зерновых культур сравнительно низкая. Наиболее высокой устойчивостью к стрессу у яровой пшеницы характеризуются сорта Омская 36 (2,09 — тайга; -1,91 - северная и южная лесостепь), Икар (-1,85 — подтайга). У ячменя лучшими сортами по этому показателю являются Челябинский 99 (-1,63 - тайга; -1,58 - подтайга; -3,12 - южная лесостепь) и Аннабель (-2,64 -северная

лесостепь), а у овса - Мегион (-2,28 - тайга, -2,03 - подтайга, -2,47 - северная лесостепь) и Талисман (-3,02 — южная лесостепь).

Проведенные исследования показали, что районированный сортимент зерновых культур независимо от природно-климатической зоны характеризуется сравнительно низкой экологической пластичностью (ИЭП), на что указывают близкие к единице индексы экологической пластичности у большинства сортов. Наиболее высокие значения ИЭП у яровой пшеницы независимо от природно-климатической зоны отмечены у сортов Икар, у ячменя - у сортов Аннабель (тайга), Ача (подтайга) и Челябинский 99 (северная и южная лесостепь), а овса - у сортов Перона (тайга) и Талисман (подтайга, северная и южная лесостепь).

Ранжировка зерновых культур по мере снижения величины индекса экологической пластичности сортов позволила расположить их в следующем порядке: овес, ячмень, яровая пшеница.

Обобщенная оценка сортов зерновых культур по величине средней урожайности, стрессоустойчивости и индексу экологической пластичности позволила выделить наиболее ценные у яровой пшеницы - Икар (тайга, подтайга) и Чернява 13 (северная и южная лесостепь), у ячменя - Челябинский 99 (во всех природно-климатических зонах), овса — Талисман (тайга, южная лесостепь), Перона (подтайга) и Мегион (северная лесостепь).

ВЫВОДЫ:

1. Выявлено повышение средней урожайности зерновых культур в направлении от зоны тайги (1,23 т/га) к зоне северной лесостепи (1,49 т/га). Изменчивость урожайности в целом по области характеризуется средней величиной, а в зависимости от природно-климатической зоны она варьирует от средней до сильной и проявляет тенденцию повышения вместе с ростом урожайности в динамике лет анализируемого периода (1976-2005 гг.).

2. Согласно уравнения линии тренда урожайность зерновых культур в целом по Тюменской области за период с 1976 по 2005 год ежегодно повышалась на 0,018 т/га. В зоне тайги и южной лесостепи выявлено незначительное увеличение урожайности, а в северной лесостепи такое увеличение максимальное -0,90 т/га. В зоне подтайги наблюдалось ежегодное снижение урожайности зерновых культур на 0,008 т/га.

3. В целом по области, а также в зонах тайги, подтайги и южной лесостепи в общей изменчивости урожайности превалирует погодный компонент. Вклад культуры земледелия в общую дисперсию урожайности незначительный как в целом по области, так и природно-климатических зонах

4. Исходя из величины индекса устойчивости (Ст), урожайность зерновых культур характеризуется как устойчивая в целом по области, а также в зонах тайги, подтайги и северной лесостепи. В зоне южной лесостепи за анализируемый период урожайность умеренно устойчивая.

5. Согласно уравнения линии тренда за период с 1976 по 2005 гг. выявлено повышение среднесуточной температуры воздуха за май-август во всех при-

родно-климатических зонах при максимуме в зонах подтайги и северной лесостепи.

6. Зависимость между урожайностью зерновых культур и среднесуточной температурой воздуха мая (подтайга и южная лесостепь), а также июня, июля и августа во всех природно-климатических зонах отрицательная от слабой до средней достоверной. Положительная слабая связь отмечена только в зонах тайги и северной лесостепи в мае.

7. Согласно уравнения линии тренда за период сентябрь-апрель отмечено повышение суммы осадков за 30-летний период (1976-2005 гг.) во всех природно-климатических зонах, от 17,2 (южная лесостепь) до 82,8 мм (тайга). За май-август наблюдается недостоверное снижение суммы осадков в зонах тайги и подтайги, а в северной и южной лесостепной зонах - недостоверное ее повышение.

8. Независимо от природно-климатической зоны сумма осадков за май, июнь и июль проявляет положительную слабую зависимость с урожайностью зерновых культур. Наиболее тесная связь выявлена между урожайностью и суммой осадков за первую декаду июня и июля, где она положительная средняя, в том числе достоверная в зоне подтайги и южной лесостепи. Связь между суммой осадков в августе и урожайностью нами практически не выявлена.

9. Исходя из величины биоклиматического потенциала природно-климатических зон выделено 5 уровней биологической продуктивности с различной долей лет за период с 1996 по 2005 гг.: очень низкая (III, IV зоны), низкая (I, II, III, IV зоны), пониженная (I, II, III, IV зоны), средняя (I, II, IV зоны) и повышенная (I зона).

10. Фактическая средняя урожайность зерновых культур за 2003-2008 гг. значительно уступает во всех природно-климатических зонах действительно возможной урожайности, а также потенциалу средней урожайности сортов в условиях ГСУ.

11. Наиболее высокая оправдываемость прогноза урожайности зерновых культур независимо от анализируемых районов выявлена в зонах подтайги и северной лесостепи, а в целом по области в 2007 и 2008 годах.

12. Районированные сорта зерновых культур характеризуются сравнительно низкой стрессоустойчивостью и экологической пластичностью, особенно в зоне северной и южной лесостепи.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Повышение среднесуточной температуры воздуха за май-август во всех природно-климатическим зонах, исходя из уравнения линии тренда, указывает на необходимость расширения в производстве площади посева сортов зерновых культур с повышенным уровнем засухоустойчивости, таких как Чернява 13, Икар, Омская 36 (яровая пшеница), Челябинский 99 (ячмень), Мегион (овес).

2. Для повышения стабильности урожайности и валового сбора зерна необходимо значительно расширить площадь посева в зонах северной и южной

лесостепи таких сортов зерновых культур как Икар, Чернява 13 (яровая пшеница), Челябинский 99 (ячмень), Талисман, Перона и Мегион (овес), характеризующихся как высокой урожайностью, так и сравнительно повышенной экологической пластичностью.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ

1. Журавлева H.H. Изменения урожайности яровой пшеницы в различные по метеоусловиям годы / H.H. Журавлева, В.А. Сапега, Г.Ш. Турсумбекова // Земледелие. - 2010. - № 1. - С. 35-36.

2. Сапега В.А. Характеристика агрометеорологических условий почвенно-климатических зон Северного Зауралья и их связь с урожайностью зерновых культур / В.А. Сапега, H.H. Журавлева // Достижения науки и техники АПК. -

2011.-№ 1.-С. 11-13.

3. Сапега В.А. Биоклиматический потенциал почвенно-климатических зон Северного Зауралья / В.А. Сапега, Г.Ш. Турсумбекова, H.H. Журавлева, C.B. Сапега // Вестник ТГУ. - 2011. - № 4. - С. 41-44.

Публикации в других изданиях

4. Сапега В.А. Урожайность зерновых культур и ее связь с метеорологическими условиями вегетационного периода в Тюменской области / В.А. Сапега, H.H. Журавлева // Зерновое хозяйство. -2008.-№ 3. - С. 1-3.

5. Журавлева H.H. Характеристика влагообеспеченности и ее связь с урожайностью зерновых культур в лесостепи Северного Зауралья / H.H. Журавлева, В.А. Сапега // Вестник ТГСХА. - 2009. - № 3(10). - С. 16-20.

6. Журавлева H.H. Урожайность зерновых культур и возможность ее программирования / H.H. Журавлева, В.А. Сапега, Г.Ш. Турсумбекова, C.B. Сапега / Перспективы инновационного развития АПК: Сб. мат. междунар. науч.-практ. конф., посвященной 420-летию земледелия Зауралья. - Тюмень: ТГСХА, 2010. -С. 252-261.

7. Сапега В.А. Биоклиматический потенциал и урожайность зерновых культур в Северном Зауралье / В.А. Сапега, Г.Ш. Турсумбекова, C.B. Сапега, H.H. Журавлева // Вестник ТГСХА. - 2010. - № 4 (15). - С. 36-40.

8. Журавлева H.H. Характеристика суммы осадков и ее связь с урожайностью зерновых культур в различных почвенно-климатических зонах Северного Зауралья / H.H. Журавлева / Аграрная наука - сельскому хозяйству. Сб. мат. VI Междунар. науч.-практ. конф. - Барнаул, 2011. - Кн. 2. - С. 360-362.

9. Сапега В.А. Характеристика среднесуточной температуры воздуха в зависимости от экологических условий почвенно-климатических зон Северного Зауралья и ее связь с урожайностью зерновых культур / В.А. Сапега, H.H. Журавлева / Научные исследования - основа модернизации сельскохозяйственного производства: Сб. мат. междунар. науч.-практ.конф. - Тюмень: ТГСХА, 2011.-С. 114-117.

Подписано в печать 05.09.2013 г. Тираж 130 экз. Печать трафаретная. Заказ 072. Отпечатано в печатном цехе «Ризограф» ГАУ Северного Зауралья 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Журавлева, Наталья Николаевна, Тюмень

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СЕВЕРНОГО ЗАУРАЛЬЯ»

На правах рукописи

04201364266

ЖУРАВЛЕВА НАТАЛЬЯ НИКОЛАЕВНА

УРОЖАЙНОСТЬ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР И АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЕЕ ФОРМИРОВАНИЯ В

СЕВЕРНОМ ЗАУРАЛЬЕ

Специальность 06.01.01 - Общее земледелие, растениеводство

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор В.А.Сапега

Тюмень - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................. 4

1 АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ УРОЖАЙНОСТИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР, ПРОГРАММИРОВАНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УРОЖАЙНОСТИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)...... 9

1.1 Агроклиматическое районирование юга Тюменской области, основы сельскохозяйственной оценки климата и требования зерновых культур к агрометеорологическим условиям........................................................ 9

1.2 Изменчивость и временная тенденция изменения агрометеорологических условий и урожайности зерновых культур, их корреляционная связь.................................................................. 22

1.3 Программирование урожайности, ее прогнозирование и проблема адаптивности растениеводства....................................................... 35

2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ...... 44

2.1 Материал исследований........................................................ 44

2.2 Методика проведения исследований.......................................... 45

ГЛАВА 3 ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ПРОИЗВОДСТВА ЗЕРНА.............................................................. 50

3.1 Площадь посева и урожайность зерновых культур........................ 50

3.2 Динамика изменения и величина устойчивости урожайности зерновых культур........................................................................ 60

ГЛАВА 4 АГРОКЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ЗОН И ИХ СВЯЗЬ С УРОЖАЙНОСТЬЮ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР.................................................................. 66

4.1 Сумма эффективных температур, среднесуточная температура воздуха и их связь с урожайностью.................................................. 66

4.2 Сумма осадков, запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы

и их связь с урожайностью............................................................. 75

t

4.3 Гидротермический коэффициент, дефицит влажности воздуха и их связь с урожайностью.................................................................... 88

4.4 Характеристика урожайности и ее связь с количественными признаками у сортов яровой пшеницы в различных метеорологических условиях вегетационного периода.................................................... 95

ГЛАВА 5 БИОКЛИМАТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ И ПРОДУКТИВНОСТЬ КЛИМАТА ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ЗОН.......................................................................................... 100

ГЛАВА 6 ПРОГРАММИРОВАНИЕ, ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УРОЖАЯ И ОЦЕНКА СОРТОВ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР ПО ПАРАМЕТРАМ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ............................................ 107

6.1 Программирование и прогнозирование урожайности................................................................................ 107

6.2 Реализация урожайности зерновых культур в производстве и

адаптивный потенциал сортов зерновых культур.................................... 113

ВЫВОДЫ................................................................................... 125

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.............................................. 127

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................... 128

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................................................ 152

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Важнейшей задачей земледелия является всемерное повышение урожайности и дальнейший рост производства зерна на основе применения научно обоснованных систем ведения хозяйства (Зубаилова, 1982).

Климатические и погодные условия оказывают большое влияние на сельскохозяйственное производство. Они в значительной мере определяют урожай сельскохозяйственных культур, качество продукции, затраты не ее производство и особенности агротехнических мероприятий (Шашко,1985; Алабушев,2011).

Исследования в области «климат - урожай» приобрели широкий размах, однако разброс оценок и мнений экспертов о климатическом потенциале продолжает оставаться очень значительным. Продуктивность агроценозов зависит от многих факторов среды их обитания, среди которых климатические и погодные занимают существенное место (Аблова, 2005).

Климат и сельскохозяйственное производство тесно связаны между собой. В основе этой взаимосвязи лежит система агроклиматических показателей роста, развития и продуктивности растений. Принятые в настоящее время системы земледелия ориентированы на среднеклиматические ресурсы, которые проявляются лишь один раз за 4-5 лет и поэтому они не могут повысить устойчивость производства зерна. Климатическая ориентация земледелия должна охватывать регулирование направленности почвообразовательных процессов, управление факторами роста и развития растения в условиях изменчивости ресурсов тепла и влаги по годам и периодам (Конев, 1991).

В большинстве регионов климатически обусловленная составляющая является преобладающей в изменчивости урожайности основных сельскохозяйственных культур. Уменьшить зависимость урожайности от погодных условий можно агротехническими приемами, однако полностью исключить ее невозможно.

Ожидается, что дальнейшее повышение урожайности произойдет как за счет достижений в области селекции и агротехники, так и благодаря совершенствованию путей получения информации о климате и его влиянии на продуктивность сельскохозяйственных культур. При возделывании зерновых культур учет условий климата и погоды необходим при выборе сорта, разработке мероприятий по лучшему использованию ресурсов тепла и влаги, планировании сроков полевых работ, сева, уборки и т.д. Внедряемый в производство сорт должен обладать высокой продуктивностью, то есть максимально использовать ресурсы света, тепла и влаги, которыми располагает данная территория, а также давать высокое качество зерна.

В связи с этим для получения высоких и устойчивых урожаев зерновых культур в Северном Зауралье актуальным является необходимость оценки потенциала урожайности зерновых культур, агроклиматических условий ее формирования, их корреляционной зависимости, а также внедрения в производство адаптивных сортов как основного элемента стабилизации производства зерна в регионе.

Степень разработанности темы. Значительный вклад отечественных ученых в разработку вопросов влияния на урожайность сельскохозяйственных культур агрометеорологических факторов, а также программирования и прогнозирования урожайности, адаптивности растениеводства был сделан В.М. Пасовым, Ф.Ф. Давитая, П.И. Колосковым, С.А. Сапожниковой, Г1.И. Селяниновым, А.П. Федосеевым, М.К. Каюмовым, Е.С. Улановой, Ю.И. Ермохиным, A.A. Жученко, В. А. Зыкиным, A.A. Гончаренко. Однако вышеотмеченные исследования в разрезе природно-климатических зон и, в частности, Тюменской области, ранее не проводились.

Цель исследований: оценка урожайности зерновых культур и агроклиматических условий ее формирования, расчет их корреляционной зависимости, а также программирование и прогноз урожайности в различных природно-климатических зонах Северного Зауралья.

Задачи исследований:

1. Дать характеристику урожайности зерновых культур и выявить ее изменение за 30-летний период по изменению линии тренда в различных природно-климатических зонах.

2. Определить вклад погодного компонента (климатической составляющей) в общей изменчивости урожайности и дать оценку устойчивости урожайности в различных природно-климатических зонах.

3. Дать оценку основным параметрам агрометеорологических условий вегетационного периода в различных природно-климатических зонах, выявить их изменение за 30-летний период по изменению линии тренда, а также определить корреляционную зависимость урожайности зерновых культур с основными параметрами агрометеорологических условий вегетационного периода.

4. Определить действительно возможную урожайность зерновых культур, а также дать прогноз урожайности и оценить его оправдываемость в различных природно-климатических зонах.

5. Дать оценку реализации потенциала урожайности зерновых культур в условиях производства, а также оценку основным районированным сортам зерновых культур по стрессоустойчивости и экологической пластичности.

Научная новизна работы. Впервые в различных природно-климатических зонах Северного Зауралья за 30-летний период дана характеристика урожайности зерновых культур и основным параметрам агрометеорологических условий, их изменениям и корреляционной зависимости. Определена доля вклада культуры земледелия и погоды (климатическая составляющая) в общей изменчивости урожайности зерновых культур. Дана оценка продуктивности климата и величины биоклиматического потенциала природно-климатических зон, а также рассчитана величина действительно возможной урожайности и ее прогноз в условиях производства.

Практическая и теоретическая значимость работы. Теоретически обоснованы пути повышения стабильности урожайности и валового сбора зерна.

На основе результатов исследований расширена площадь посева в зонах северной и южной лесостепи таких сортов зерновых культур, как Икар, Чернява 13 (яровая пшеница), Челябинский 99 (ячмень), Талисман, Перона и Мегион (овес), характеризующихся как высокой урожайностью, так и сравнительно повышенной экологической пластичностью. Материалы прогнозов урожайности зерновых культур используются производителями зерна юга Тюменской области при планировании организационно - хозяйственных работ и экономических показателей хозяйств в связи с их высокой оправдываемостью. Результаты исследований используются в учебном процессе в Государственном аграрном университете Северного Зауралья при подготовке магистрантов и аспирантов.

Методология и методы исследований. При выполнении исследований применяли математический и статистический анализ полученных результатов, интерпретацию и их обсуждение. Методом корреляционного анализа определяли зависимость урожайности зерновых культур с основными параметрами агрометеорологических условий. Рассчитывали уравнение линии тренда для определения динамики изменения урожайности зерновых культур за 30-летний период.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- на формирование урожайности зерновых культур в Северном Зауралье наибольшее влияние оказывает сумма осадков в первой декаде июня и июля;

- используемая методика прогнозирования урожайности и валового сбора зерновых культур позволяет добиться его высокой оправдываемости;

разрыв между урожайностью зерновых культур в условиях государственного сортоиспытания и в условиях производства является следствием низкой реализации потенциала районированных сортов;

- районированные сорта зерновых культур характеризуются низкой стрессоустойчивостью и экологической пластичностью.

Степень достоверности результатов проведенных исследований

подтверждается достаточной выборкой (20-30 лет) анализируемых данных и их статистической обработкой.

Апробация работы. Основные результаты исследований и положения диссертационной работы были опубликованы в 9 работах, из них 3 работы в журналах рекомендуемых ВАК. Материалы диссертации доложены на ученых советах агротехнологического института ГАУ Северного Зауралья (2010-2012); на международной конференции «420 лет земледелию Зауралья» (Тюмень, 2010), VI международной научно-практической конференции «Аграрная наука -сельскому хозяйству» (Барнаул, 2011), международной научно-практической конференции «Научные исследования - основа модернизации сельскохозяйственного производства» (Тюмень, 2011).

1 АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ УРОЖАЙНОСТИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР, ПРОГРАММИРОВАНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УРОЖАЙНОСТИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1 Агроклиматическое районирование юга Тюменской области, основы сельскохозяйственной оценки климата и требования зерновых культур к

агрометеорологическим условиям

Территория Тюменской области расположена в основном в бассейне нижнего течения рек Оби и Иртыша, в пределах Западно-Сибирской низменности.

Южная часть области сравнительно небольшая, 160,1 гыс. км2. Почти вся ее территория представляет собой равнину со слабо выраженными широкими речными долинами и невысокими увалами (Агроклиматический справочник, 1960; Агроклиматические ресурсы..., 1972; Бакулин, Козин, 1996).

Большая протяженность области с севера на юг определила значительное разнообразие ее природно-климатических условий.

Очень своеобразен и довольно сложен почвенный покров. В западной части преобладают серые лесные, восточнее наоборот, черноземы, луговые и солонцовые почвы (Фирсова,1967; Каретин, 1972,1990).

Общая земельная площадь Тюменской области составляет 16012,2 тыс.га, из них сельскохозяйственных угодий 2932,4 тыс.га, или 18% от общей площади. I Ia долю пахотных земель, которые главным образом сосредоточены в южной части области, приходится 1577,1 тыс.га (Реутских, 2009).

Беспрепятственное проникновение арктических масс воздуха с севера и сухих - из Казахстана и Средней Азии обусловливает резкие изменения погоды и неустойчивость климата. Континентальность его увеличивается по мере продвижения на юг (Зональные системы.. .,1989).

В общих чертах климат характеризуется суровой зимой, теплым, но непродолжительным летом, короткими переходными сезонами (Зональные системы.. .,1989).

Основными факторами, ограничивающими продуктивность земледелия, являются: дефицит влаги в отдельные годы, особенно в лесостепной агроклиматической зоне; недостаточная теплообеспеченность во всех зонах области; нестабильность эффективного почвенного плодородия, особенно азотного питания (Зональные системы..., 1989).

Для сравнительной оценки территории области по таким важным для растений элементам климата как влага и тепло, проведено агроклиматическое районирование. В качестве ресурсов тепла взяты суммы положительных температур воздуха за период активной вегетации растений между датами перехода среднесуточной температуры воздуха через +10 °С весной и осенью. Показателем увлажнения служит количество осадков за год и за период с температурой воздуха выше 10 °С, а также гидротермический коэффициент (ГТК) Селянинова (Иваненко, Кулясова, 2008).

По тепло- и влагообеспеченности, по условиям перезимовки зимующих сельскохозяйственных культур территория юга области разделена на ряд агроклиматических районов и подрайонов (Иваненко, Кулясова, 2008).

Район I - теплый, умеренно увлажненный. Занимает крайнюю южную часть области и характеризуется наиболее высокими термическими показателями. Сумма положительных температур за период с температурой выше 10 °С достигает 1900-2100 °С. Продолжительность периода 123-127 суток. Зима холодная, умеренно снежная, продолжительностью до 5 месяцев. Устойчивый снежный покров устанавливается в среднем к концу первой декады ноября. Безморозный период длится 120-125 суток. Район наиболее подвержен засухам и суховеям. Климатические условия района благоприятны для выращивания средне- и позднеспелых сортов зерновых культур.

Подрайон 1а - удовлетворительно увлажненный, ГТК=1,0-1,1. Годовая сумма осадков 320-350 мм. В подрайон входят следующие административные районы: южная часть Исетского, Ялуторовского, Заводоуковского, Ишимского районов,

Упоровский, Армизонский, северная часть Казанского, Бердюжского и Сладковского районов.

Подрайон 16 - недостаточно увлажненный, ГТК = 1,0 и менее. Годовая сумма осадков 300-320мм. В подрайон входит самая южная часть Бердюжского, Казанского и Сладковского административных районов области.

Район II - умеренно теплый, увлажненный. Сумма положительных температур воздуха за период выше 10 °С составляет 1700-1900 °С. Продолжительность периода в среднем 114-123 суток. Зима холодная, умеренно снежная, продолжается около 5 месяцев. Продолжительность безморозного периода в воздухе составляет 100-120 суток. В районе почти ежегодно отмечаются засухи слабой и средней интенсивности. Климат района наиболее благоприятен для выращивания озимой ржи, среднеранних сортов яровых зерновых культур.

Подрайон На - хорошо увлажненный, ГТК=1,3-1,4. Количество осадков 370-400 мм/год. В подрайон входят административные районы: южная часть Тобольского, северная Вагайского, Нижнетавдинского и Ярковского.

Подрайон Пб — умеренно увлажненный, ГТК=1,2-1,3. Годовое количество осадков составляет 350-380 мм. В подрайон входят административные районы: южная часть Нижнетавдинского Ярковского и Вагайского районов, Тюменский район, северная часть Ялуторовского, Заводоуковского, Ишимского и Исетского районов, Омутинский, Голышмановский, Сорокинский, Викуловский и Абагский районы.

Район III - прохладный, хорошо увлажненный. Сумма положительных температур воздуха за период с температурой выше 10 °С составляет 1550-1700 °С, ГТК=1,4-1,5. Продолжительность периода 100-114 �