ГЛАВА 1. БИОЛОГИЯ ЯЧМЕНЯ КАК ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОСНОВА АГРОТЕХНОЛОГИИ
1.1 Ботаническое описание и морфологическое строение ячменя
Морфологические особенности. Ячмень относится к семейству Мятликовых. Растение ячменя состоит из подземной (корни первичные и вторичные) и надземной (стебли, листья, соцветие, плод) частей (Рисунок 1).
Рисунок 1- Вегетативные и генеративные органы ячменя
Корневая система ячменя – мочковатая. Непосредственно от зародыша при прорастании зерна появляются первичные или зародышевые корни (4 и более). Они остаются живыми до конца вегетации и выполняют основные функции по снабжению растении элементами питания и влагой. В период кущения из подземных стеблевых узлов образуются вторичные (узловые) корни. При оптимальных условиях увлажнение и питания растений вторичные корни более развиты, чем первичные. В целом при благоприятных условиях интенсивный рост корневой системы начинается с фазы кущения до начала
колошения и заканчивается в период налива зерна.
Стебель ячменя - полая соломина, разделенная стеблевыми узлами (5-7 шт.). Узлы зеленого или фиолетового, после созревания – соломенного или красновато-желтого цвета. Междоузлия неодинаковой длины: нижнее - самое короткое, а верхнее - самое длинное. По мере роста растений длина всех междоузлий увеличивается. При благоприятных условиях выращивания стебель ячменя достигает длины 50-100 см и более, толщины - 2, 5-4 мм. Толщина уменьшается от основания к вершине стебля.
Лист состоит из влагалища, листовой пластинки и язычка. Листья образуются из стеблевых узлов, которые располагаются на стебле поочередно в двух рядах. На месте перехода влагалища в листовую пластинку находится язычок (лигула), который плотно облегает стебель. По краям и на месте изгиба листового влагалища находятся роговидные, широкие ушки, которые охватывают стебель (отличительная особенность от пшеницы и овса). Соцветие - колос, который состоит из коленчатого стержня в виде ступенчатой линии и одноцветковых колосков (4 шт.), расположенных на выемках стержня.
Этот стержень составлен из отдельных члеников. Длина каждого 2-5 мм. Чем короче членики колосового стержня, тем колос плотнее и наоборот, чем они длиннее, тем рыхлее. При полном созревании растений цвет колоса у разных форм и разновидностей ячменя бывает соломенно-желтый, редко оранжевый, черный, темно-серый и фиолетовый. Число зёрен в колосе колеблется в пределах 25-30.
Цветок характеризуется тем, что каждый колосок у ячменя одноцветковый и образует одну зерновку. Колосок ячменя имеет две плоские и узкие колосковые и две цветочные чешуи (наружная и внутренняя) одну завязь, три тычинки и две лодикулы. Колосковые чешуи расположены у основания наружной цветочной чешуи и прочно прикреплены к колосовому стержню. Они защищают цветок и сохраняются на колосовом стержне после удаления зерновки.
Плод ячменя - удлиненная зерновка. Она может быть пленчатая (цветочная чешуя срастается с зерновкой и при обмолоте зерно остается в цветочных чешуйках) и голая (цветочная чешуя не срастается с зерновкой и при обмолоте зерно легко освобождается от цветочных чешуй). Масса 1000 семян колеблется от 40 до 60 г.
1. 2. Фазы роста и развития ячменя
Ячмень - скороспелая культура. Длина вегетативного периода ячменя (от всходов до созревания) зависит от сорта и условий выращивания. Раннеспелые сорта ярового ячменя созревают в течение 50-60 дней, а позднеспелые за 100-120 дней.
Ячмень проходит 7 фаз роста и развития: прорастание, всходы, кущение, выход в трубку, колошение, цветение и созревание (молочная, восковая и полная спелость) Каждая фаза для своего прохождения требует определенных условий.
Прорастание - всходы. Ячмень требует относительно мало тепла для развития. Сумма необходимых активных температур составляет от 1200 до 1800°С в зависимости от скороспелости сорта. Семена начинают прорастать при температуре почвы +1 - +3°С, но биологический минимум для развития составляет +5°С. Лучшей температурой для всходов является +10-+12°С, тогда семена прорастают через 3-4 дня, а при холодной затяжной весне – через 15-18 дней. Для набухания и прорастания требуется 48-65% влаги от массы зерновки. Дружные и равномерные всходы появляются при наличии в пахотном слое влаги 60-70% полной влагоемкости. Дружность всходов зависит от крупности семян (масса 1000 зерен 42-52 г) и всхожести (не менее 95%). Всходы выдерживают заморозки до -7°С. Высокая температура воздуха (выше +25°С) пагубно действует на урожай.
Кущение. Это фаза роста растений, в которой появляются новые побеги из
узла кущения. Начало кущения у ячменя обычно совпадает с появлением третьего листа (через 8-12 дней после всходов).
Кустистость различают общую (все стебли) и продуктивную (только стебли с продуктивным колосом). Кустистость ячменя зависит от глубины залегания узла кущения, света, влаги и питательных веществ. Кустистость снижается как при глубокой заделке семян (ростки с трудом пробиваются на поверхность почвы, становятся ослабленными, а часть не в состоянии пробиться) так и при мелкой (наблюдается недостаток влаги в верхнем слое почвы и вторичные корни не могут успешно развиваться).
В период кущения заканчивается формирование зачаточного колоса, а, следовательно, и будущего урожая. В этот период ячмень наиболее интенсивно потребляет из почвы питательные вещества и воду и поэтому их недостаток ведет к снижению урожая. В фазы всходов и кущения протекает важный процесс корнеобразования ячменя.
Выход в трубку. Фаза выхода в трубку наступает примерно через 3-4 недели после появления полных всходов. У основания главного стебля образуется небольшая выпуклость – бугорок первого стеблевого узла. В этот период заканчивается формирование колоса, колосков и цветков, недостаток влаги и света приводит к частичной стерильности и уменьшению числа зерен в колосе.
Колошение. Фаза колошения наступает с появлением колоса из влагалища листа. К началу колошения ячмень полностью сформировывает генеративные органы (пыльники и пестик с рыльцами).
Выколашивание ячменя происходит быстрее при более длительном дне и повышенной температуре воздуха. Во время формирования колоса условия внешней среды оказывают большое влияние на длину колоса, число колосков и продуктивность.
Цветение и оплодотворение. Ячмень относится к самоопыляющимся растениям, но иногда опыляется перекрестно. В каждом развитом цветке находится мужские и женские органы. Цветение ячменя чаще всего совпадает с началом колошения и реже (через 1-3 дня) после него. В засушливые годы цветение ячменя происходит рано и заканчивается до полного выколашивания. В умеренно влажные и прохладные дни цветение ячменя наступает позже и заканчивается до полного выхода колосьев из влагалища листа.
Созревание зерна. В процесс созревания зерна у ячменя различают три фазы спелости: молочную, восковую и полную. Влажность спелого зерна не должна превышать 14-16%.
Яровой ячмень отличается небольшой требовательностью к условиям окружающей среды. Фазы роста, этапы органогенеза и формирование элементов продуктивности ячменя представлены в таблице 1.
Таблица 1. – Фазы роста, этапы органогенеза и формирование элементов продуктивности ячменя
Фаза Этапы органогенеза и ведущие процессы Формирование элементов
продуктивности
1 2 3
Всходы I – формирование первичного конуса нарастания
II – дифференцирование зачаточных узлов и междоузлий стебля, формирование конуса нарастания боковых побегов Густота стояния растений
Габитус растений, степень кущения
Кущение III – вытягивание и рост верхней части конуса нарастания, дифференциация его нижней части на сегменты, начало закладки колосков в колосе
IV – начало формирования колосковых бугорков, нарастания будущего колоса Длина колоса
Колосков колоса
Выход в трубку V – формирование цветков, колосковых чешуй, дифференциация колоскового бугорка, генеративных органов
VI – формирование элементов колосков
VII – завершение формирования генеративных органов, окончание скрытых процессов органогенеза Число зерен
Высота растений
Фертильность цветков
Колошение, цветение VIII – завершение формирования органов соцветия цветка
IX – оплодотворение и образование зиготы
X – Рост и формирование зерновки Озерненность колоса
Величина зерновки
Молочная
спелость XI – Накопление питательных веществ в зерновке Масса зерновки
Восковая, полная спелость XII – Превращение питательных веществ в запасные
1.3. Требования культуры к условиям возделывания
Требования к температуре. Семена ячменя могут прорастать при температуре 1 – 2°С, что дает возможность высевать их в ранние сроки. Однако при такой температуре прорастание сильно растягивается. Жизнеспособные всходы можно получить при температуре 4 – 5°С, но появление их при этом задерживается. При более низких температурах возрастает водоудерживающая способность почвы, семена меньше и медленнее поглощают воду, что и служит причиной задержки появления всходов. Оптимальная температура для прорастания 15-20°С. Всходы ячменя без особого ущерба переносят кратковременные заморозки до -7-8°С, в более поздние фазы развития устойчивость растений к заморозкам снижается. Отрицательные температуры во время прорастания вредно сказываются на дальнейшем росте растений. В фазу кущения наиболее благоприятная температура 10 – 12°С. В последующий период (до фазы колошения) оптимальная температура 15 – 17°С. В период налива и созревания зерна ячмень легче переносит высокие температуры 23 – 25°С. При температуре ниже 13 – 14°С налив и созревание зерна задерживаются. Опасны заморозки во время цветения и созревания зерна. Ячмень более устойчив к высоким температурам, чем пшеница и овес. При температуре 38 – 40°С устьица ячменя теряют способность закрываться через 25 – 30 ч, пшеницы – 10 – 17 ч, овса – 4 – 5 ч [8].
Требование к влаге. Ячмень менее требователен к воде и более экономно расходует ее, чем пшеница, овес и рожь. Является самой засухоустойчивой культурой среди ранних яровых зерновых культур. Коэффициент водопотребления 400. Семена при прорастании нуждаются в меньшем количестве воды (48 – 65 % от массы зерна), чем семена других злаков.
Семена ячменя начинают прорастать при влажности, равной двойной гигроскопической влагоемкости данной почвы. При набухании семена ячменя поглощают около 50% влаги от массы воздушно-сухих семян. Во время набухания и в течение всего периода прорастания семена ячменя поглощают отдельные вещества из окружающего их раствора (аммиак, амиды) и одновременно выделяют в раствор избыточные продукты, преимущественно растворимые углеводы, представляющие благоприятную среду для развития плесневых грибов. При влажности ниже уровня, необходимого для прорастания, в семенах протекает процесс гидролиза белков. В результате этого накапливаются промежуточные соединения и аммиак, вызывающие нарушение функциональных процессов в клетках семени. Это тормозит деление клеток и отрицательно сказывается на прорастании семян. Максимальное количество воды растение расходует в периоды выхода в трубку и колошения. Повышенная влажность и умеренная температура воздуха в фазе кущения способствует лучшему формированию и росту вторичной (узловой) корневой системы и образованию большого количества побегов, благодаря чему в дальнейшем растения смогут полнее использовать почвенное плодородие и влагу, сформировать более высокий урожай. Недостаток влаги в период образования репродуктивных органов губительно действует на пыльцу ячменя, что и вызывает увеличение числа бесплодных цветков, тем самым снижая продуктивность растений.
Требования к свету. Ячмень – растение длинного дня. При коротком световом дне сильно затягивается его колошение. Это самая скороспелая культура, длительность вегетационного периода составляет - 60-110 дней.
Требования к почве. Ячмень хорошо приспосабливается к различным условиям выращивания, в то же время он отличается повышенной требовательностью к плодородию почвы. Сжатые сроки поглощения элементов минерального питания и относительно слабая усвояющая способность корней обуславливают высокую требовательность его к почвенному плодородию. Наиболее пригодны для выращивания ячменя хорошо аэрируемые средней связности почвы, с рН = 6,8 – 7,5. Кислые, заболоченные с близким стоянием грунтовых вод, солонцеватые, легкие почвы, подстилаемые песками, непригодны без их улучшения.
Оптимальными агрохимическими показателями почвы считается: рН– 5,8 – 6,0 и выше, содержание гумуса не менее 1,8 %, подвижных форм фосфора и обменного калия не менее 150 мг/кг почвы. Почвенно-климатические условия Белгородской области в целом благоприятны для возделывания пивоваренного ячменя.
Требования к элементам питания. У ячменя в отличие от других зерновых культур, поглощение основных элементов питания происходит за короткий период. Ко времени выхода в трубку он потребляет почти 7% калия, используемого за весь вегетационный период, до 46% фосфора и значительное количество азота. К началу цветения поглощение питательных веществ почти заканчивается. Для получения высоких урожаев этой культуры очень важно, чтобы растения были обеспечены в полной мере доступными элементами с самого начала их развития. Компенсировать недостаток питания позже практически невозможно. Такая биологическая особенность определяет специфику применения удобрений.
1.4. Современные агротехнологии в регионе
Сущность минимальной обработки почв (Min-Till). Под минимальной обработкой понимают научно обоснованную обработку почвы, обеспечивающую снижение энергетических и трудовых затрат путем уменьшения числа и глубины и обработок почвы, путем совмещения и выполнения нескольких технологических операций (рыхление, уплотнение почвы, внесение удобрений, гербицидов, посев и др.) в одном рабочем процессе.
Необходимость минимализации обработки почвы обусловливается снижением энергетических и трудовых затрат на ее выполнение. Интенсификация земледелия предусматривает увеличение мощности тракторов, ширины захвата орудий, но вместе с этим возрастают их масса и давление на почву. Применение в севооборотах интенсивной обработки с преобладанием ежегодной вспашки приводит к активизации деятельности микроорганизмов, ускоряющих разложение гумуса. Возрастающее механическое воздействие на почву влечет за собой ряд негативных явлений. Во-первых, механическая обработка почвы поглощает около 40 % энергетических и свыше 25% трудовых затрат в земледелии. Во-вторых, возрастающее механическое давление на почву, как вследствие возрастания массы движителей, так и частоты движения агрегатов по полю резко усилило деградацию почвы: плотность почвы и ее сопротивление обработке резко возросли, содержание гумуса в почве за последние 60 лет снизилось на 25 - 30 % и усилились эрозионные процессы. В-третьих, хотя механическое воздействие на почву за последние 20 лет возросло в 3,5 раза, урожайность культур от переуплотнения почв снизилась на 12 - 30 %. Эти и другие отрицательные явления резко повысили актуальность минимализации обработки почвы в современном земледелии.
Обоснованием минимализации обработки почвы, также является то, что хорошо оструктуренные черноземные, темно-серые лесные, а также почвы легкого механического состава имеют благоприятные для роста растений агрофизические свойства и не требуют интенсивной механической обработки. Кроме того, на этих почвах при широком применении гербицидов можно сократить число междурядных рыхлений в посевах пропашных культур (картофель, сахарная свекла и др.).
Минимальную обработку почвы применяют в зависимости от почвенно-климатических условий, биологических особенностей возделываемых культур и степени засоренности посевов. Например, на хорошо окультуренных и чистых от сорняков почвах в системе обработки почвы под озимые и яровые зерновые культуры глубокое рыхление может быть заменено поверхностной обработкой.
Недостатком приемов минимализации обработки почвы является ухудшение фитосанитарного состояния почвы: повышенная засоренность посевов, поражаемость культур болезнями и вредителями. Снижение при этом темпов минерализации гумуса ухудшает обеспеченность культур азотом, особенно после стерневых предшественников, что требует дополнительного внесения азотных удобрений.
Таким образом, причины, требующие минимализации обработки почвы, следующие: необходимость роста урожайности, повышения производительности труда и снижения себестоимости продукции; необходимость сохранения и повышения плодородия почвы - устранение чрезмерного уплотняющего и распыляющего действия тяжелых машин и орудий, борьба с эрозией, улучшение гумусового баланса почвы и уменьшение потерь из нее питательных веществ и влаги; интенсификация сельскохозяйственного производства [16].
Система нулевой обработки почвы (No-Till) - современная система земледелия, при которой почва не обрабатывается, а её поверхность укрывается специально измельчёнными остатками растений - мульчей. Поскольку верхний слой почвы не рыхлится, такая система земледелия предотвращает водную и ветровую эрозию почвы, а также значительно лучше сохраняет воду. Нулевую обработку почвы целесообразно применять в засушливых местностях, а также на полях, расположенных на склонах, в условиях влажного климата. Однако, для того, чтобы применение нулевой технологии было успешным, её необходимо дифференцировать в зависимости от почвенно-климатических условий региона, наличия соответствующих возможностей хозяйств и материально-технической базы.
Хотя урожайность при этой системе нередко ниже, чем при использовании современных методов традиционного земледелия, такая обработка почвы требует значительно меньших затрат работы и горючего. Нулевая обработка почвы - современная сложная система земледелия, которая требует специальной техники и соблюдения технологий и отнюдь не сводится к простому отказу от пахоты.
В традиционной системе земледелия почва готовится к севу механической обработкой. С помощью разных операций земля обрабатывается для того чтобы создать семенное ложе с однородным рыхлым грунтом пригодным для использования обычных сеялок. Главным в этих операциях есть пахота с помощью, которой в землю перемешиваются пожатвенные остатки, а поле зачищается от сорняков. Однако, кроме значительных затрат времени, работы и ресурсов, механическое возделывание почвы приводит к эрозии, а по обыкновению и к деградации почвы. Система нулевой обработки почвы основана на отказе от пахоты. Ненарушенная структура грунта к севу является важным компонентом технологии нулевой обработки почвы.
Главным требованием к полю, которое обрабатывается по системе No-Till, есть ровная поверхность почвы, потому что лишь при условии ровной поверхности могут правильно работать специальные сеялки, иначе часть семян они будут сеять слишком глубоко или наоборот слишком мелко, что отразится на урожае. Для выравнивания поверхности используют культиваторы или другую технику [17].
В отличие от традиционного земледелия стерня не сжигается и не закапывается в землю, солома не забирается из полей. Солома, после сбора урожая, измельчается к определенному размеру, а потом равномерно распределяется по полю. На поверхности формируется почвозащищающее покрытие, которое противостоит водной и ветровой эрозии, обеспечивает сохранение влаги, мешает росту сорняков, содействует активизации микрофлоры грунта и является базисом для воспроизведения плодородного пласта почвы и дальнейшего повышения урожайности [14].
Сев по технологии нулевой обработки почвы требует специальных сеялок, которые в отличие от традиционных сеялок, более широкозахватные, что значительно экономит горючее. Севооборот является одним из ключевых элементов системы нулевой обработки почвы, причем большая роль в севообороте отводится сидеритам, которые не, только улучшают грунт, но и играют важную роль в борьбе с сорняками, заменяя в этом аспекте пахоту. Удобрения и ядохимикаты в системе нулевой обработки почвы используются не менее широко, чем в традиционном современном хозяйствовании. По некоторым данным отказ от пахоты приводит к увеличению использования гербицидов и других средств защиты растений. Система нулевой обработки почвы имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционной обработкой, когда используют пахоту. Это, прежде всего, экономия горючего, удобрения, трудозатрат, снижение амортизационных затрат. Снижение затрат значительно превышает незначительное снижение урожайности и соответственно повышается рентабельность. Кроме того, происходит сохранение и восстановление плодородия, снижение или же даже полное предотвращение эрозии, накопление влаги в почве, что особенно актуально в условиях степи, и заметное снижение зависимости урожая от погодных условий, увеличение урожайности культур за счёт вышеупомянутых факторов [23].
Полосовая (комбинированная) технология обработки почвы (Strip-Till) является альтернативой нулевой обработки. По системе Strip-Till обрабатывается только узкая полоса сева (15-25см), с образованием небольшого гребня. А около двух третей поля остается не обработанной. Такая обработка позволяет сократить затраты на обработку почвы в 2-3 раза. В основном она применяется под пропашные культуры (кукурузу, подсолнечник, свеклу), а также под сою. Причем сев может производиться обычными (не стерневыми) сеялками во взрыхленные полосы. Технологию Strip-Till можно применять и при традиционной и при минимальной обработке почвы. Например, производить осенью дискование почвы (на глубину 5-6 см), а весной полосовую обработку на глубину 15-25.см одновременно с внесением удобрений и севом.
Важным преимуществом этой технологии является то, что вместе с рыхлением одновременно можно вносить удобрение под семенем, на глубину 20-30см или даже в двух уровнях разные удобрения, чтобы в процессе роста растение достигало первого уровня через15дней, а второго через 45 дней. Благодаря этому растение может получать подкормку тогда, когда это ему особо необходимо, в период активного роста и когда формируется урожай. При этом у растения формируется мощная корневая система. Важнейшим фактором внедрения технологии Strip-Till является сокращение затрат на обработку почвы, так как большая часть поля не обрабатывается.
ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ АГРОТЕХНОЛОГИИ
2.1. Характеристика почвенно-климатических условий
Землепользование ООО «Агрохолдинг Корочанский» находится на территории Корочанского района Белгородской области и входит в состав Центральной природно-экономической зоны области. Административно-хозяйственным центром хозяйства является с. Бехтеевка. Расстояние от райцентра г. Короча составляет 4 км, от областного центра г. Белгород – 54 км. Пунктами сдачи сельскохозяйственной продукции являются: г. Белгород и п. Чернянка (зерно, подсолнечник).
Транспортные связи хозяйства с пунктами сдачи сельскохозяйственной продукции осуществляются по автодорогам с твердым покрытием, которые находятся в удовлетворительном состоянии.
Климатическая зона хозяйства характеризуется умеренно континентальным климатом: с жарким летом и сравнительно холодной зимой. Среднегодовая температура воздуха составляет 6,7°С (Таблица 2). Среднее количество осадков составляет 582 мм в год. Наибольшее количество осадков выпадает в летний период, совпадающий с максимальным ростом всех сельскохозяйственных культур, что благоприятно сказывается на их развитии. Осадки в летнее время выпадают преимущественно в виде ливней. Среднее количество дней с суховеями – 46, наибольшее число дней с атмосферной засухой и суховеями было зарегистрировано в 1964 году. Средняя относительная влажность воздуха – 76%.
С наступлением положительных температур, в середине третьей декады марта, происходит быстрое накопление тепла. Переход среднесуточной температуры 10°С наблюдается в 20 числах апреля. Чаще всего с установлением средних суточных температур выше 10°С начинается безморозный период. По тепло- и влагообеспеченности, с учетом рельефа и типа почв, территория землепользования находится в северо-западном районе Белгородской области.
Таблица 2 - Характеристика агроклиматических условий
Показатель Характе-
ристика
Агроклиматический район (спр. Агроклим. ресурсы Белг. обл. 1972 г.) 2-а
Среднегодовая температура воздуха, °С 6,7
Годовое количество осадков, мм 582
Средний из абсолютных максимумов температуры,°С 33,4
Средний из абсолютных минимумов температуры,°С -25,8
Сумма активных (>10°С)температур (1960-2014гг.) 2698
Сумма осадков за период активной вегетации (среднесуточная t > 10°С), мм 281
Гидротермический коэффициент (среднесуточная t > 10°С) 1,1
Весенняя дата перехода среднесуточной температуры через 0° С 17.03
+ 5°С 06.04
+10°С 27.04
Осенняя дата перехода среднесуточной температуры через +10°С 03.10
+ 5°С 25.10
0° С 20.11
Продолжительность периода (дни) со среднесуточной температурой выше: 0° С 249
+ 5°С 202
+10°С 163
+15°С 111
Дата наступления заморозков в воздухе Последних весенних 14.05
Первых осенних 19.09
Дата наступления заморозков на поверхности почвы
(с 1956 по 2014 г. по данным БЦГМС) Последних весенних 27.05
Первых осенних 02.09
Продолжительность безморозного периода, дни (с 1956 по 2014 г. по данным БЦГМС) 153
