Заикин Вильямс Павлович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, профессор кафедры «Технические и биологические системы»
Шамин Анатолий Евгеньевич, доктор экономических наук, профессор, ректор
ГБОУ ВО «Нижегородский государственный инженерно-экономический университет»
606340, Нижегородская область, г. Княгинино, ул. Октябрьская, 22; тел.: 8(83166)4-15-50, e-mail: ngiei-126@mail.ru
Лисина Анфиса Юрьевна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры «Земледелия и растениеводства».
ФГБОУ ВПО «Нижегородская ГСХА»
603107 г. Н. Новгород, пр. Гагарина, 97; тел.: 8 (831)462-70-01 e-mail: anfisa.lisina@mail.ru
Ключевые слова: севооборот, закон плодосмена
Сформулирован закон плодосмена. Исходя из него показано значение севооборота в годы с недостаточным увлажнением и при интенсификации земледелия.
Во многих странах мира, несмотря на определенную ясность в необходимости чередования культур, проводятся или проводились исследования по выращиванию культур бессменно и при различном их сочетании. Наиболее известны длительные опыты в Ротамстеде и Вобурне (Англия), Аскове (Дания), Галле (Германия), Москве в сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева (ТСХА Россия) и др. В Ротамстеде полевые опыты с бессменными культурами и севооборотами ведут с 1842 года на фонах различной удобренности. За 73 года, когда схема опытов строго выдерживалась, клевер и мангольд (листоплодная свекла) в бессменных посевах перестали давать урожай на всех фонах. Урожай озимой пшеницы был в
3–3,5 раза выше в севообороте, чем бессменно, а ячменя – в 2,5 раза.
По данным исследований в Северо-Западном НИИСХ, урожайность озимой ржи по сравнению с бессменными посевами повышалась в среднем на 58,4 %, яровой пшеницы – на 47,8, овса – на 42,2, картофеля – на 18,8 и льна-долгунца (соломки) – на 92 %. Аналогичные данные по озимой пшенице получены в бывшем НИИСХ Центральных районов Нечерноземной полосы, когда урожайность озимой пшеницы при бессменном посеве составляла 2,46 т/га, а по вико-овсяному пару она была на 1,85 т/га выше. В опытах Опарина [1] в Кировской области было установлено, что в среднем за 9–10 лет (1968–1977 гг.) на фоне удобрений прибавка от севооборота по различным культурам колебалась от 13 до 59 %. На озимой ржи она составила 0,8 т/га, яровой пшенице – 0,45, ячмене – 0,57, овсе – 0,29 т/га и была наименьшей среди зерновых культур. А урожайность бессменного клевера была всего на 10–19 % ниже, чем ее величина в севообороте. В то же время по данным, полученным в Полесье Украины [2], урожайность клевера в севообороте была на 139–156 % выше, чем в бессменных посевах. Это показывает на то, что реакция культур на повторное и бессменное возделывание связана с условиями произрастания.
В длительных опытах на светло-серых лесных Нижегородской области почвах было показано, что на фоне более высоких доз удобрений культуры реагируют на предшественник менее значительно [3]. Так, озимая рожь по ячменю в среднем за 16 лет на среднем фоне удобрений дала урожай зерна 2,74 т/га, а по другим лучшим предшественникам прибавка на этом фоне составила 0,34–0,41 т/га. На более высоком фоне удобрений урожайность озимой ржи по ячменю составила 3,12 т/га, а прибавка по другим предшественникам 0,26–0,29 т/га.
В наших исследованиях в качестве бессменных посевов использовали яровые зерновые культуры. С 1987 по 2005 гг. это был ячмень, а с 2006 по 2010 – яровая пшеница. Повторность опытов была четырехкратная, и поля бессменных посевов входили составной частью в схему семипольного севооборота. В среднем за 3 года (2008–2010) урожайность яровой пшеницы при повторном возделывании, была ниже, чем по озимой пшенице, возделываемой по клеверу на зеленое удобрение, на 0,91 т/га или на 40,1 %. Размещение яровой пшеницы по картофелю, возделываемому после озимой ржи по чистому пару, повышало ее урожайность по сравнению с повторным бессменным выращиванием на одном месте на 1,45 т/га или более чем в 2 раза.
В настоящее время севооборотом, согласно существовавшего ГОСТа, называется научно обоснованное чередование сельскохозяйственных культур и паров во времени и на территории. Аналогичным оно представлено и в учебнике «Земледелие». Однако ранее севооборотом считалось так же и чередование культур на поле только во времени. Кстати, Лошаков [4], сообщая о нормативах по севооборотам, также указывает, что севооборотом следует считать и научно обоснованное чередование культур и паров во времени.
Необходимость чередования культур в посеве известна давно и в практике земледелия осуществляется с момента зарождения примитивных систем земледелия. При залежной, переложной, подсечно-огневой системах земледелия перерыв в посеве зерновых культур осуществлялся путем оставления полей в залеж, перелог или под лес. При паровой системе земледелия чередование вели между паром, озимыми и яровыми зерновыми культурами (или несколько иначе). Особенно четким чередование культур стало при плодопеременной системе земледелия.
Смена растений в севообороте проводится человеком, но она постоянно осуществляется в природе, где роль хозяйственной деятельности людей ограничена. Периодическая смена растительности происходит в зависимости от изменений климата. В современный период смена или изменения в фитоценозах осуществляется благодаря варьированию погодных условий по годам или в течение года. В лесах, кроме этого, смена (полная или частичная) может происходить в результате пожаров, ветровалов, интенсивного проявления болезней и вредителей. При луговой растительной формации изменения в растительности также осуществляется постоянно. «Изменения, происходящие в фитоценозах по годам или периодам лет… давно описаны рядом исследователей» [5]. Наиболее хорошо исследована цикличность участия в луговых фитоценозах клевера лугового и розового. Существует понятие «клеверный год», когда клевера в фитоценозах занимают значительно большее место, чем в другие годы. То же можно сказать о доннике: наступает год, когда он проявляется не только на обычных местах его произрастания, но и в посевах сельскохозяйственный культур, достигая полуметровой высоты, буйно ветвится.
Сезонная и разногодичная изменчивость фитоценозов обусловлена рядом причин: метеорологическими, гидрологическими условиями, проявлениями воздействия человека, вредителей, болезней на растения
[5,6]. Как писал Советов [7], природа сама ведет плодосменное хозяйство.
В настоящее время многие ученые плодосмен относят к законам земледелия [4,8 и др.]. Сидоров [9] отмечает, что плодосмен по влиянию на свойства почвы подобен фитоценозам, но проявляет свое действие во времени.
Однако современные формулировки закона плодосмена не охватывают всю совокупность явлений, и он, следовательно, не может быть всеобщим, что является главным требованием к любому закону. Например, в работах Нарциссова [8] он изложен в формулировке первого профессора земледелия М. Г. Павлова, что «любое агротехническое мероприятие более эффективно при плодосмене, чем при бессменном посеве». Видимо, многие агрономические мероприятия более эффективны в севообороте. Однако есть такие приемы, эффективность которых выше в бессменных посевах. Так, применение симазина под кукурузу, наоборот, дает больший эффект на участках бессменых посевов. Видовую чистоту легче поддерживать в бессменных посевах, чем в севообороте. И такие примеры не единичны.
Закономерность более высокой эффективности плодосмена перед бессменными посевами является частным проявлением закона оптимума, минимума, максимума и заключается в следующем: урожайность при научно обоснованном чередовании сельскохозяйственных культур выше, чем при бессменном или длительном повторном их возделывании, так как севооборот оптимизирует факторы, ограничивающие урожай или снижающие его качество.
Как следствие, из изложенной закономерности вытекает ряд положений. Общей задачей севооборота является устранение (оптимизация) факторов, ограничивающих урожайность культур.
Если чередование культур по полям позволяет оптимизировать фактор, ограничивающий урожай, то прибавка от севооборота будет тем выше, чем дальше от оптимума находится величина регулируемого фактора. Например, в условиях восточной части Нечерноземной зоны роль оборота в повышении урожайности культур в засушливый год выше, чем в нормальный по увлажнению, если чередование культур улучшает водный режим почвы или способствует лучшей водообеспеченности культурных растений. Полевые опыты с предшественниками ячменя, овса и озимой ржи показали, что в годы с недостаточным увлажнением величина прибавки урожая от плодосмена значительно выше, чем в годы при избыточном или нормальном увлажнении. В засушливом, 1981 году прибавка от размещения ячменя по картофелю по сравнению с его повторным посевом составила 1,38 т/га, или 82,6 %? Тогда как в другие годы (1980 –избыточное увлажнение, 1982 – достаточное увлажнение) прибавка составила только 0,55–0,6 т/га, или 14,1–22,4 %. Аналогичная закономерность просматривается и в последующие годы наблюдений. Линия регрессии, характеризующая прибавку урожайности в севообороте в зависимости от гидротермического коэффициента, показана на рис.1. В среднем для озимой ржи и ячменя зависимость показана на рис. 2. По овсу в годы с достаточным количеством осадком достоверных различий в урожайности и предшественникам не было, а в засушливом, 1981 году овес по овсу имел урожайность по сравнению с овсом по картофелю на 0,19 т/га (НСР05=0,13 т/га), или на 10,5 % ниже. Более высокая эффективность в повышении урожайности зерновых (ячмень, овес) при недостатке влаги подтверждена вегетационными и вегетационно-полевыми опытами. Обобщение результатов литературных источников по эффективности севооборота, при различном увлажнении у нас в стране подтверждает вывод, что в годы с недостаточным увлажнением роль научно обоснованного севооборота в повышении урожайности значительно выше (особенно в относительных величинах), чем в годы, более благоприятные по увлажнению.
Основной причиной этого в восточной части Нечерноземной зоны является более сильное поражение бессменных (повторных) посевов ячменя, озимых, ржи и пшеницы корневыми гнилями (фузариоз) и несколько более высокая засоренность по сравнению с культурой, размещенной по лучшему предшественнику.
Рис. 1. Повышение урожайности ячменя по картофелю по сравнению с размещением его по ячменю в зависимости от гидротермического коэффициента за май-июль 
Рис. 2. Повышение урожайности ячменя и озимой ржи по лучшему предшественнику по сравнению с их размещением по ячменю в зависимости от гидротермического коэффициента за май–июль
Корневые гнили, нарушая целостность корней, затрудняют поступление воды в растение, а при ее дефиците это более отрицательно сказывается на урожайности. В засушливый год выше корреляции между урожайностью и наличием корневых гнилей, чем в годы с нормальным увлажнением. Сорняки усугубляют действие засухи, а поскольку их больше на бессменных посевах, то и вредоносность их выше.
Поэтому несоблюдение севооборотов наиболее отрицательно сказывается на производстве зерна в засушливые годы.
Более сильное снижение урожайности при повторных посевах в засушливые годы необходимо учитывать при разработке схем севооборотов для зон неустойчивого увлажнения.
При рассмотрении роли севооборота в условиях интенсификации земледелия важное значение имеет вопрос эффективности удобрений в севообороте и при бессменных посевах. Воробьев [10] считал, что севооборот обеспечивает повышение урожая по сравнению с бессменными посевами, причем абсолютные прибавки урожая в севообороте на удобренном фоне в большинстве случаев выше. Такого же мнения придерживаются и другие авторы [8,9,11]. Афендулов и Лантухова отмечают, что «эффективность минеральных и органических удобрений в севообороте значительно выше, чем при бесплановом чередовании культур и тем более при монокультуре». Это может быть верно только для отдельных случаев и незакономерно [12].
Например, в Германии установлено, что влияние азотных удобрений на урожайность культур в зерновом (100 %) севообороте и бессменных посевах одинаково. Воробьев [10] приводит данные Ротамстедской опытной станции о влиянии предшественников и азотных удобрений на урожайность пшеницы. Анализ этих данных, сделанный Воробьевым, показывает, что по мере повышения доз азотных удобрений при повторении зерновых культур постоянно повышается их урожай, а озимая пшеница по люцерне обеспечивала все меньшую и меньшую прибавку, а в варианте 133 кг азота на 1га его действие сказывалось отрицательно по сравнению с дозами 33 и 72 кг.
Результаты исследований в длительном полевом опыте Московской сельскохозяйственной академии, заложенном в 1912 году на дерново-подзолистой почве [13], показали, что применение удобрений при длительном бессменном возделывании ячменя и озимой ржи более эффективно, чем в севообороте. Так, применение NPK на бессменных посевах озимой ржи повышало ее урожайность на 1,23 т/га или в 2,1 раза по сравнению с неудобренными посевами. В севообороте эта разница составила 0,04 т/га или 2 %. На ячмене эти величины равнялись соответственно при бессменном – 1,32 и в 7,9 раза, а в севообороте – 0,72 и в 1,8 раза. При внесении в почву NPK, навоза и извести урожайность озимой ржи в бессменных посевах увеличилась с 1,11 т/га до 2,63 т/га или в 2,4 раза, а в севообороте всего лишь на 0,19 т/га или на 6,4 %.
Таким образом, не всегда обоснованно мнение, что в большинстве случаев эффективность удобрений в севообороте выше, и тем более неверно утверждение о постоянной более высокой эффективности удобрений в севообороте. Всегда этот вопрос надо увязывать с видом питательных веществ, вносимых с удобрениями и севооборотом (предшествующей культурой). Эффективность удобрений будет выше в севообороте в том случае, если предшествующая культура или севооборот более сильно истощает почву определенным элементом питания или способствует ухудшению пищевого режима (увеличивают засоренность, болезни, ухудшают водный режим и т. д.), чем сама бессменная культура.
Таким образом, если севооборот или предшественник улучшает пищевой режим по сравнению с бессменным посевом, то прибавка в севообороте при применении удобрений будет меньше, чем при бессменном выращивании и, наоборот, если севооборот (предшествующая культура) ухудшает пищевой режим по сравнению с бессменным посевом, то при применении севооборота эффективность удобрений возрастает. Поэтому более правильным является утверждение Воробьева [10] о том, что удобрения выравнивают урожайность культур по предшественникам. Следовательно, в Нечерноземной полосе увеличение норм удобрений и правильная система их внесения будут снижать роль севооборота в регулировании пищевого режима в обычные по увлажнению годы. В засушливые вегетационные периоды этого может не происходить.
Не всегда верно утверждение ряда авторов, что чем дальше отстоит предшественник по биологии и технологии возделывания, тем выше его роль в повышении урожайности последующей культуры. Здесь необходимо учитывать совместимость культур. Так, например, подсолнечник на семена по этим параметрам отличается от озимой пшеницы, но его в Центрально-Черноземной полосе не редко убирают по снегу, поэтому он не может быть здесь её предшественником.
Предложенная формулировка закономерности более высокой эффективности севообороты перед бессменными посевами позволяет объяснить, как будет изменяться роль севооборота при дальнейшей интенсификации земледелия. Чем больше факторов жизни растений мы будем регулировать при интенсификации земледелия, с помощью других средств, а не чередованием культур, тем ниже будет роль севообороты в их изменении. Однако роль севооборота будет оставаться всегда высокой, так как он позволяет с меньшими затратами улучшать пищевой, водный, воздушный режим почвы, снижать вредоносность вредителей, болезней и сорняков. А в отличие от химических средств защиты растений и удобрений севооборот – наиболее экологичный прием.