CC BY
21
УДК 631.5
АДАПТИВНАЯ АГРОТЕХНОЛОГИЯ КАК СРЕДСТВО МИНИМИЗАЦИИ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ ПРИ КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ОЗИМЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В ЦЧР
ГУРЕЕВ И.И.,
доктор технических наук, профессор, Заслуженный изобретатель Российской Федерации, заведующий лабораторией адаптивных агротехнологий и средств их механизации, ФГБНУ «Курский федеральный аграрный научный центр» - Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии, г. Курск, е-mail: gureev06@mail.ru, тел. 8-9103103908.
Реферат. Целью исследований явилось повышение экономико-экологической эффективности техники, используемой для механизации адаптивной агротехнологии производства озимых зерновых культур в условиях Центрально-Чернозёмного региона (ЦЧР). Информационная база исследований представлена массивом банка данных для проектирования перспективных агро-технологий и машин, а также результатами государственных испытаний сельскохозяйственной техники. Проведено сравнение адаптивной агротехнологии и обычной по показателям экономико-экологической эффективности используемой техники. Сравниваемые варианты оснащали комплексами машин, производимыми странами таможенного союза (ТС) и импортных. Установлено, что вследствие адаптации агротехнологии прямые эксплуатационные затраты на используемую технику стран ТС снижаются на 831-1324 руб./га. В то же время при использовании импортной техники снижение составляет 769-867 руб./га. Адаптация агротехнологии способствует также улучшению экологических показателей использования техники вследствие уменьшения на 6,7-12,6 кг/га расхода моторного топлива и на 2,01-3,78 руб./га затрат на защиту окружающей среды от загрязнения выхлопными газами. В целом суммарные затраты на комплексную механизацию агротехнологии с использованием импортной техники более высокие, что обусловлено её дороговизной и повышенными тарифами на сервисное обслуживание. Но импортный комплекс, в сравнении с техникой стран ТС, предпочтителен по расходу топлива, так как обладает более совершенной конструкцией рабочих органов и экономичными двигателями.
Ключевые слова: адаптивная агротехнология, озимые культуры, технические ресурсы, минимизация, экономическая эффективность, экологическая безопасность.
ADAPTIVE AGROTECHNOLOGY AS A MEANS OF MINIMIZATION OF TECHNICAL RESOURCES IN COMPLEX MECHANIZATION OF MANUFACTURE OF WINTER GRAIN CULTURES IN THE CENTRAL BLACK EARTH REGION
GUREEV I.I.,
doctor of Engineering, Professor, Honored Inventor of the Russian Federation, Head of the Laboratory of Adaptive Agrotechnologies and Means of Their Mechanization, FSBSI «Kursk FARC» - All-Russian Research Institute of Agriculture and Soil Protection from Erosion, е-mail: gureev06@mail.ru, tel. 8-9103103908.
Essay. The purpose of the research was to increase the economic and environmental efficiency of the equipment used for the mechanization of adaptive agricultural technology for the production of winter crops in the conditions of the Central Black Earth region. Information base of research is represented by an array of data bank for the design of promising agricultural technologies and machines, as well as the results of state tests of agricultural equipment. A comparison of adaptive agricultural technology and the usual in terms of economic and environmental performance of the equipment used. The compared variants were equipped with machines made by the countries of the customs union and imported ones. It has been established that due to the adaptation of agrotechnology, direct operating costs for the used equipment of the countries of the customs union are reduced by 831-1324 rubles / ha. At the same time, when using imported equipment, the reduction amounts to 769-867 rubles / ha. Adaptation of agrotechnology also contributes to the improvement of environmental indicators of the use of
equipment due to a 6.7-12.6 kg / ha reduction in motor fuel consumption and by 2.01-3.78 rubles / ha of costs to protect the environment from pollution by exhausts gases. In general, the total cost of the integrated mechanization of agricultural technology with the use of imported equipment is higher, due to its high cost and increased service fees. But the import complex, in comparison with the equipment of the countries of the Customs Union, is preferable in terms of fuel consumption, since it has a more advanced design of working bodies and economical engines.
Keywords: adaptive agrotechnology, winter crops, technical resources, minimization, economic efficiency, environmental safety.
Введение. Перспективным направлением возделывания озимых зерновых культур являются агротехнологии в адаптивно-ландшафтных системах земледелия, направленные на производство продукции экономически и экологически обусловленного качества. Такие системы обеспечивают устойчивость агроландшафта и воспроизводство почвенного плодородия. Они адаптированы к множеству факторов, связанных с потребностями рынка, биологическими особенностями производимых культур и природно-ресурсным потенциалом.
Хронология свидетельствует о нарастающей с течением времени адаптации систем
земледелия к природно-ресурсному потенциалу. Каждый последующий этап адаптации характеризовался ростом продуктивности и повышением экологической безопасности ведения земледельческой отрасли (рисунок 1).
Так, довоенному и послевоенному периоду советской истории ХХ века свойственно господство единой системы земледелия, периодически трансформируемой в паровую, травопольную, пропашную и др. Такое толкование проблемы вело к неизбежному кризису, вследствие очевидности ошибок от использования одной системы земледелия на огромной территории.
Рисунок 1 - Хронология адаптации систем земледелия к ландшафту
В 60-х годах сначала Т.С. Мальцевым, а затем коллективом ВНИИ зернового хозяйства под руководством А.И. Бараева, осуществлён прорыв из патриархального и заведомо ущербного для почвы уклада земледелия. Разработана система, получившая название почвозащитной. Впервые из единой, распространившейся на всю страну системы земледелия, выделено экологически ориентированное направление защиты почвы от эрозии, за короткий срок доказавшее своё преимущество на многих миллионах гектаров пашни СССР.
В 80-е годы элементы почвозащитной системы интегрированы в зональные системы земледелия, где они получили более узкую территориальную дифференциацию. В каждой области, крае и автономной республике были изданы книги-рекомендации с такими названиями.
К 90-м годам относится начало развития систем земледелия адаптированных к группам земель в пределах агроэкологической провинции, ограниченной зоной с особенностями почвенного покрова связанного с микроклиматом. Эти системы названы адаптивно-ландшафтными.
В настоящее время требование дальнейшего повышения уровня интенсификации земледельческой отрасли предполагает более углубленную адаптацию систем земледелия к при-родно-ресурсному потенциалу путём увеличивающегося количества вариантов адаптивных агротехнологий [1].
Исходя из того, что формирование урожаев сельскохозяйственных культур происходит преимущественно через почву и её плодородие, углубленная адаптация предполагает, прежде всего, учёт многообразия продуктивных свойств почвы. Они должны рассматриваться во взаимосвязи растений с климатом и агрономической производственной деятельностью человека. Путь к высокоинтенсивному использованию земель лежит через понимание
многообразных почвенно-ландшафтных условий и их агроэкологическую идентификацию [2].
Интегральным критерием адаптивности систем земледелия внутри агроэкологической провинции является множество сочетаний показателей исходного состояния почвы, к которому предлагается дифференцированно применять варианты адаптивных агротехнологий в конкретных условиях.
Исходное состояние почвы - косвенный показатель эффективности используемого севооборота и предшествующих агротехнологий, служащий связующим звеном между предшествующими агроприемами и планируемой к внедрению технологии возделывания сельскохозяйственной культуры. Корректировка текущего состояния почвы для создания благоприятных условий развития культуры осуществляется внутри агротехнологии обработкой почвы, а также системами удобрения и защиты растений.
Таким образом, для дальнейшего наращивания производства высококачественного зерна озимых культур и снижения его себестоимости агротехнология должна быть адаптирована к вариабельным свойствам почвы. Выражаются эти свойства, прежде всего, засорённостью почвы, её плотностью и обеспеченностью элементами минерального питания растений на планируемую урожайность. Каждому из возможных сочетаний указанных свойств должен соответствовать адаптивный вариант механизированной агротехнологии, оснащённой соответствующей техникой и другими ресурсами.
Одним из основных приёмов технологий возделывания культур, оказывающим непосредственное влияние на состояние почвы, является её механическая обработка. Она несёт в себе ряд функций по созданию благоприятных условий для развития растений путём регулирования агрофизических и агрохимических свойств почвы (рисунок 2).
Рисунок 2 - Функции обработки почвы
При обосновании целесообразности использования химических средств защиты в агротех-нологиях приоритет принадлежит обработкам почвы, что оправданно как с экономических, так и с экологических позиций. Химические средства защиты следует применять от безысходности - в случае необходимого дополнения механических обработок почвы.
От выбора применяемого способа обработки почвы во многом зависит состав агротехноло-гии и номенклатура машин для её механизации.
В свою очередь, любой обработке почвы, наряду с полезными эффектами, сопутствуют и отрицательные последствия в виде уплотнения и разрушения её структуры движителями и рабочими органами. Поэтому при решении вопроса о применении конкретного способа обработки следует проводить анализ потребностей в её интенсивности с учетом текущих агроланд-шафтных условий. При адаптации агротехноло-гии к особенностям ландшафта интенсивность обработки почвы целесообразно минимизировать в необходимых пределах и тем самым предотвратить технологически не обусловленное излишнее расходование всех видов ресурсов, создавая предпосылки для предотвращения техногенной деградации почвы [3].
Разработанный ранее алгоритм подбора вариантов адаптивной агротехнологии позволяет на основе анализа исходного состояния почвы, с учетом взаимодействия функций её основной обработки и последующих агроприёмов, минимизировать количество возможных к применению вариантов и повысить их адаптивность к
специфике почвенных условий агроэкологиче-ской провинции [4].
В современных условиях производство зерна невозможно без комплексной механизации агротехнологии. Техническому обеспечению её принадлежит высокая доля в себестоимости зерна. Немаловажны и экологические последствия применения сельскохозяйственной техники. Поэтому актуальна минимизация технических ресурсов, которая должна базироваться на объективной оценке экономико-экологической эффективности использования техники.
Материал и методика исследования. Аг-ротехнология производства озимых зерновых культур в условиях Центрально-Чернозёмного региона (ЦЧР) адаптируется к исходному состоянию почвы по четырём обоснованным вариантам [4]:
1. Засорённость почвы Зс не более порога вредоносности сорняков Пв (Зс<Пв), плотность сложения р ниже 1,3 г/см3 (р<1,3 г/см3), отсутствие дефицита питания на планируемую урожайность культуры.
2. Зс<Пв, р - независимо от исходного состояния почвы, дефицит питания на планируемую урожайность.
3. Зс>Пв, р>1,3 г/см3, отсутствие дефицита питания на планируемую урожайность.
4. Зс>Пв, р>1,3 г/см3, дефицит питания на планируемую урожайность.
Варианты адаптивной агротехнологии производства озимых зерновых культур приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Варианты адаптивной агротехнологии производства озимых зерновых культур
Варианты агротех-нологии Применяемые приёмы
Основная обработка почвы и внесение удобрения Предпосевная обработка почвы и посев Уход за посевами Уборка урожая
1 Лущение стерни предшественника Прямой посев Предзимняя поделка узких щелей с ненарушенными стенками. Весенне-летние корневые подкормки (3 раза). Листовые подкормки, совмещённые с применением (при необходимости) химических средств защиты растений (3 раза) Скашивание и обмолот зерновых культур
2 Лущение стерни предшественника Совмещение с посевом предпосевной культивации и локального внесения удобрения
3 Лущение стерни предшественника. Послойная обработка почвы Совмещение с посевом предпосевной культивации
4 Лущение стерни предшественника. Послойная обработка почвы Совмещение с посевом предпосевной культивации и локального внесения удобрения
Адаптивность агротехнологии заключается в следующем.
Так, при возделывании озимых зерновых культур по варианту 1, когда поле удобрено, засорённость не превышает порога вредоносности сорняков, а плотность почвы не более 1,3 г/см , отсутствует потребность во всех функциях обработки почвы. Требуется лишь качественная заделка семян в почву, что с минимальными издержками осуществляется сеялкой прямого посева.
Однако приём лущение стерни после уборки непаровых предшественников не может быть игнорирован, так как он направлен на предотвращение иссушения почвы, а по вариантам 3-4 и на провоцирование прорастания семян сорняков. Влажность почвы в пахотном слое даже после длительного периода засухи на 5 мм больше при лущении стерни. Особо важно первое лущение выполнить немедленно за уборкой предшественника, так как каждый день запаздывания приводит к потере 1,5 % влаги [5].
Следует также учитывать, что прямой посев - достояние профессиональных технологов. Он возможен при высокой культуре земледелия, в оптимальных севооборотах, достаточной обеспеченности удобрением и пестицидами. Этому приёму должны предшествовать очищение полей от сорняков, выравнивание поверхности почвы, ликвидация плужной подошвы и различные мелиоративные мероприятия [6].
На всех вариантах для накопления продуктивной влаги и предотвращения эрозии от талого и ливневого стока в условиях ЦЧР актуально предзимнее щелевание посевов. Щели должны быть узкими (шириной 8-10 см) и с ненарушенными стенками. Выполняют их инновационной конструкцией роторного щеле-вателя [7].
Вариант 2 отличается от предыдущего дефицитом питания для получения планируемой урожайности культуры.
Удобрение один из наиболее затратных ресурсных компонентов в земледелии и необходимо создать условия приоритетного его потребления культурой, а не более расторопными сорняками. Достигается это способом локального внесения элементов питания глубже уровня семян в ленты фиксировано ориентированные относительно рядков растений. Реализуют способ комбинированным орудием, совмещающим внесение удобрения с посевом культуры.
Совмещением локального внесения удобрения с обработкой почвы и посевом экономятся ресурсы, а также предотвращается избыточное уплотнение почвы. При внутрипоч-венном локальном внесении удобрения коэффициент использования растениями азота возрастает на 10-15 %, фосфора - на 5-10 %, калия - на 10-12 % по сравнению с разбросным способом [8].
На удобренном, но засорённом фоне с повышенной плотностью почвы (вариант 3) востребованы функции обработки по уничтожению сорняков и разуплотнению почвенного пространства. Для этого через 10-15 дней после лущения стерни используют комбинированные орудия послойной обработки, положительно зарекомендовавшие себя по качеству рыхления тяжёлых почв, характерных для ЦЧР. Через следующие 10-15 дней, после появления всходов очередной волны сорняков, высевают культуру сеялками-культиваторами с лаповыми сошниками, которые совмещают с посевом предпосевную культивацию поля.
Вариант 4 характеризуется взаимосвязью факторов повышенной засорённости и плотности почвы, а также дефицитом питания на планируемую урожайность культуры. Функции обработок почвы по данному варианту целесообразно реализовать последовательным выполнением нескольких агроприёмов. Это лущение стерни, послойная обработка почвы и совмещённое с посевом локальное внесение удобрения.
Приёмы ухода за посевами озимых зерновых культур включают в себя корневые и листовые подкормки, а также применение химических средств защиты растений (ХСЗР).
Корневые подкормки проводят, как правило, азотным удобрением (аммиачная селитра, карбамид, КАС). Для листовых подкормок применяют отечественное водорастворимое комплексное удобрение Акварин, которое содержит ряд микроэлементов питания в форме хелатов. Используют его автономно или в баковой смеси с пестицидами, совмещая оперативную коррекцию питания культуры и снятие с растений стрессовой нагрузки пестицидами. Выполняют листовые подкормки по данным уникальной лаборатории «Аквадо-нис», позволяющей в режиме «on-line» оперативно диагностировать потребность растений в элементах питания и готовить оптимально сбалансированные удобрительные смеси [9].
Для выполнения корневых подкормок твёрдыми удобрениями применяют разбрасывателями. Корневые подкормки жидкими
удобрениями осуществляют полевыми штанговыми опрыскивателями. На штанге опрыскивателя монтируют специальные распылители с подвесными шлангами, которые предотвращают контакт с удобрениями листового аппарата растений. На листовых подкормках и обработках ХСЗР используют обычные полевые опрыскиватели.
Убирают озимые зерноуборочными комбайнами.
Результаты исследования. В земледелии ЦЧР используют сельскохозяйственную технику, производимую странами Таможенного союза (ТС) и импортную. Согласно вариантам, приведенным в таблице 1, все технические средства классифицированы в комплексы, объединённые в региональный регистр [4].
Используя массив банка данных для проектирования перспективных агротехнологий и машин, а также результаты государственных испытаний сельскохозяйственной техники [10], проведено сравнение экономико-экологических показателей технического оснащения вариантов адаптивной технологии производства озимых зерновых культур (таблица 2).
Для сравнительной оценки техническое оснащение выполнено двояко - техникой стран ТС и импортной. В качестве экономического показателя использовали прямые затраты денежных средств на эксплуатацию комплексов машин. Экологическую эффективность техники определяли по расходу моторного топлива и затратам на защиту окружающей среды от загрязнения выхлопными газами.
При выделении контроля по оценке экономико-экологической эффективности ком-
плексной механизации адаптивной агротехно-логии учитывали, что в производстве озимых зерновых культур обычным способом отсутствует адаптация к исходному состоянию почвы, т.е. в безальтернативном варианте технологии задействованы все функции обработки (рисунок 2).
В то же время в адаптивной агротехноло-гии взаимосвязаны функции обработки почвы по регулированию пищевого режима растений и обеспечения оптимальной плотности почвы её рыхлением (таблица 2). Сущность взаимосвязи заключается в том, что локальное внут-рипочвенное внесение удобрения невозможно без рыхления почвы. Поэтому в вариантах 3 и 4 задействованы все функции обработки почвы и в качестве контроля приняты средние значения экономико-экологических показателей по этим вариантам.
Таким образом, экономическая эффективность технического оснащения адаптивной агротехнологии возможна за счёт вариантов 1 и 2. С применением их технические ресурсы минимизируются на 831-1324 руб./га для аг-ротехнологии оснащённой техникой стран ТС и на 769-867 руб./га - при оснащении её импортной техникой.
Экологическая привлекательность адаптивных вариантов заключается в снижении расхода моторного топлива и затрат на защиту окружающей среды от загрязнения выхлопными газами. Величина этого снижения составляет, соответственно, 7,1-12,6 кг/га и 2,133,78 руб./га при комплексной механизации агротехнологии техникой стран ТС; 6,7-8,4 кг/га и 2,01-2,52 руб./га - при использовании импортной техники.
Таблица 2 - Экономико-экологические показатели комплексной механизации адаптивной технологии производства озимых зерновых культур _
Техника стран ТС Импортная техника
Затраты на Затраты на
Варианты агротехнологии Прямые эксплуатационные затраты, руб./га Расход моторного топлива, кг/га защиту окружающей среды от загрязнения выхлопными газами, руб./га Прямые эксплуатационные затраты, руб./га Расход моторного топлива, кг/га защиту окружающей среды от загрязнения выхлопными газами, руб./га
1 3291 28,4 8,52 8585 27,2 8,16
2 3784 33,9 10,17 8487 28,9 8,67
3 5017 39,9 11,97 9807 35,4 10,62
4 4213 42,0 12,6 8901 35,8 10,74
В целом же суммарные затраты на техническое оснащение адаптивной агротехнологии производства озимых зерновых культур возрастают пропорционально сложности исходного состояния почвы. При использовании техники стран ТС они составляют 3291-5017 руб./га и импортной техники 8487-9807 руб./га, т.е. затраты на комплексную механизацию агротехнологии с использованием импортной техники выше в 1,9-2,6 раза в сравнении с аналогами стран ТС. Обозначенное превышение обусловлено дороговизной импортной техникой и повышенными тарифами на её сервисное обслуживание.
По экологическому же показателю предпочтителен импортный комплекс машин. С применением его в одинаковых условиях с техникой стран ТС топлива расходуется на
1,5-17,3% меньше. Очевидные предпосылки данного эффекта состоят в более совершенных конструкциях рабочих органов и экономичных двигателях импортной техники.
Вывод. Производство озимых зерновых культур по адаптивной агротехнологии в условиях ЦЧР позволяет минимизировать технические ресурсы. Прямые эксплуатационные затраты комплексной механизации агротехно-логии снижаются: на 831-1324 руб./га - при оснащении её техникой стран ТС и на 769-867 руб./га - при оснащении импортной техникой. Экологические показатели адаптивной агро-технологии улучшаются вследствие уменьшения на 6,7-12,6 кг/га расхода моторного топлива и на 2,01-3,78 руб./га затрат на защиту окружающей среды от загрязнения выхлопными газами.
Список использованных источников
1. Адаптивно-ландшафтное земледелие. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ (дата обращения 10.02.2019).
2. О развитии агротехнологий и формировании государственной технологической политики в сельском хозяйстве / А.Л. Иванов, В.И. Кирюшин, Н.В. Краснощёков и др. - М.: ФГНУ «Ро-синформагротех», 2005. - 116 с.
3. Методика формирования системы машин для комплексной механизации агротехнологий. - Курск: ГНУ ВНИИЗиЗПЭ, РАСХН, 2008. - 23 с.
4. Региональный регистр комплексов машин для механизации перспективных агротехнологий / ИИ. Гуреев, В.П. Дьяков, Г.К. Гребенщиков, С. Дурдыев. - Курск, ФГБНУ ВНИИЗиЗПЭ, 2015. - 59 с.
5. Spicher J. Maßnahmen zum wassersparenden Zuckerrübenbau / J. Spicher, R. Haberland // Zuckerrübe. - 1997. - № 46. - Р. 254-256.
6. Кирюшин В.И. Минимизация обработки почвы: перспективы и противоречия. - Земледелие. - 2006. - № 5. - С.12-14.
7. Гуреев И.И. Современные технологии возделывания и уборки сахарной свёклы. Практическое руководство / Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Печатный Город, 2011. - 256 с.
8. Петросян О.А. Удобрения и подкормки. Локальное внесение удобрений / URL: https://garden.wikireading.ru/9497 (дата обращения 02.05.2019).
9. Гуреев И.И. Функциональная диагностика потребности растений в питательных веществах // Земледелие. - 2015. - № 4. - С. 26-29.
10. Сравнительные испытания сельскохозяйственной техники: науч. издание. - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2013. - 416 с.
List of used sources
1. Adaptive landscape farming. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ (appeal date 02/10/2019).
2. On the development of agricultural technologies and the formation of state technological policy in agriculture / A.L. Ivanov, V.I. Kiryushin, N.V. Krasnoshchekov and others - M .: FGNU "Rosinformagrotekh", 2005. - 116 p.
3. Methods of forming a system of machines for the integrated mechanization of agricultural technologies. - Kursk: GNU VNIIZIZPE RAAS, 2008. - 23 p.
4. Regional Register of Machinery Complexes for the Mechanization of Perspective Agrotechnologies / I.I. Gureev, V.P. Dyakov, G.K. Grebenshchikov, S. Durdyev. - Kursk, FSBI VNIZIZZE, 2015. - 59 p.
5. Spicher J. Maßnahmen zum wassersparenden Zuckerrübenbau / J. Spicher, R. Haberland // Zuckerrübe. - 1997. - № 46. - Р. 254-256.
6. Kiryushin V.I. Minimizing tillage: perspectives and controversies. - Farming. - 2006. - № 5. -P.12-14.
7. Gureev I.I. Modern technology of cultivation and harvesting of sugar beet. A practical guide / Ed. 2nd, Pererab. and add. - M.: Printed City, 2011. - 256 p.
8. Petrosyan O.A. Fertilizers and feeding. Local fertilization / URL: https://garden.wikireading.ru/9497 (appeal date 02/05/2019).
9. Gureev I.I. Functional diagnostics of plant nutrient requirements // Agriculture. - 2015. - № 4. -P. 26-29.
10. Comparative tests of agricultural equipment: scientific. edition. - M.: Federal State Scientific Institution Rosinformagrotekh, 2013. - 416 p.
