CC BY
77
Энергосбережение в адаптивно-ландшафтных системах земледелия Нечерноземья
Б.А. Смирнов] д.с.-х.н., профессор, А.М. Труфанов,
к.с.-х.н., А.А. Круглова, к.с.-х.н., Ярославская ГСХА
Адаптивно-ландшафтная направленность земледелия России продиктована необходимостью сохранения природных ресурсов при экономии энергозатрат [1].
Рациональное землеустройство пахотных угодий — основа эффективности системы земледелия. Основными особенностями землеустройства для почв Нечернозёмной зоны, особенно дерново-подзолистых, являются большая контрастность почвенного покрова по показателям плодородия, мелкоконтурность, разобщённость естественными и искусственными преградами.
В связи с этим в практике земледелия севообороты зачастую не осваиваются, в лучшем случае принципы чередования культурных растений соблюдаются только во времени на каждом участке поля (контуре) с однородной характеристикой почвы. Чередование культур на территории по полям, как правило, принимает хаотичную форму. Таким образом, есть смысл заменить севообороты на культурообороты (чередование сельскохозяйственных культур только во времени). Структура посевных площадей культурооборота может быть стабильной и динамичной с учётом изменяющейся конъюнктуры рынка, метеорологических условий и внутренней потребности хозяйства.
Культурооборот может быть «агротехническим стержнем», на который будет нанизываться весь комплекс агромелиоративных и организационноэкономических мероприятий, а система куль-турооборотов может стать основой адаптивноландшафтной системы земледелия [2].
Каждый контур пашни (рабочий участок) при этом должен иметь полную характеристику по основным показателям генезиса (гранулометрический состав почвы; уровень и характер влагообеспеченности; экспозиция склона; мощность гумусово-аккумулятивного слоя; мощность и глубина залегания глеевого горизонта; каменистость) и агрохимическим показателям; адаптированный к нему набор культур и сортов при соблюдении принципов чередования; адаптированные ресурсосберегающие технологии возделывания. При этом в первую очередь необходимо учитывать периодичность возможного возврата культуры на прежнее место, в том числе «реставраторов плодородия».
Весьма сложным, фундаментальным звеном во всем цикле операций при производстве сельхозпродукции является система обработки почвы. Она динамична и многообразна в связи с многообразием климатических, почвенногидрологических и других условий.
Многолетней историей развития и совершенствования систем обработки были вскрыты положительные и отрицательные стороны ранее широко распространённой системы ежегодной отвальной обработки почвы (вспашки).
Среди её положительных сторон можно выделить увеличение пористости почвы, особенно некапиллярной; создание гомогенного пахотного слоя с равномерной глубокой заделкой пожнивно-корневых остатков и удобрений; лучшее проникновение в почву атмосферной воды и воздуха; глубокое проникновение корневой системы растений; более полное уничтожение возбудителей болезней, вредителей сельскохозяйственных растений.
При этом у отвальной обработки имеются и существенные недостатки:
1. Большая энергозатратность этой системы не позволяет применять её в рекомендованном классическом варианте — она применяется во всевозможных «традиционных» вариантах, обусловленных организационно-экономическими особенностями хозяйств и не отвечающих агротехническим требованиям (отказ от лущения, нарушение сроков, недостаточная влагозарядка почвы). Такая система основной обработки почвы не позволяет провести её под ранние культуры на всей площади осенью, на большей части посевных площадей она переносится на весну. Это приводит к поздним срокам сева, усилению засорённости полей, ухудшению условий роста и развития растений, неполноценному и запоздалому формированию урожая.
2. Нецелесообразно проводить глубокую отвальную обработку почвы под культуры, которые слабо отзываются на неё или вообще не отзываются (например, озимая рожь, яровая пшеница, овес, лён).
3. Ежегодная вспашка в традиционном варианте, особенно в весенний период при неоптимальной влажности (до наступления физической спелости), приводит к сильной аэрации почвы и ускорению процесса минерализации гумуса, разрушению структуры, распылению и накоплению пылеватой фракции в нижней части пахотного слоя, а также образованию почвенной подошвы. Низкое содержание органического вещества, водопрочной структуры дерново-подзолистых почв, может приводить к переуплотнению.
4. Снижение потенциальной засорённости почвы органами размножения сорных растений идёт медленными темпами, так как семена сорных растений, осыпавшиеся на поверхность почвы при ежегодной вспашке, не удушаются, а лишь перемешиваются с массой пахотного слоя и выносятся на поверхность на следующий год при очередной вспашке.
Эти недостатки создали предпосылки для разработки и внедрения новых систем обработки почвы, которые отличались бы энергосбережением и почвозащитными функциями. Основным направлением развития таких обработок явилась их минимизация, однако она чаще всего интерпретировалась как упрощение, ослабление технологической дисциплины, безосновательное исключение каких-либо приёмов обработки. Это было обусловлено в основном необходимостью экономии средств на возделывание сельхозкультур (ГСМ, трудовых ресурсов). При этом практически не учитывались ресурсы плодородия почвы.
В этих условиях большое распространение получила ежегодная поверхностная обработка почвы в качестве основной. Однако по результатам
наших исследований было установлено, что экономия ресурсов ГСМ при таких обработках ни в коей мере не оправдывает ухудшения показателей плодородия почвы и снижения урожайности полевых культур. В первую очередь это проявляется в быстрой (через четыре — пять лет) дифференциации гумусово-аккумулятивного слоя почвы на горизонты по плодородию, что обусловливает следующие отрицательные явления:
1) накопление семян и вегетативных органов размножения сорняков в верхнем слое почвы, что увеличивает засорённость посевов и снижает урожайность культурных растений;
2) накопление фосфора и калия в верхнем слое. Это приводит к большему развитию корневой системы культурных растений в верхней части гумусово-аккумулятивного слоя, где при неустойчивом увлажнении может наблюдаться пересыхание и ухудшение условий развития;
3) продолжительное внесение минеральных удобрений в верхний слой при поверхностных обработках увеличивает его кислотность, так как минеральные удобрения являются в основном физиологически кислыми;
4) ухудшение агрофизических показателей плодородия верхнего слоя почвы в результате ежегодных поверхностных обработок, что проявляется в снижении коэффициента структурности и доли агрономически ценной и водопрочной фракции почвенных частиц, при этом увеличивается доля пылеватой фракции, эрозионноопасных частиц и глыб, ухудшаются показатели плотности, твёрдости, снижается количество доступной влаги;
5) увеличение общей токсичности почвы, что проявляется в снижении показателей развития проростков культур.
Ещё более радикальным направлением минимизации системы основной обработки почвы явились «нулевая» обработка (No till) и «прямой посев». Они на первый взгляд подкупают своей простотой: посев следующей культуры происходит по пожнивным остаткам предшественника в абсолютно необработанную почву. Однако Нечернозёмная зона РФ представлена уникальными ландшафтами. Высокая засорённость посевов и почвы, низкий уровень естественного плодородия почв, большая контрастность почвенного покрова, отсутствие необходимого машиннотракторного парка, низкая технологическая дисциплина (несоблюдение чередования культур, нарушение сроков и других агротехнических требований возделывания и т.д.), расчленённость различными природными и искусственными преградами, в том числе широкой сетью больших и малых ручьёв и рек, — делают весьма рискованным широкое применение пестицидов и минеральных удобрений, являющихся неотъемлемой частью технологий возделывания
культур на основе No-till. Применение таких технологий граничит с довольно высоким риском для экологии.
Следовательно, необходимо усовершенствование системы обработки на основе сочетания минимальных и отвальных технологий.
В результате коллективом кафедры земледелия была разработана и проверена в условиях производства на дерново-подзолистых почвах почвозащитная энергосберегающая поверхностноотвальная система основной обработки почвы. Она базируется на сочетании вспашки на глубину гумусово-аккумулятивного слоя (20—22 см) с предварительным лущением стерни или дискованием пласта многолетних трав на 8—10 см один раз в четыре-пять лет и поверхностной одно-, двукратной обработкой на глубину 8—10 см в течение остальных трёх-четырёх лет, а также обычной (классической) предпосевной обработкой почвы [3].
Поверхностно-отвальная обработка имеет следующие преимущества:
1. Вспашка один раз в четыре-пять лет замедляет процесс минерализации гумуса, балансируя процессы его образования и потери от простого до расширенного воспроизводства, не допускает деградации почвы.
2. Затраты энергии на проведение этой системы основной обработки в среднем в 2,5 раза ниже традиционной отвальной, что позволяет подготовить почву в системе основной обработки с осени.
3. При периодической вспашке большая часть семян сорняков, накопившихся за четыре-пять лет в верхнем слое почвы и при очередной вспашке заделанных на дно борозды на четыре-пять лет, теряют жизнеспособность. При этом на поверхность выносится более чистый от семян сорняков почвенный слой, что открывает возможность постепенного отказа от применения гербицидов.
5. Применение поверхностно-отвальной системы приводит не только к сохранению почв, энергии, трудовых и технических ресурсов, но и некоторому повышению урожайности из-за снижения засорённости и более рационального использования естественного фонда плодородия.
При этом необходимо учитывать особенности применения поверхностно-отвальной обработки:
1. Рекомендуется применять на дерновоподзолистых супесчаных, легко- и среднесуглинистых нормального увлажнения и глееватых (сформировавшихся при кратковременном избыточном увлажнении) почвах.
2. Такой период определяет чередование культур и регламенты применения удобрений. Вспашка проводится в первую очередь после многолетних трав, в паровом поле при заделке больших доз органических удобрений, при вне-
сении фосфорно-калийных удобрений в запас и под культуры, отзывчивые на глубину обработки. Полевые культуры, под которые следует проводить вспашку, должны распределяться соответственно схеме севооборота (культурооборота).
3. Кратность поверхностных обработок в год, когда вспашка не проводится, определяется длительностью послеуборочного периода и возможностью провокации к отрастанию многолетних, озимых и зимующих сорных растений в летне-осенний период и их уничтожению.
4. Оптимизация борьбы с сорной растительностью и сохранение влаги достигаются при условиях, когда в уборочное звено входят комбайны, оборудованные измельчителем соломы, и почвообрабатывающие орудия для первичной послеуборочной поверхностной обработки.
Наилучшие результаты при системе поверхностно-отвальной обработки могут быть получены при использовании плугов, позволяющих обернуть почву пахотного слоя на 180 градусов. Для осуществления поверхностной обработки на не эрозионноопасных почвах целесообразно использовать орудия с рабочими органами лемешного, дискового или ножевого типа. На эрозионноопасных (склоновых) почвах — орудия, обеспечивающие оставление 80—90% стерни и соломы, используемой в качестве мульчи, измельчённой и внесённой при уборке урожая.
При освоении любых технологий необходимо иметь в виду, что механическая обработка не даёт культурному растению питательных веществ дополнительно к их естественному фонду. Особое внимание нужно уделять системе удобрений, так как этот фактор на дерново-подзолистых почвах в повышении урожайности культурных растений является одним из определяющих.
В отношении применения органических удобрений (навоза, компостов) следует придерживаться классических рекомендаций — вносить их под осеннюю отвальную обработку в годы её проведения. Что касается побочной продукции полевых культур (ботвы, соломы), то она должна стать неотъемлемой частью системы органических удобрений хозяйств и её биоло-гизации. Это не только возвращение в почву вынесенных растениями питательных веществ, но и экономия затрат на удаление с полей и утилизацию данной продукции [4]. Выращивание промежуточных культурных растений на сидерат как фитосанитаров также будет способствовать существенной биологизации земледелия и защите почв от деградации, при возможности отказа от пестицидов.
Что касается системы минеральных удобрений, то применение сложных минеральных удобрений в полном объёме непосредственно перед посевом независимо от свойств почв нежелательно, так как быстрое пересыхание верхнего слоя
почвы и способность почвенно-поглощающего комплекса закреплять в слое внесения фосфор и калий снижают эффективность этих удобрений в год их применения. Необходимо вернуться к оптимальным срокам применения фосфорнокалийных удобрений — под обработку почвы в осенний период. Наиболее эффективным способом применения фосфорно-калийных удобрений при поверхностно-отвальной обработке является использование их под вспашку в год её применения в запас на четыре года (на период ротации системы обработки), то есть в слой почвы с большей долей физиологически активной в усвоении питательных веществ корневой системы культурных растений и более стабильной влагоо-беспеченностью. Внесение азотных удобрений классическое — под предпосевную культивацию.
Кроме того, необходимо организовать систему экологического мониторинга почвы, которая должна включать определение и оценку основных показателей её плодородия: из агробиологических показателей — содержание органического вещества, биологическая активность, численность и состав мезофауны почвы; из агрофизических показателей — коэффициент структурообразования, агрегатный состав почвы и водопрочность структуры; из агрохимических показателей — содержание тяжёлых металлов, алюминия. Это позволит контролировать динамику плодородия почв и, при необходимости, корректировать (дополнять, исключать) агротехнические антропогенные воздействия.
В заключение необходимо отметить, что требованиям адаптивно-ландшафтных систем земледелия Нечерноземья на основе энергос-
бережения и экологической безопасности для решения задач устойчивого развития сельского хозяйства отвечает технология поверхностноотвальной обработки почвы, которая наиболее эффективна в совокупности с системой удобрения, характеризующейся использованием в качестве органических удобрений побочной продукции полевых культур и сидератов. Это способствует оптимизации системы защиты растений от сорняков в сторону экологизации и охраны окружающей среды посредством постепенного отказа от применения гербицидов. Все эти звенья системы земледелия с наибольшей эффективностью можно реализовать лишь в культурообороте как способе организации сельхозугодий. Данная базовая модель может быть использована для разработки дифференцированных адаптивно-ландшафтных систем земледелия в условиях других областей Нечернозёмной зоны.
Данные рекомендации основаны на результатах многолетних полевых и лабораторных исследований преподавателей и аспирантов кафедры земледелия Ярославской ГСХА: А.Н. Воронина, П.А. Котяк, М.Ю. Кочевых, А.А. Кругловой, Б.А. Смирнова, А.М. Труфанова, Е.В. Чебыкиной.
Литература
1. Лошаков В.Г. Развитие учения о севообороте в Петровско-Тимирязевской сельскохозяйственной академии // Известия ТСХА. 2006. № 2. С. 10-19.
2. СмирновБА. Землеустройствосельскохозяйственньжугодий на ландшафтную основу! // Главный агроном. 2008. № 4. С, 8-12.
3. Смирнов Б.А., Труфанов А.М., Воронин А.Н. и др. Система поверхностно-отвальной обработки на дерново-подзолистых глееватых почвах. Ярославль: Изд-во «Ярославская ГСХА», 2008. 349 с.
4. Котяк П.А. Чебыкина Е.В. Солома в качестве удобрения при различных обработках дерново-подзолистой почвы // Земледелие. 2008. № 8. С. 17-19.
